DE102004026908A1

DE102004026908A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Kondensatabscheidung

Info

Publication number: DE102004026908A1
Application number: DE200410026908
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Dr. Herzog
Original assignee: Messer Group GmbH
Current assignee: Messer SE and Co KGaA
Priority date: 2004-06-01
Filing date: 2004-06-01
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2024-06-02
Also published as: DE102004026908B4

Abstract

Einrichtungen zur Gasreinigung nach dem Stand der Technik umfassen einen Kondensator, in dem ein mit einem Stoff beladenes Prozessgas mit einem Kühlmedium in thermischen Kontakt gebracht wird, wobei der Stoff kondensiert und/oder ausfriert. Das Kondensat wird in Auffangsystemen im Eingangsbereich, an dem das Prozessgas in den Kondensator tritt, gesammelt. DOLLAR A Problematisch dabei ist, dass das Kondensat bei seiner Abscheidung im Kondensator einen Bereich durchläuft, in dem eine Rückverdampfung mit anschließender Aerosolbildung möglich ist. Hierdurch wird die Effizienz der Gasreinigung beträchtlich vermindert. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird das Kondensat bereits im Bereich der Taupunktzone, also in dem Bereich des Strömungsweges des Prozessgases im Kondensator, in dem die Kondensatbildung beginnt, aus dem Kondensator entfernt. Hierzu ist ein Kondensator zumindest im Bereich der Taupunktzone mit - zumindest abschnittsweise- senkrechter Prozessgasführung mit horizontal verlaufenden Umlenkblechen zur Umlenkung des Prozessgases ausgerüstet. Die Umlenkbleche sind jeweils mit Einrichtungen zur Kondensatabführung strömungsverbunden. Ein Rückfluss des Kondensats in den Bereich der Taupunktzone wird wirkungsvoll vermieden und die Effizienz der Gasreinigung damit bedeutend erhöht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung eines mit einem Stoff beladenen Gasstroms mit einem Kondensator, in dem beim bestimmungsgemäßen Einsatz der Vorrichtung im Bereich einer Taupunktzone des Kondensators der Stoff zumindest teilweise kondensiert oder gefriert und welcher mit einer Zuführung und einer Ableitung für einen zu reinigenden Gasstrom sowie mit einer Zuführung und einer Ableitung für ein Kühlmedium ausgerüstet ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Reinigung eines mit einem Stoff beladenen Gasstroms, bei dem ein mit einem Stoff beladener Gasstrom in einem Kondensator mit einem Kühlmedium in Wärmeaustausch tritt, wobei in einer vorbestimmten Taupunktzone innerhalb des Kondensators eine Unterschreitung des Taupunkts des Stoffs und eine Abscheidung des Stoffs in Form von Kondensat erfolgt.
Verunreinigungen können aus Gasen durch Kondensation oder Ausfrieren abgeschieden werden. Unter „Gasen" sind hier allgemein Abluft-, Abgas oder Prozessgasströme gemeint, die aus Dampf, dampfförmigen Stoffen oder Gasen bestehen können. Insbesondere sind darunter auch relativ hoch mit Lösemitteln beladene Abluftströme gemeint, die beispielsweise bei Prozessen in der Chemie oder als Abgase aus Tanklagern entstehen können. Unter dem Begriff „Verunreinigungen" sind hier sowohl das Gas verunreinigende und zu entsorgende Schadstoffe als auch Lösemittel oder sonstige Stoffe zu verstehen, die als Wertstoffe einer weiteren Verwendung zugeführt werden können.
Zur Gasreinigung werden nach dem Stand der Technik Wärmetauscher eingesetzt, bei denen der zu reinigende Gasstrom durch Kontakt mit Wärmetauscherflächen, die verschiedenartig ausgestaltet sein können und die mittels eines Kühlmediums gekühlt werden, in Kontakt gebracht wird. Wird dabei der Taupunkt der im Gasstrom vorhandenen Verunreinigungen unterschritten, verflüssigt oder verfestigt sich zumindest ein Teil dieser Stoffe und kann vom Trägergasstrom abgetrennt werden.

