DE102007035639B3

DE102007035639B3 - Anlage zum Verteilen einer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE102007035639B3
Application number: DE200710035639
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dipl.-Ing. Daum; Wolf-Christoph Rauser; Wolfram Schalk
Original assignee: Outotec Oyj
Current assignee: Metso Outotec Oyj
Priority date: 2007-07-27
Filing date: 2007-07-27
Publication date: 2009-02-26
Anticipated expiration: 2027-07-28
Also published as: EA201000262A1; EP2173464B1; PE20090658A1; PL2173464T3; US8348246B2; BRPI0814394A2; ES2394869T3; NZ582321A; WO2009015753A1; BRPI0814394B8; EP2173464A1; CL2008002168A1; BRPI0814394B1; CA2694231A1; AU2008281107A1; CN101765454A; CA2694231C; US20100236636A1; MA31628B1; AU2008281107B2

Abstract

Anlage zum Verteilen einer Flüssigkeit, zum Beispiel organische Lösungsmittel, Wasser, wässrige Salzlösung, Laugen oder Säuren, über eine Füllkörperpackung (PA) oder eine andere strukturierte Packung, in welcher die Flüssigkeit von oben nach unten, bevorzugt im Gegen- oder Gleichstrom zu einem bspw. SO<SUB>3</SUB>-haltigen oder schadstoffhaltigen Gas rieselt, mit wenigstens einem Verteilerelement (1), aus welchem die Flüssigkeit über Öffnungen in eine Verteilerrinne (2) derart eingeführt wird, dass sich unterhalb der Öffnungen in der Verteilerrinne (2) ein vorgegebener Flüssigkeitspegel (FP) einstellt, wobei Flüssigkeit aus der Verteilerrinne (2) über mindestens einen Auslassspalt (3) vorgegebener Breite an dem unteren Ende (4) der Verteilerrinne (2) mittels eines Führungselements (5) an die Füllkörperpackung (PA) abgegeben wird, wobei das Verteilerelement (1) als Druckleitung ausgebildet ist, aus welcher die Flüssigkeit über Düsen (6) in einen oberhalb des Flüssigkeitspegels (FP) gebildete, prinzipiell geschlossene, aber entlüftbare Kammer (7) der Verteilerrinne (2) abgegeben wird, in welcher ein Druck entsprechend dem in dem die Füllkörperpackung (PA) aufnehmenden Behältnis herrschenden Druck aufrechterhalten werden kann.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zum Verteilen einer Flüssigkeit, wie z. B. organische Lösungsmittel, Wasser, wässrige Salzlösung, Laugen oder Säuren, über eine Füllkörperpackung oder eine andere strukturierte Packung, in welcher die Flüssigkeit von oben nach unten, bevorzugt im Gegen- oder Gleichstrom zu einem bspw. SO₃-haltigen oder schadstoffhaltigen Gas, rieselt, mit wenigstens einem Verteilerelement, aus welchem die Flüssigkeit über Öffnungen in eine Verteilerrinne derart eingeführt wird, dass sich unterhalb der Öffnungen in der Verteilerrinne ein vorgegebener Flüssigkeitspegel einstellt, wobei die Flüssigkeit aus der Verteilerrinne über mindestens einen Auslassspalt vorgegebener Breite an dem unteren Ende der Verteilerrinne mittels eines Führungselements an die Füllkörperpackung abgegeben wird.
Bei einem bekannten Rohrberieselungssystem gehen von einem Hauptverteilerrohr mehrere Rohre mit vielen schräg nach oben gerichteten Bohrungen ab, durch welche die Säure strahlenförmig austritt. Diese Strahlen werden durch darüber auf den Rohren befestigte Prallplatten nach unten in die Füllkörperschicht gelenkt.
