DE102014004424A1

DE102014004424A1 - Einbauten

Info

Publication number: DE102014004424A1
Application number: DE102014004424.6A
Authority: DE
Inventors: Hamid Shahnazian; Achim Frahm; Peter Wandres; Jürgen Schmitz
Original assignee: Carl Munters Euroform GmbH and Co KG
Current assignee: Carl Munters Euroform GmbH and Co KG
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2015-10-01

Abstract

Es werden Einbauten von Kolonnen für Apparaturen zur Durchführung eines Wärme- und/oder Stoffaustausches zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas beschrieben. Die Einbauten weisen einen inneren, die mechanische Stabilität gewährleistenden Basiswerkstoff und eine äußere Emaille-Beschichtung auf. Hierdurch werden besonders gute Ergebnisse in Bezug auf die Verschmutzungsresistenz und Austausch/Trennleistung erreicht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Einbauten von Kolonnen für Apparaturen zur Durchführung eines Wärme- und/oder Stoffaustausches zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas.
Solche Einbauten finden beispielsweise in der chemischen Industrie in einer Vielzahl von Apparaturen Verwendung. Beispielsweise können hier Destillations-, Rektifikations-, Extraktions-, Absorptions- und Reaktionskolonnen erwähnt werden. Des Weiteren werden solche Einbauten im Bereich der Gaswäscher eingesetzt, bei denen Gase bzw. Gasgemische die Einbauten passieren und dabei mit einer Flüssigkeit in Kontakt gebracht werden, um bestimmte Substanzen aus dem Gas bzw. Gasgemisch zu entfernen. Als Beispiel seien hier Rauchgasentschwefelungsanlagen genannt. Andere Einsatzgebiete, die die Durchführung eines Wärmeaustausches betreffen, sind beispielsweise Kühltürme.
In Bezug auf derartige Einbauten bzw. Kolonnenkonstruktionen werden hauptsächlich Bodenkolonnen, Kolonnen mit Füllkörperschüttungen und Kolonnen mit geordneten Packungen unterschieden. Beispiele für Bodenkolonnen sind Kolonnen mit Glocken-, Tunnel-, Ventil- oder Siebböden. In Füllkörperschüttungen können beispielsweise Raschigringe, Pall-Ringe, Berlsättel etc. eingesetzt werden. Bei geordneten Packungen kennt man verschiedene Arten von dreidimensionalen Körpern, die aus Kanäle bildenden, miteinander verbundenen gewellten Schichten aus Gitterkonstruktionen, Drahtgewebe etc. gebildet sind.
Es ist bekannt, für derartige Böden, Füllkörper oder Packungen verschiedenartige Materialien einzusetzen. Insbesondere finden entsprechende Kunststoffe Verwendung. Ferner ist es bekannt, solche Einbauten aus keramischen Materialien herzustellen.
Wenn korrodierende Medien zu behandeln sind und eine entsprechende Stabilität gefordert wird, hat sich Edelstahl als geeignet erwiesen, da dieses Material weitgehend korrosionsbeständig ist und darüber hinaus auch hohen Temperaturen ausgesetzt werden kann. Edelstahl hat jedoch den Nachteil, dass es ein relativ teures Material darstellt.
Füllkörper aus Keramikmaterial sind beispielsweise aus der DE-OS 24 25 058 bekannt. Es handelt sich hierbei um spezielle Füllkörper aus Keramikmaterial in Form von Rohrabschnitten, wobei die Rohrabschnitte mehrere zueinander parallele Längskanäle aufweisen.
Aus der DE 10 2004 027 996 A1 sind Füllkörper oder Packungen bekannt, bei denen eine innenliegende Schicht aus kostengünstigem Kohlenstoffstahl besteht, während eine äußere Schicht aus Zinn oder Chrom besteht. Hierbei findet daher ein preiswertes inneres Basismaterial Verwendung, das mit einer Beschichtung aus Chrom oder Zinn versehen ist. Man will auf diese Weise preiswerte Füllkörper oder Packungen herstellen, die trotzdem eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweisen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Art von Einbauten zur Verfügung zu stellen. Insbesondere sollen Einbauten von Kolonnen für Apparaturen zur Durchführung eines Wärme- und/oder Stoffaustausches zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas geschaffen werden, die billig herzustellen sind und mit denen sich bei geringer Verschmutzungsanfälligkeit besonders hohe Wärme- und/oder Stoffaustauschleistungen erzielen lassen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei Einbauten der angegebenen Art dadurch gelöst, dass sie einen inneren, die mechanische Stabilität gewährleistenden Basiswerkstoff und eine äußere Emaille-Beschichtung aufweisen.