Aus der DE 19517273 C1 ist ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Abgasreinigung mit Wärmetauschern bekannt, bei dem in einem ersten Wärmetauscher eine Reinigung des Prozessgases in der oben beschriebenen Weise erfolgt. Um eine Rekontamination des austretenden Gases mit Kondensat zu verhindern, kommt ein zweiter Wärmetauscher zum Einsatz, in dem der Gasstrom derart geführt wird, dass er in einer aufwärtsgerichteten Strömung mit den Wärmetauscherflächen in Kontakt kommt. Das im zweiten Wärmetauscher anfallende Kondensat strömt zum Eingangsbereich des zweiten Wärmetauschers und von dort zu einem zwischen den beiden Wärmetauschern angeordneten Kondensatauslass. Da im ersten Wärmetauscher bevorzugt eine abwärtsgerichtete Strömung des Prozessgases vorliegt, strömt das in diesem ersten Wärmetauscher anfallende Kondensat zum Ausgang des Wärmetauschers und von dort zum gleichen Kondensatauslass wie das Kondensat aus dem zweiten Wärmetauscher.

Die aufwärtsgerichtete Strömung im zweiten Wärmetauscher, verbunden mit dem Temperaturgradienten innerhalb des Wärmetauschers kann dazu führen, dass das in Richtung des Eingangs des Wärmetauschers strömende Kondensat zumindest teilweise verdampft. Aufgrund der Verdampfung kühlt sich das Prozessgas lokal stark ab und es kann zur Übersättigung des Prozessgases und zur Bildung von Aerosolen kommen. Da die Aerosole im Wärmetauscher nur zu einem sehr kleinen Teil abgeschieden werden können, wird hierdurch die Effizienz der Abgasreinigung verringert und somit der Energiebedarf der Anlage erhöht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, die Bildung und Ausbreitung von Aerosolen im Prozeßgas zu vermeiden.

Gelöst ist diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch, dass zumindest innerhalb der Taupunktzone des Kondensators eine Einrichtung zur Kondensatabscheidung zwecks Entfernung des kondensierten oder gefrorenen Stoffes aus dem Kondensator vorgesehen ist.

Erfindungsgemäß ist also innerhalb der Taupunktzone des Kondensators eine Einrichtung zur Kondensatableitung zwecks Entfernung des kondensierten oder gefrorenen Stoffes aus dem Kondensator vorgesehen. Das entstehende Kondensat wird also unmittelbar am Entstehungsort vom Gasstrom getrennt.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, entlang des Strömungsweges des Gasstroms im Kondensator mehrere Einrichtungen zur Kondensatableitung vorzusehen. Dies ist besonders vorteilhaft bei mehreren Stoffen mit unterschiedlichen Taupunkten im Gasstrom oder bei schwankenden Taupunkten, wie sie etwa bei Schwankungen der Beladung oder des Drucks im Prozessgas auftreten können.

Vorteilhafterweise umfasst eine Einrichtung zur Kondensatabscheidung dabei ein im Wesentlichen horizontal verlaufendes Auffangsystem, das mit einer im Wesentlichen abwärts gerichtete Kondensatableitung verbunden ist. Das Kondensat sammelt sich also im Auffangsystem und fließt unter der Wirkung der Schwerkraft durch die Kondensatableitung aus dem Bereich des Gasstroms ab. Als Auffangsysteme können auch Umlenkbleche, so genannte Baffles dienen, deren eigentliche Aufgabe darin besteht, den Strömungsweg des Prozessgases im Kondensator zu bestimmen. Voraussetzung hierfür ist, dass die Baffles im Wesentlichen horizontal im Kondensator angeordnet sind und der Strömungsweg des Prozessgases im Kondensator also zumindest zwischen den Baffles vertikal verläuft.

Eine abermals vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Kondensatableitung in ein Kondensatbad eintaucht. Hierdurch wird besonders wirkungsvoll ein Gaskurzschluss vermieden. Jedoch sind auch andere Möglichkeiten zur Vermeidung von Gaskurzschlüssen denkbar. Beispielsweise können die Kondensatabscheidungen mit mechanischen Armaturen, wie etwa Ventilen, ausgerüstet sein.

Zweckmäßigerweise sind die Kondensatableitung und/oder das Kondensatbad innerhalb der Einhausung des Kondensators aufgenommen. Auf diese Weise wird eine besonders kompakter Aufbau erreicht.