Derartige Anlagen dienen beispielsweise der Gegenstromabsorption von SO₃ oder Wasserdampf in Schwefelsäure in einem Füllkörperturm. Die Absorbersäure wird dabei im Kopf eines zum Beispiel zylindrischen Behältnisses mittels eines Berieselungssystems gleichmäßig über den Apparatequerschnitt verteilt und rieselt durch eine Füllkörperpackung von oben nach unten. Aus dem nach oben entgegenströmenden Gas absorbiert die Rieselsäure das SO₃, wobei die Säurekonzentration entsprechend ansteigt, oder Wasser, wodurch die Säure verdünnt wird. Bei Standardausführungen ist der Absorber als Gegenstromap parat gebauter Füllkörperturm ausgebildet, dessen Behälter in drei Zonen aufgeteilt ist: den unteren Teil bildet der Sumpf mit dem Säureablauf, der mittlere Teil enthält zum Beispiel auf einem Rost die Füllkörperschicht, durch welche die Säure, die von einem auf der Schicht liegenden Berieselungssystem gleichmäßig verteilt wird, nach unten rieselt, und oberhalb der Füllkörperschicht befindet sich der Säureeintritt zu dem Berieselungssystem und der Gasaustritt. Problematisch bei solchen Anlagen ist die reduzierte Gasaustrittsfläche, welche zu einer unerwünschten lokalen Erhöhung der Gasgeschwindigkeit führt sowie, auch dadurch bedingt, das Mitreißen von Säuretröpfchen oder -nebeln begünstigt, sowie der hohe Montagebedarf.
Aus der US 2004/0182013 A1 ist ein Verteilersystem bekannt, bei welchem die Flüssigkeit drucklos aus mehreren Öffnungen in der Seitenwandung eines oben offenen Verteilertroges austritt und mittels einer nach der Seite unten hin gekrümmten Maschenstruktur bis zu einer unteren Abtropfkante geführt wird, wobei die Maschenstruktur durch eine eine Drossel bildende Verteilerrinne hindurchgeführt ist. Bei dieser Einrichtung besteht einerseits das Problem des Mitreißens von feinen Säuretröpfchen oder -nebeln und andererseits haben die einzelnen Verteilerelemente bestehend aus Verteilertrog und Maschenstruktur einen unerwünscht hohen Platzbedarf, welcher zu einer Reduzierung der für den Gasstrom zur Verfügung stehenden Fläche führt.
Aus der US 5,906,773 A ist ein Flüssigkeitsverteilersystem bekannt, bei welchem die Flüssigkeit aus einem Verteilertrog, welche in einer Wandung zwei im Abstand übereinander angeordnete in ein senkrechtes Führungsrohr führende Öffnungen aufweist, auf eine schräg angeordnete Prallfläche 5 geführt wird, auf welcher ein Wehr gebildet ist, welches die weitere Verteilung der Flüssigkeit begünstigen soll. Die Flüssigkeit fließt dann über eine vertikale Führungsplatte 7 auf die Oberfläche der Füllkörperpackung. Abgesehen von dem Platzbedarf dieser Verteilerelemente besteht auch hier das Problem des Mitreißens von Flüssigkeitströpfchen oder -nebeln.
Eine ähnliche Ausführung einer Gegenstromsäule ergibt sich aus der US 6,575,437 B2 , bei welcher die Flüssigkeit über ein seitlich von einem Verteilertrog angeordnetes Leitblech als Film drucklos auf die Packung geleitet wird.
Bei den aus der US 5,439,620 A bekannten Verteilerrohren tritt die Flüssigkeit aus Öffnungen in deren Oberseite aus und strömt über seitlich an den Verteilerrohren angebrachte Leitflächen, welche eine zackenförmige Abtropfkante aufweisen, bis zur Oberfläche der Packung. Die gewünschte gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit über die Länge der Verteilerrohre ist dabei nicht mit Sicherheit gewährleistet.
Die DE 19 06 962 A offenbart einen Flüssigkeitsverteiler für senkrechte Behälter, bei dem die Flüssigkeit unter Druck aus horizontal gelegenen Öffnungen direkt in ein Materialbett eingebracht wird, um eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit in dem Materialbett zu bewirken.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei geringem baulichem Aufwand eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit über den gesamten Füllkörperquerschnitt zu erzielen, wobei möglichst wenige Flüssigkeitströpfchen bzw. -nebel mit dem Gasstrom mitgerissen werden.
Diese Aufgabe wird bei einer Anlage der eingangs genannten Art im Wesentlichen dadurch gelöst, dass das Verteilerelement als Druckleitung ausgebildet ist, aus welcher die Flüssigkeit über Düsen in eine oberhalb des Flüssigkeitspegels gebildete geschlossene Kammer der Verteilerrinne abgegeben wird, in welcher ein Druck entsprechend dem in dem die Füllkörperpackung aufnehmenden Behältnis herrschenden Druck aufrechterhalten werden kann.