Die erfindungsgemäße Lösung für die Konstruktion von derartigen Einbauten, insbesondere Stoff/Wärmeaustauschböden, Füllkörpern und Packungen, bringt eine Reihe von Vorteilen mit sich. Zum einen können die Einbauten aus einem Material konstruiert sein, das billig ist und keine Korrosionsfestigkeit aufweisen muss. Bei einem derartigen Basiswerkstoff kann es sich beispielsweise um einen geeigneten emaillierfähigen Schwarzstahl bzw. Kohlenstoffstahl handeln. Es können aber auch andere geeignete Werkstoffe Verwendung finden, die die erforderliche mechanische Stabilität gewährleisten. Ferner muss ein derartiger Basiswerkstoff für eine Emaillierung geeignet sein, d. h. eine Emaille-Beschichtung muss auf den Basiswerkstoff aufbringbar sein und auf diesem fest haften. Die aufgebrachte Emaille-Beschichtung sichert dann die geforderte Korrosionsfestigkeit des Konstruktionsmateriales.
Erfindungsgemäß wurde darüber hinaus festgestellt, dass sich mit der verwendeten Emaille-Beschichtung günstige Eigenschaften in Bezug auf Verschmutzungsresistenz erzielen lassen. Es wurde festgestellt, dass Probleme in Bezug auf Ablagerungen, die sich insbesondere beim Stoffaustausch bilden, weitgehend vermeiden lassen. Insbesondere ist die Verschmutzungsresistenz im Vergleich zu derartigen Packungen oder Füllkörpern aus Edelstahl verbessert. Speziell werden dabei Ablagerungen bzw. Anlagerungen durch Austrocknung und bei hohen Temperaturen (Anbackungen) verhindert.
Des Weiteren lassen sich solche mit einer Emaille-Beschichtung versehene Einbauten besonders gut reinigen.
Es wurde ferner festgestellt, dass sich die Emaille-Oberflächen durch eine gute Benetzbarkeit mit den für den Wärme/Stoffaustausch vorgesehenen Flüssigkeiten auszeichnen, so dass sich mit derartigen beschichteten Einbauten eine gute Wärme/Stoffaustauschleistung, insbesondere eine hohe Trennleistung in Bezug auf den Stoffaustausch, erreichen lässt. Dies kann mit einem relativ billigen Basiswerkstoff erzielt werden, so dass auch bei letztendlich aggressiven Medien nicht auf Sonderstähle oder Spezialmetalle oder teure Veredelungsverfahren zurückgegriffen werden muss.
Insbesondere zeichnen sich derartige Einbauten durch eine besonders gute Funktionsweise in Gaswäschern aus. Solche Gaswäscher finden insbesondere zur Reinigung der Rauchgase von Kraftwerken, aber auch der Antriebsaggregate von Fahrzeugen und Schiffen Verwendung. Beispielsweise findet bei Schiffen eine Waschung des Gases mit Seewasser (Salzwasser) statt, wobei die erfindungsgemäßen Einbauten hier die Bildung von Ablagerungen, speziell von Rußablagerungen und/oder Salzablagerungen, reduzieren bzw. verhindern.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Emaille-Beschichtung kann bekannte Zusammensetzungen aufweisen. Bei Emaille handelt es sich um ein glasartig erstarrtes Schmelzgemisch überwiegend oxidischer Zusammensetzung auf einem Werkstück aus Metall oder Glas. Glasbildende Oxide als Ausgangsstoffe sind vor allem SiO₂, B₂O₃, Na₂O, K₂O und Al₂O₃.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Emaille-Beschichtung kann einschichtig ausgebildet sein. Sie kann aber auch eine Grundschicht aus dem Basiswerkstoff und eine Deckschicht auf der Grundschicht umfassen. Die Grundschicht, die fest auf dem Untergrund (Basiswerkstoff, insbesondere Schwarzstahl) haften muss, enthält vorzugsweise Kobaltoxid als Haftoxid. Die Deckschicht dient vorwiegend dazu, dem Überzug eine bestimmte Oberflächenbeschaffenheit, nämlich die gewünschten Antihafteigenschaften, zu verleihen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Einbauten durch Eintauchen der aus dem Basiswerkstoff bestehenden Grundkonstruktion in ein Emaille-Tauchbad mit nachfolgendem Brennen hergestellt. Bei einer anderen Ausführungsform sind die Einbauten durch Aufspritzen einer Emaille-Beschichtung auf eine aus dem Basiswerkstoff bestehende Grundkonstruktion mit nachfolgendem Brennen gefertigt. Zur Herstellung der erfindungsgemäß ausgebildeten Einbauten wird daher vorzugsweise eine wässrige Suspension der Emaille-Ausgangsstoffe oder ein feines Pulver derselben hergestellt. Die Einbauten werden dann in die Suspension getaucht, oder die Suspension wird auf die Einbauten aufgebracht oder aufgespritzt, auch als feines Pulver. Danach erfolgt ein Einbrennvorgang bei etwa 800–850°C. Es versteht sich, dass die Einbauten vor der Emaillierung vorbehandelt, insbesondere gereinigt, werden (Beizen etc.).
Finden eine Grundschicht und eine Deckschicht Verwendung, so können diese getrennt aufgetragen, aber zusammen eingebrannt werden.