Der Aufbau des Kondensators wird weiter dadurch vereinfacht, dass die mehreren Einrichtungen zur Kondensatabscheidung zugeordneten Kondensatableitungen konzentrisch zueinander durch den Kondensator geführt sind.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Kondensat zumindest im Bereich der Taupunktzone mittels einer Einrichtung zur Kondensatabscheidung aus dem Kondensator abgeführt wird. Das Kondensat wird also bereits innerhalb der Taupunktzone mittels einer Einrichtung zur Kondensatabscheidung vom Kondensator abgeführt und damit vom Gasstrom getrennt.

Um die Taupunktzone auch bei schwankenden Taupunkten oder- bei Vorliegen mehrerer Stoffe im Gasstrom – unterschiedlichen Taupunkten im Einzugsbereich der Einrichtung zur Kondensatabscheidung zu halten, aber auch, um die Aerosolbildung weiter zu unterdrücken, sieht eine besonders vorteilhafte Weiterführung der Erfindung vor, dass das Kühlmedium in Abhängigkeit von Prozessparametern temperiert wird. Als möglich Prozessparameter kommen beispielsweise in Betracht: Taupunkt des Stoffes, Vereisungszustand des Kondensators, Kondensatorleistung, Eintrittstemperatur des Stoffes und andere.

Anhand der Zeichnung soll nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden.

Die Zeichnung (1) zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kondensatabscheidung.

Die Vorrichtung 1 umfasst einen Kondensator 2, der mit einer Zuleitung 3 für ein zu reinigendes Prozessgas, einer im geodätischen Sinne oberhalb der Zuleitung 3 angeordneten Ausleitung 4 für das gereinigte Prozessgas, einer Zuleitung 5 für ein Kühlmedium sowie mit einer unterhalb der Zuleitung 5 angeordneten Ausleitung 6 für das erwärmte Kühlmedium verbunden ist. Das Prozessgas wird im Innern des Kondensators 2 mittels Umlenkblechen 8 in einen mäanderförmigen Strömungsweg gezwungen. Die im Wesentlichen horizontal angeordneten Umlenkbleche 8 bestehen dabei aus dem Innenquerschnitt des Kondensators angepassten und mit dessen Innenwandung hinreichend gasdicht verbundenen Scheiben, die im Ausführungsbeispiel jeweils exzentrisch mit einer Strömungsöffnung 9 versehen sind. Dabei sind die Umlenkbleche 8 derart im Kondensator 2 eingebaut, dass die Strömungsöffnungen 9 benachbarter Umlenkbleche 8 nicht übereinander angeordnet sind. Anstelle einer exzentrischen Anordnung der Strömungsöffnungen 9 können diese bei einem Teil der Umlenkbleche 8 auch konzentrisch angeordnet sein.

Das Kühlmedium gelangt durch die Zuleitung 5 in eine gasdicht vom Strömungsweg des Prozessgases getrennte Verteilerzone 11, in der das Kühlmedium gleichmäßig über den Querschnitt des Kondensators 2 verteilt wird, und von dort in mehrere, parallel zueinander angeordnete Kühlrohre 12, die sich im wesentlichen senkrecht durch den Kondensator 2 erstrecken und durch entsprechende Öffnungen 13 der Umlenkbleche hindurchgeführt sind. An den Öffnungen 13 sind die Umlenkbleche 8 jeweils flüssigkeitsdicht mit den Außenwandungen der Kühlrohre 12 verbunden. Die vorzugsweise aus einem Material mit guter Wärmeleitung bestehenden Wandungen der Kühlrohre 12 bilden eine Wärmetauscherfläche, an der ein Wärmeübergang vom Prozessgas auf das Kühlmedium stattfindet. Das erwärmte Kühlmedium strömt anschließend aus den Kühlrohren 12 zur Kühlmittelableitung 6 und kann einer weiteren Verwendung zugeführt werden. Anstelle gerader Kühlrohre 12 sind auch andere Kühlrohrformen einsetzbar. Insbesondere kann der Kondensator 2 auch mit U-förmigen Kühlrohren ausgerüstet sein.