Auf diese Weise wird erreicht, dass beim Austreten der Flüssigkeit aus den Düsen entstehende Flüssigkeitströpfchen bzw. -nebel in der im Wesentlichen geschlossenen Verteilerrinne abgefangen werden und nicht in die Gasphase gelangen. Deswegen kann die Strömungsgeschwindigkeit des Gases erhöht und somit der Durchmesser der Füllkörperpackung verringert werden, was zu einer Kosteneinsparung führt. Ein ungleichmäßiger Austritt der Flüssigkeit aus den Düsen wird aufgrund des sich in der Verteilerrinne bildenden Flüssigkeitspegels und das sich daran anschließenden Führungselements über die gesamte Länge des Verteilerelements ausgeglichen. Dadurch wird ein gleichmäßiger gesteuerter Flüssigkeitsfilm auf die Füllkörperpackung geführt.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die Verteilerrinne nach unten an das Verteilungselement anschließt und in ihrer Breite den Durchmesser des Verteilungselementes nicht nennenswert übersteigt. Auf diese Weise wird die freie Fläche am Flüssigkeitseinlass der Füllkörperpackung für den Durchtritt des gegenströmenden Gases maximiert. Der spezifische Säureeinlass im Verhältnis zur Füllkörperpackung pro m² ist im Vergleich zu anderen Berieselungssystemen bis zu 10 mal, vorzugsweise 2 bis 3 mal höher.
Vorzugsweise münden die Düsen des Verteilerelements schräg nach unten in die Verteilerrinne oberhalb des Flüssigkeitspegels, so dass die Flüssigkeitsstrahlen auf eine Seitenwandung der Verteilerrinne auftreffen. Hierdurch wird die Vergleichmäßigung der Flüssigkeitszufuhr über die Länge der Verteilerrinne gefördert.
Um ein Entstehen unerwünschter Flüssigkeitsteilchen bzw. -nebel weiterhin zu verhindern, ist das Führungselement, welches beispielsweise als Führungsplatte ausgebildet sein kann, bis in die Füllkörperpackung, beispielsweise bis zu einer Tiefe von etwa 100 mm, hineingeführt.
Für die gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung unter Vermeidung von unerwünschter Säureteilchenübertragung auf den Gasstrom ist es von Vorteil, wenn der Flüssigkeitspegel in der Verteilerrinne zwischen etwa 10 bis 100 mm, vorzugsweise zwischen etwa 15 und 80 mm, oberhalb des Auslassspaltes gehalten wird.
Die Breite des Auslassspaltes der Verteilerrinne liegt beispielsweise zwischen etwa 3 und 20 mm, vorzugsweise zwischen etwa 5 und 15 mm.
Die verwendeten Verteilerelemente, von welchen eine Vielzahl im Abstand voneinander oberhalb der Füllkörperpackung angeordnet sein können, haben vorzugsweise einen Durchmesser zwischen etwa 30 und 300 mm, vorzugsweise zwischen etwa 50 und 250 mm.
Die Betriebsbedingungen sind in der Praxis vorzugsweise so gewählt, dass in dem Verteilerelement ein Überdruck zwischen etwa 0,2 und 6 bar, vorzugsweise zwischen etwa 0,5 und 1 bar herrscht.
In der Kammer der Verteilerrinne kann erfindungsgemäß eine Entlüftungseinrichtung vorgesehen sein, um einen unerwünschten Druckanstieg und ein Ausspritzen der Flüssigkeit aus dem Austrittsgalt zu vermeiden.
Auch ist es von Vorteil, wenn die Verteilerrinne nach unten hin verjüngt ist.
Die erfindungsgemäße Anlage kann beispielsweise in einem Reaktor verwendet werden, in welchem Flüssigkeit über eine Packung rieselt.
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung. Hierbei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich darge stellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in einzelnen Ansprüchen oder der Rückbeziehung.
1 zeigt beispielhaft schematisch im Vertikalschnitt einen oberhalb einer Füllkörperpackung angeordneten Flüssigkeitsverteiler bestehend aus Verteilerelement, Verteilerrinne und Führungselement, von welchen mehrere im Abstand und parallel nebeneinander zur Bildung einer erfindungsgemäßen gesamten Berieselungsanlage angeordnet sein können.
2 zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen Füllkörperturm mit dem erfindungsgemäßen Flüssigkeitsverteiler.
