-
Verfahren und Vorrichtung zur Abscheidung von Schwebstoffen und gasförmigen
Stoffen aus Gasströmen Es ist bekannt, Gase durch Einwirkung der Fliehkraft zu reinigen,
indem die Gase durch Vorrichtungen geleitet werden, die eine mehrfache knderung
oder Umkehrung der Strdmungsrichtung der Gase erzwingen.
-
Zur Niederschlagung von sehr feinen Tröpfchen, wie sie in Nebeln vorliegen,
verwendet man oft poröse Filterschichten. Vorwiegend aus der Schwefelsäureindustrie
ist die Verwendung von Filterkerzen aus keramischem Material mit einem Porendurchmesser
von 0, 1 bis 0, 3 mm bekannt.
-
Inabesondere aus nordamerikanischen Verbffentlichungen ist die Verwendung
von dichten Drahtmatten unter dem Namen"knitted wire"bekannt. Es werden auch Kombinationen
aus
Draht und Glasfasern verwendet. Wenn man mit solchen Vorrichtungen feine Nebel abscheiden
will und wenn ein sehr niedriger Endgehalt im Abgas erreicht werden muß, sind relativ
dichte Filterschichten erforderlich. Falls das Gas neben Flüssigkeiten, die aus
der Filterschicht abfließen können, noch feste Stoffe enthält, tritt nach einiger
Zeit eine Verstopfung der Filterschicht ein, die nur sehr schwer behoben werden
kann. Trotz dieses Nachteiles haben solche Filterschichten weite Verbreitung gefunden,
da man kein anderes in der Anschaffung ähnlich billiges und ebenso wirksames Abscheidungsverfahren
kannte.
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, welches sowohl zur Abtrennung
von Schwebstoffen als auch zur Absorption von Gasen aus Gasstrdmen bestimmt ist.
-
Besonders vorteilhaft ist es, aus dem Gasstrom Schwebstoffe niederzuschlagen
und dabei gleichzeitig gasformige, in geringer Konzentration vorhandene Stoffe zu
absorbieren.
-
Die Erfindung geht von Verfahren des Anmelders aus, die noch nicht
zum veröffentlichten Stand der Technik gehören und zunächst nur im Hinblick auf
die Schwebstoffabscheidung entwickelt wurden. Diese Verfahren und die zugehörigen
Vorrichtungen ermUgllchen die mechanische Abscheidung von SchwebstoffenX d. h. von
Nebeln und/oder Stäuben, deren Teilehengröße im Bereich von l . 10-4 cm
im
Durchmesser und darunter liegt und die von den meisten bekannten mechanischen Trocken-oder
Naßabscheidern nicht mehr erfaBt werden. Ein besonderes Ziel dieser Vorschläge ist
es, die Abtrennung der sehr kleinen Teilchen allein durch Ausnutzung der Druckenergie
des Gasstromes zu erreichen, ohne Verwendung von bewegten Teilen im Schwebstoffabscheider.
Als Energie für die Abscheidung der Schwebstoffe wird der Druckabfall des Gases
beim Durchgang durch eine Abscheidevorrichtung ausgenutzt.
-
Unter dem Drucksprung wird ein Meßwert verstanden, der die Differenz
des statischen Druckes des zu reinigenden Gases vor und nach der Niederschlagung
der Schwebestoffe darstellt und z. B. in Millimeter Wassersäule ausgedrUckt werden
kann. Die Reinheit des behandelten Gases wird umso besser, je gr~#er der Drucksprung
ist. Gr~bere Tr~pfchen von etwa 5 . 10-2 Durchmesser k~nnen bereits mit etwa 20
mm Drucksprung niedergeschlagen werden. Nebel und Stäube erfordern einen Drucksprung
von 50 bis 800, vorzugsweise von 80 bis 400 mm W. S.
-
Es wurde gefunden, daß bei Aufwand der gleichen oder geringeren Energie
wie bei bekannten mechanischen Gasreinigungsverfahren nach der Erfindung, die nur
eine einzige scharfe Umlenkung des Gasstromes anwendet, eine bessere Abscheidung
erreicht wird als in porösen Schichten oder Prallplattenapparaten, in denen das
Gas vielmals oder zumindest mehrmals druckverbrauchenden Richtungsänderungen
ausgesetzt
ist. Das Reinigungsverfahren mit einmaliger Umlenkung lUBt sich so ausfuhren, da#
Verstopfungen vermieden werden, indem-die festen Teilchen zusammen mit dem flüssigen
Kondensat abfließen.