Als Basiswerkstoff für die Einbauten findet vorzugsweise normaler emaillierfähiger Stahl (Schwarzstahl bzw. Kohlenstoffstahl) Anwendung, der den entsprechenden statischen Anforderungen genügt bzw. die geforderte mechanische Stabilität zur Verfügung stellt und billig ist. Auf die Verwendung von Spezialstählen kann verzichtet werden, da die erfindungsgemäß vorgesehene Emaille-Beschichtung für die entsprechende Korrosionsfestigkeit sorgt und sich insbesondere gegenüber einer durchgeführten Gaswäsche mit aggressiven Medien, beispielsweise Seewasser (Salzwasser), als resistent erweist. Die Antihaftungseigenschaften sind wesentlich verbessert, wie vorstehend ausgeführt. Darüber hinaus lassen sich derartige Emaille-Oberflächen besonders gut reinigen, was sich insbesondere bei Füllkörpern bzw. Packungen mit relativ komplizierten geometrischen Formen als vorteilhaft erweist.
Für die erfindungsgemäß ausgebildeten emaillierten Einbauten kommen insbesondere drei Anwendungsbereiche in Frage: als Stoffaustausch/Wärmeaustauschböden, als Füllkörper, insbesondere bei Schüttungen mit regellos angeordneten Füllkörpern, und als Packungen, insbesondere geordneten Packungen. Solche Packungen, die aus den unterschiedlichsten Körpern gebildet sein können, welche sich durch eine besonders große Oberfläche auszeichnen, sind für die Erfindung besonders geeignet, da sich hierbei die Verschmutzungsresistenz der emaillierten Oberfläche der Packungskörper besonders vorteilhaft bemerkbar macht. Einerseits zeichnen sich gerade derartige Körper durch eine besonders gute Benetzbarkeit mit der insbesondere für den Stoffaustausch verwendeten Flüssigkeit aus, andererseits verhindern die Antihafteigenschaften gegenüber Ablagerungen eine rasche Verunreinigung und benötigen weniger Reinigungsvorgänge. Insbesondere kommen dabei als Gitterkörper oder Drahtgewebekörper ausgebildete emaillierte Packungen zum Einsatz, speziell solche Körper mit Kreuzkanalstrukturen.
Derartige Packungen, die beispielsweise aus Stahlblech hergestellt sind, können insbesondere durch Tauchen relativ einfach und rasch emailliert werden, was sich insbesondere bei solchen komplizierten Körpern mit großer Oberfläche als vorteilhaft erweist. Ein derartiges Tauchverfahren sichert eine gleichmäßige und vollständige Beschichtung, selbst auf schwer zugänglichen Stellen des Packungskörpers.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Die einzige Figur zeigt eine räumliche Ansicht eines Füllkörpers.
Der in der Figur dargestellte Füllkörper bzw. die strukturierte Packung kommt beispielsweise in einem Gaswäscher zum Einsatz, der dazu dient, bestimmte Substanzen aus einem Gasstrom zu entfernen. Hierbei kann es sich beispielsweise um die Reinigung des Rauchgases handeln, das bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen entsteht.
Der Füllkörper 1 ist als Gitterkörper ausgebildet, der eine Vielzahl von sich kreuzenden Kanälen 3, 4 aufweist. Das zu reinigende Gas durchströmt den Füllkörper 1 von unten nach oben, wie durch die Pfeile 5 angedeutet ist. Eine Waschflüssigkeit, beispielsweise Seewasser (Salzwasser), wird über eine schematisch dargestellte Sprüheinrichtung 2 auf die Oberseite des Füllkörpers fein verteilt und durchströmt diesen durch Schwerkraft von oben nach unten. Das zu reinigende Gas tritt in den Kanälen 3, 4 mit der Waschflüssigkeit in Kontakt, die die entsprechenden Substanzen aus dem Gas absorbiert und mit sich abführt. Das gereinigte Gas tritt an der Oberseite aus dem Füllkörper aus und wird beispielsweise nach dem Passieren eines nachgeschalteten Tropfenabscheiders an die Atmosphäre abgegeben.
Der hier dargestellte Füllkörper 1 besteht aus emaillierfähigem Stahlblech, das mit einer Emaille-Beschichtung versehen ist. Es kann hierbei normaler Schwarzstahl bzw. Kohlenstoffstahl zum Einsatz gelangen. Um die Emaille-Beschichtung herzustellen, wird der Füllkörper aus Stahlblech nach einer Vorbehandlung (Reinigung) in ein Emaille-Tauchbad eingetaucht, bis eine gleichmäßige Emaille-Beschichtung erreicht ist. Es folgt dann ein entsprechender Brennvorgang, beispielsweise bei 800°C, so dass sich eine feste Emaille-Beschichtung auf dem Stahlblech ergibt.
Aus der Emaille-Beschichtung resultiert einerseits eine geringe Verschmutzungsanfälligkeit des Füllkörpers, da Ablagerungen, insbesondere Rußablagerungen oder Salzablagerungen, überhaupt nicht oder nur in geringem Umfang an der Emaille-Oberfläche haften. Die anhaftenden Ablagerungen können relativ einfach entfernt werden, so dass sich der Füllkörper leicht reinigen lässt. Zum anderen wird durch die Emaille-Oberfläche eine besonders gute Benetzbarkeit des Füllkörpers mit der Waschflüssigkeit erreicht, so dass der Füllkörper eine hohe Austausch/Trennleistung besitzt. Durch die gute Benetzbarkeit der Oberfläche des strukturierten Füllkörpers bzw. der Packung wird ein inniger Kontakt zwischen dem zu reinigenden Gas und der Waschflüssigkeit hergestellt, der für einen guten Stoffaustausch bzw. Wärmeaustausch sorgt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 2425058 A [0006]
DE 102004027996 A1 [0007]