Der in der Zeichnung dargestellte Flüssigkeitsverteiler weist ein als rohrförmige Druckleitung ausgebildetes Verteilerelement 1 auf, welches bevorzugt parallel zur Oberfläche einer Füllkörperpackung PA angeordnet ist. Das Verteilerelement 1 ist derart mit der über der Füllkörperpackung PA zu verteilenden Flüssigkeit zu versorgen, dass in ihm ein Überdruck von zwischen etwa 0,2 und 6 bar, vorzugsweise zwischen etwa 0,4 und 4 bar herrscht.
An das Verteilerelement 1 schließt sich nach unten ohne Querschnittsverbreiterung eine Verteilerrinne 2 unmittelbar an. Die Verteilerrinne 2 hat an ihrem unteren, verjüngten Ende 4 einen sich im wesentlichen über ihre ganze Länge erstreckenden Austrittsspalt 3 für die sich in der Verteilerrinne 2 bis zu einem Pegel FP ansammelnde Flüssigkeit, welche mittels über die Länge des Verteilerelements 1 verteilte Düsen 6 in eine oberhalb des Flüssigkeitspegels FP gebildete und durch diesen sowie die Wandungen der Verteilerrinne und des Verteilerelements begrenzte, geschlossene Kammer 7 eingesprüht wird. Das System wird so betrieben, dass der Flüssigkeitspegel FP zwischen einem Ma ximalwert FP_max (z. B. etwa 100 mm) und einem Minimalwert FP_min (z. B. etwa 20 mm) bleibt.
Die Düsen 6 sind schräg gestellt, so dass der Flüssigkeitsstrahl zunächst auf eine Seitenwandung der Verteilerrinne 2 auftrifft. Sich bildende Flüssigkeitströpfchen oder -nebel können nicht in das Gegenstromgas übertreten, sondern werden an dem Flüssigkeitspegel und damit innerhalb der Kammer 7 abgefangen. In der Figur ist eine Richtung der Düsen beispielhaft dargestellt; selbstverständlich können die Düsen auch auf die andere Seitenwandung gestellt sein. Eine alternierende Düsenstellung oder Doppeldüsen in verschiedene Richtung sind ebenfalls möglich. Ebenso müssen die Düsen nicht radial angeordnet sein, sondern können tangential angeordnet sein oder in andere Richtungen weisen.
In der Kammer 7 wird ein Druck aufrechterhalten, welcher etwa dem Druck in dem Füllkörperturm entspricht. Durch die konstruktive Ausgestaltung und die Druckverhältnisse kann sichergestellt werden, dass aus dem Auslassspalt 3 ein gleichmäßiger Flüssigkeitsfilm austritt und ein unerwünschtes Überfluten der Füllkörperpackung PA vermieden ist. Das sich unterhalb des Auslassspaltes 3 anschließende plattenförmige Führungselement 5 greift mit seinem unteren Ende zum Beispiel bis zu etwa 100 mm in die Füllkörperpackung PA hinein, so dass eine unerwünschte Flüssigkeitströpfchen- bzw. -nebelbildung an dieser Stelle ebenfalls vermieden wird.
Im praktischen Betrieb kann der Flüssigkeitspegel FP zwischen etwa 10 und 100 mm, vorzugsweise zwischen etwa 20 und 70 mm liegen, die Breite des Auslassspaltes 3 zwischen etwa 3 und 20 mm, vorzugsweise zwischen etwa 8 und 10 mm und der Durchmesser des Verteilerelements 1 zwischen etwa 30 und 300 mm, vorzugsweise zwischen etwa 50 und 250 mm.
Zur Aufrechterhaltung des erwünschten Druckes in der Kammer 7 kann diese mit einer Entlüftungseinrichtung ausgestattet sein und besonders bevorzugt mit einer Überlaufleitung ausgestattet, so dass sich bei zu starken Flüssigkeitsanfall kein Druck aufbauen kann.
Die Kammer bzw. deren Seitenwandungen können abweichend von der 1 gestaltet werden, ohne die eigentliche Erfindungsidee, Abführen eines möglichst ungestörten Flüssigkeitsstromes aus der Kammer und Aufleiten des möglichst kompakten Flüssigkeitsstromes auf die Füllkörper, zu verlassen.