Beim thermischen Kontakt mit dem Kühlmedium kühlt sich das beladene Prozessgas ab. Ab einem hier Taupunktzone 14 genannten Bereich ist das Prozessgas so stark abgekühlt, das der Stoff, der aus dem Gas entfernt werden soll, kondensiert und/oder ausfriert. Das Kondensat setzt sich an den Außenwänden der Kondensatrohre 12 ab, fließt entlang der Kondensatrohre 12 und wird von den Umlenkblechen 8 aufgefangen. Die im Wesentlichen horizontale Anordnung der Umlenkbleche verhindert dabei weitgehend, dass das Kondensat in tiefer liegende Abschnitte des Strömungswegs gelangt, insbesondere in solche Abschnitte, die sich strömungstechnisch vor der Taupunktzone 14 befinden. Zur Ableitung des Kondensats sind an jedem Umlenkblech 8 Kondensatrohre 15, 16, 17, 18 angeordnet. Ja nach Einsatzgebiet der Vorrichtung 1 kann es sich auch als ausreichend erweisen, nur einen Teil der Umlenkbleche 8 mit je einem eigenen Kondensatrohr auszustatten. Die Kondensatrohre 12 sind mit den Umlenkblechen 8 verbunden und münden in entsprechende Öffnungen der Umlenkbleche 8 derart aus, dass Kondensat, das sich auf der Oberfläche der Umlenkbleche 8 befindet, in das jeweilige Kondensatrohr 15, 16, 17, 18 einströmen kann. Zur Erläuterung der Erfindung sind im Ausführungsbeispiel die Kondensatrohre 15, 16, 17, 18 unterschiedlich ausgebildet, ohne dass dies als Beschränkung des erfindungsgemäßen Gegenstandes verstanden werden soll. Die Kondensatrohre 15, die hier nur als gestrichelte Pfeile angedeutet sind, verlaufen von den Umlenkblechen 8 im wesentlichen senkrecht durch den Kondensator 2 hindurch und münden in einem Auffangbehälter 20, der im Bodenbereich des Kondensators angeordnet ist. Die Kondensatrohre 16, 17 verlaufen ebenfalls im Wesentlichen senkrecht durch den Kondensator 2 hindurch und münden in den Auffangbehälter 20 ein. Sie sind im Ausführungsbeispiel konzentrisch zueinander angeordnet, wobei das Kondensatrohr 17 im Innern des Kondensatrohres 16 verläuft. Eine derartige, konzentrische Anordnung der Kondensatrohre kann insbesondere auch mittig durch den Kondensator hindurch verlaufen. Im Auffangbehälter 20 befindet sich während des Betriebszustandes des Kondensators 2 beständig Kondensat bis zu einer Füllhöhe 21, die durch einen Überlauf 22 definiert wird. Der Überlauf 22 ist in hier nicht weiter gezeigten Weise mit Einrichtungen zur Entsorgung oder zur Weiterverarbeitung des Kondensats verbunden. Die Kondensatrohre 15, 16, 17 sind derart ausgelegt, dass sie mit ihren unteren Mündungsöffnungen in das Kondensat im Auffangbehälter 20 eintauchen, um einen Gaskurzschluss zu verhindern. Insbesondere die Kondensatrohre 16, 17 müssen derart ausgelegt sein, dass keine Gasströmung zwischen den konzentrisch zueinander verlaufenden Kondensatrohren möglich ist. Im Unterschied zu den Kondensatrohren 15, 16, 17 handelt es sich beim Kondensatrohr 18 um einen Kondensatauslass, bei dem das Kondensat direkt aus dem Kondensator herausgeführt wird. Um die Strömungsverhältnisse im Kondensator 2 nicht zu beeinträchtigen, ist das Kondensatrohr 18 vorteilhafterweise mit einer entsprechenden – hier nicht gezeigten – Armatur, beispielsweise einem Ventil versehen.

Beim bestimmungsgemäßen Einsatz der Vorrichtung 1 strömt das mit einem oder mehreren zu entfernenden Stoffen beladene Prozessgas in den Kondensator 2 ein und wird dort durch Wärmekontakt mit dem in den Kühlrohren 12 verlaufendem Kältemedium abgekühlt. Dabei kommt es in einem Bereich, der sich strömungstechnisch gesehen zwischen der Taupunktzone 14 und dem Austritt des Prozessgases aus dem Kondensator 2 an der Ausleitung 4 befindet, zu einem Kondensieren und/oder Ausfrieren der Stoffe. Das dabei entstehende Kondensat wird unmittelbar am Entstehungsort von den Kondensatrohren 15, 16, 17, 18 aufgenommen und abgeführt. Auf diese Weise wird wirkungsvoll verhindert, dass Kondensat in den Bereich gelangt, der sich – strömungstechnisch gesehen – vor der Taupunktzone 14 befindet und in dem eine Rückverdampfung des Kondensats mit anschließender Aerosolbildung erfolgen würde.