Claims

Einbauten von Kolonnen für Apparaturen zur Durchführung eines Wärme- und/oder Stoffaustausches zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen inneren, die mechanische Stabilität gewährleistenden Basiswerkstoff und eine äußere Emaille-Beschichtung aufweisen.
Einbauten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Emaille-Beschichtung eine Grundschicht auf dem Basiswerkstoff und eine Deckschicht auf der Grundschicht aufweist.
Einbauten nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Emaille-Beschichtung auf einem Basismaterial aus emaillierfähigem Schwarzstahl (Kohlenstoffstahl) angeordnet ist.
Einbauten nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus Stoffaustausch/Wärmeaustauschböden bestehen.
Einbauten nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus Füllkörpern (1) bestehen.
Einbauten nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus Packungen, insbesondere geordneten Packungen, bestehen.
Einbauten nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllkörper (1) oder Packungen als Gitterkörper oder Drahtgewebekörper, insbesondere mit Kreuzkanalstrukturen, ausgebildet sind.
Einbauten nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch Eintauchen der aus dem Basiswerkstoff bestehenden Grundkonstruktion in ein Emaille-Tauchbad mit nachfolgendem Einbrennen hergestellt sind.
Einbauten nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch Aufspritzen einer Emaille-Beschichtung auf eine aus dem Basiswerkstoff bestehende Grundkonstruktion mit nachfolgendem Einbrennen hergestellt sind.