-
Die für die Gasreinigung verwendeten Apparate zur Abscheidung von
Schwebstoffen und Gasen durch Anwendung eines Drucksprunges von mindestens 20 mm
WS im Gasstrom bestehen aus ein oder mehreren, aus aneinandergereihten, in sich
geschlossenen Bauteilen zusammengesetzten Hohlkörpern, die in den Gasstrom eingeschaltet
sind und. bei denen zwischen den ringförmigen Bauelementen Schlitze freigelassen
sind, die im Axialschnitt eine derartige Riche rungsänderung aufweisen, daß kein
Durchtritt des Gasstromes durch den Schlitz auf einem geradlinigen Stromfaden m~glich
ist.
-
Auf der Gaseintrittsseite des Abscheiders wird eine Floussigkeit in
das Gas eingesprüht. Diese Flüssigkeit kommt zusammen mit den primõr im Gas vorhandenen
Schwebstoffen in den Schlitzen zur Abscheidung und fließt auf den OberflEehen der
Außenseite der Hohlkorper nach unten ab.
-
Zwischen den Hohlkörpern k~nnen besondere Leitflõchen vorgesehen werden,
um zu vermeiden, daß die abtropfende FlUssigkeit beim Aufprall kleine Tröpfchen
bidet, die vom Gas mitgerissen werden können.
-
Es hat sich gezeigt, daß die eingesprühte FlUssigkeit zur Absorption
von gasförmigen Stoffen mit überraschend
gutem Effekt herangezogen
werden kann. Der Effekt last sich nicht allein durch die große Oberfläche der eingesprühten
Flüssigkeit erklären, sondern hängt wahrscheinlich mit den extrem hohen Fliehkräften
im Schlitz zusammen.
-
WKhrend des Abscheidungsvorganges der Schwebeteilchen findet eine
intensive Absorption statt.
-
Statt flüssigen Stoffen können auch feste Stoffe eingesprUht werden,
so kann z. B. Kalkstaub zur Absorption von sauren Gasbestandteilen benutzt werden.
Vorteilhaft ist eine feine Verdüsung der eingesprühten Stoffe. Einspritzmengen von
10 bis 500 Liter, vorzugsweise von 30 bis 150 Liter je 1000 Nm3/h Rohgas haben sich
bewährt.
-
Die rlUssigen oder festen Stoffe können auch in Form eines Nebels
oder Rauches dem zu reinigenden Hauptgasstrom zugesetzt werden. Der Zusatz der Stoffe
kann auch bereits vor dem Abscheider in die Gasleitung erfolgen, um eine bessere
Vermischung und lkngere Berührungszeit sicherzustellen.
-
Zweckmäßig beträgt die Richtungsänderung der Schlitze im Axialsehnitt
mindestens 30°, vorzugsweise mehr als 45°. Bei den Reinigungaverfahren der später
erläuterten Beispiele betrGgt diese Richtungsänderung im Axialschnitt mehr als 90°,
und zwar etwa 120°.
-
Die abscheidende Wirkung beruht darauf, daß beim Durchgang der 8tromfkden
durch die einzelnen Schlitze den Schwebstoffen
eine hohe Zentrifugalbeschleunigung
infolge der Richtungsõnderung erteilt wird, durch die die Nebeltrdpfchen oder Staubteilchen
koagulieren und gegen die Wandung der Schlitze geschleudert werden und dort zur
Trennung von dem Gasfaden kommen. Die Radialbeschleunigung liegt zwischen dem 6000-und
100. 000-fachen, vorzugsweise zwischen dem 15. 000- bis 50.000-fachen der Fallbeschleunigung.
Um eine wirksame Abscheidung der Schwebstoffe zu erreichen, sollen die Schlitze
quer zur Strömungsrichtung eine Breite von weniger als 5 mm, vorzugsweise weniger
als 2 mm, haben.