Die Aerosolbildung kann durch zusätzliche verfahrenstechnische Maßnahmen weiter unterdrückt werden. Insbesondere ist es vorstellbar, das Kühlmedium dem Kondensator mit einer Temperatur zuzuführen, die so bemessen ist, dass innerhalb des Kondensators eine nur geringe Temperaturdifferenz zwischen dem Prozessgas und dem Kühlmedium besteht. Eine Temperierung des Kohlmediums ist auch dann von Vorteil, wenn das Prozessgas inhomogen ist und/oder der Taupunkt der zu entfernenden Stoffe schwankt und/oder mehrere Stoffe mit unterschiedlichen Taupunkten entfernt werden sollen.

1: Vorrichtung
2: Kondensator
3: Zuleitung für Prozessgas
4: Ausleitung für Prozessgas
5: Zuleitung für Kühlmedium
6: Ausleitung für Kohlmedium
7
8: Umlenkblech
9: Strömungsöffnung
10
11: Verteilerzone
12: Kühlrohr
13: Öffnung
14
15: Kondensatrohr
16: Kondensatrohr
17: Kondensatrohr
18: Kondensatrohr
19
20: Auffangbehälter
21: Füllhöhe
22: Überlauf

Claims

Vorrichtung zur Reinigung eines mit einem Stoff beladenen Gasstroms mit einem Kondensator (2), in dem beim bestimmungsgemäßen Einsatz der Vorrichtung (1) im Bereich einer Taupunktzone (14) des Kondensators (2) der Stoff zumindest teilweise kondensiert und/oder gefriert und welcher mit einer Zuführung (3) und einer Ableitung (4) für einen zu reinigenden Gasstrom sowie mit einer Zuführung (5) und einer Ableitung (6) für ein Kühlmedium ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest innerhalb der Taupunktzone (14) des Kondensators (2) eine Einrichtung (8, 15, 16, 17, 18) zur Kondensatabscheidung zwecks Entfernung des kondensierten oder gefrorenen Stoffes aus dem Kondensator (2) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Kondensator (2) längs des Strömungsweges des Gasstroms mehrere Einrichtungen (8, 15, 16, 17, 18) zur Kondensatabscheidung angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung/en (8, 15, 16, 17, 18) zur Kondensatabscheidung jeweils ein wesentlichen horizontal verlaufendes Auffangsystem aufweist/aufweisen, das mit einer im wesentlichen abwärts gerichtete Kondensatableitung (15, 16, 17) strömungsverbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatableitung/en (151, 61, 7) in ein mit Kondensat gefülltes Kondensatbad (20) eintaucht/eintauchen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatableitung/en (15, 16, 17) und/oder das Kondensatbad (20) innerhalb einer Einhausung des Kondensators (2) aufgenommen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Einrichtungen zur Kondensatabscheidung zugeordneten Kondensatableitungen (16, 17) konzentrisch zueinander durch den Kondensator (2) geführt sind.
Verfahren zur Reinigung eines mit einem Stoff beladenen Gasstroms, bei dem ein mit einem Stoff beladener Gasstrom in einem Kondensator (2) mit einem Kühlmedium in Wärmeaustausch tritt, wobei in einer vorgegebenen Taupunktzone (14) innerhalb des Kondensators (2) eine Unterschreitung des Taupunkts des Stoffs und eine Abscheidung des Stoffs in Form von Kondensat erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensat zumindest im Bereich der Taupunktzone (14) mittels einer Einrichtung (8, 15, 16, 17, 18) zur Kondensatabscheidung aus dem Kondensator abgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das durch den Kondensator (2) geleitete Kühlmedium in Abhängigkeit von Prozessparametern, wie beispielsweise Taupunkt des Stoffes, Vereisungszustand des Kondensators o.ä., temperiert wird.