Insbesondere können die Wandungen symmetrisch, spitz zulaufend, gerade oder speziell geformt sein. Ebenso muss dass Führungselement 5 nicht senkrecht in die Packungsebene hineinragen, sondern kann auch angewinkelt sein. Weiterhin ist es möglich, anstatt eines Auslassspaltes auch mehrere zu verwenden und insbesondere auch mehrere Führungselemente, die in verschiedene Richtungen leiten.
Der Auslassspalt muss ebenfalls nicht schräg, sondern kann insbesondere direkt nach unten oder zur Seite offen sein.
Wie aus 2 beispielhaft ersichtlich ist, sind mehrere, hier vier Verteilerelemente 1 nebeneinander über der Füllkörperpackung PA vorgesehen, um die Flüssigkeit gleichmäßig über den gesamten Turmquerschnitt zu verteilen. Die Verteilerelemente 1 werden über eine gemeinsame Versorgungsleitung 8 mit Schwefelsäure versorgt.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung können die Düsen 6 keine einheitlichen Durchmesser oder Form haben sondern in Abhängigkeit von der Entfernung von der Zufuhrleitung verschiedene Durchmesser besitzen.

1: Verteilerelement
2: Verteilerrinne
3: Auslassspalt
4: verjüngtes Ende
5: Führungselement
6: Düsen
7: Kammer
8: Versorgungsleitung
FP: Flüssigkeitspegel
PA: Füllkörperpackung

Claims

Anlage zum Verteilen einer Flüssigkeit, zum Beispiel organische Lösungsmittel, Wasser, wässrige Salzlösung, Laugen oder Säuren, über eine Füllkörperpackung (PA) oder eine andere strukturierte Packung, in welcher die Flüssigkeit von oben nach unten, bevorzugt im Gegen- oder Gleichstrom zu einem bspw. SO₃-haltigen oder schadstoffhaltigen Gas rieselt, mit wenigstens einem Verteilerelement (1), aus welchem die Flüssigkeit über Öffnungen in eine Verteilerrinne (2) derart eingeführt wird, dass sich unterhalb der Öffnungen in der Verteilerrinne (2) ein vorgegebener Flüssigkeitspegel (FP) einstellt, wobei Flüssigkeit aus der Verteilerrinne (2) über mindestens einen Auslassspalt (3) vorgegebener Breite an dem unteren Ende (4) der Verteilerrinne (2) mittels eines Führungselements (5) an die Füllkörperpackung (PA) abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilerelement (1) als Druckleitung ausgebildet ist, aus welcher die Flüssigkeit über Düsen (6) in einen oberhalb des Flüssigkeitspegels (FP) gebildete, prinzipiell geschlossene, aber entlüftbare Kammer (7) der Verteilerrinne (2) abgegeben wird, in welcher ein Druck entsprechend dem in dem die Füllkörperpackung (PA) aufnehmenden Behältnis herrschenden Druck aufrechterhalten werden kann.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerrinne (2) nach unten an das Verteilerelement (1) anschließt und in ihrer Breite den Durchmesser des Verteilerelements (1) nicht nennenswert übersteigt.
Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (6) des Verteilerelements (1) schräg nach unten in die Verteilerrinne (2) oberhalb des Flüssigkeitspegels (FP) münden.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (5) zum Beispiel bis zu etwa 100 mm in die Füllkörperpackung (PA) hineinragt.
Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (5) als Leitblech ausgebildet ist, das sich vorzugsweise über die gesamte Länge der Verteilerrinne (2) erstreckt.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitspegel (FP) in der Verteilerrinne zwischen etwa 10 und 100 mm, vorzugsweise zwischen etwa 15 und 80 cm, oberhalb des Auslassspaltes (3) liegt.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Auslassspaltes (3) zwischen etwa 3 und 20 mm, vorzugsweise zwischen etwa 5 und 15 mm, liegt.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vorzugsweise rohrförmige Verteilerelement (1) einen Durchmesser zwischen etwa 30 und 300 mm, vorzugsweise zwischen etwa 50 und 250 mm, hat.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verteilerelement (1) bei Betrieb ein Überdruck zwischen etwa 0,2 und 6 bar, vorzugsweise zwischen etwa 0,5 und 1 bar, herrscht.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kammer (7) der Verteilerrinne (2) eine Entlüftungseinrichtung vorgesehen ist.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerrinne (2) nach unten hin verjüngt ist.
Verwendung einer Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in einem Reaktor, in welchem Flüssigkeit über eine Packung rieselt.