-
Wie praktische Erfahrungen gezeigt haben, liegt der besonders zweckmäßige
Bereich der Schlitzbreite, insbesondere bei schwer abzuscheidenden Nebeln oder Stäuben,
zwischen 0, 3 und 2 mm. Außerdem ist zu betonen, da# es fUr die Erzielung optimaler
Abscheidungseffekte wichtig iStJ daß die Schlitze im Axialschnitt eine Querschnittsverengung
an der Stelle der stärksten KrUmmung aufweisen, also beispielsweise von der Eintrittsstelle
bis zur Stelle der stkrksten KrUmmung eine diffusorartige Verengung und von dieser
Stelle bis zur Austrittsstelle eine'diffusorartige Erweiterung aufweisen.
-
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist der Aufbau der von den
Gasen durchströmten Hohlkdrper aus aneinandergereihten, in sich geschlossenen Bauelementen.
Vorzugsweise haben diese Bauelemente Ringform sie können jedoch auch polygonale
prismatische Form besitzen. DerartigeBauele-' mente lassen sich unter BerUcksichtigung
der chemischen
Natur der abzuscheidenden Schwebstoffe aus jedem
geeigneten Material, beispielsweise Metall, wie Eisen, Stahl, insbesondere nichtrostender
Stahl, Leichtmetall, Messing, Bronze, aber auch aus organischen Materialien, wie
gießfähigen, spritzfähigen oder durch PreBverformung zu verarbeitenden Kunststoffen
in Serienfabrikation herstellen und unter Einschaltung von DistanzstUcken entsprechend
der gewunschten Schlitzbreite zu den erforderlichen Hohlkörpern vereinigen. Solche
Hohlkörper, wie insbesondere Zylinder, haben den großen Vorteil, da# sie eine relativ
sehr große Schlitzlõnge aufweisen, und andererseits die Ringe oder prismatischen
Bauelemente selbst bei relativ großem Durchmesser ihre genaue Gestalt behalten und
sich z. B. nicht durchbiegen, wie dies bei stabförmigen Bauelementen verhKltnismgBig
gro#er Longe der Fall sein würde. Die St eifigkeit der ringförmigen Bauelemente
ist aber von wesentlicher Bedeutung, damit die zwischen ihnen eingeschlossenen Schlitze
auf ihrer ganzen Länge und in der ganzen H6he des Hohlkörpers genau gleiche Breite
behalten und infolgedessen in allen Schlitzteilen die Schwebstoffe die gleiche Zentrifugalbeschleunigung
infolge der RichtungsEnderung erhalten und nicht an Stellen einer größeren Schlitzbreite
KurzschlUsse auftreten kUnnen.
-
In der Zeichnung ist eine Apparatur zur Ausführung des Verfahrens
beispielshalber dargestellt, jedoch soll die Erfindung nicht auf diese Ausführungsform
beschränkt sein.
-
Die Fig. 1 zeigt einen Lõngsschnitt durch die Apparatur Fig. 2 einen
Schnitt nach der Linie A-B in Fig. l, Fig. 3 zeigt die Einzelheit im Kreis C in
Fig. 1 im vergr~#erten Schnitt.
-
Der dargestellte Apparat kann beispielsweise aus allurefestem Kunststoff
hergestellt sein. Der Außenmantel ist mit 1 bezeichnet ; er weist einen Gaseintrittsstutzen
2 und einen Gasaustrittsstutzen 3 sowie Kondensat-Abla#-stutzen 4 und 5 auf. Eine
Scheibe 6 trSgt Hohlkdrper aus einer Vielzahl von Ringen 7, die durch Distanzst³cke
8 so auf gegenseitigem Abstand gehalten werden, daß zwischen ihnen Schlitze 9 frei
bleiben.
-
Die Bauelemente sind im AusfUhrungsbeispiel ringförmige so daß sie,
wie die Fig. 1 und 3 zeigen, im zusammengesetzten Zustand Hohlzylinder bilden. In
den rergrUBerten Querschnitt gemme Fig. 3 ist der Winkel der Riohtungsänderung g
eingezeichnet, die jeder Schlitz im Axialschnitt aufweist. Dieser Winkel ist mit
α bezeichnet. Die beiden Linien, welche die Schenkel dieses Winkels bilden,
treffen sich im Scheitelpunkt der Umlenkung und gehen durch den Mittelpunkt der
Ein- und Austrittsspalte. Der Winkel betrõgt bei dem dargestellten AusfUhrungsbeispiel
etwa 120°, Jeder Schlitz weist von der Eintrittsstelle biß zur Stelle der stärksten
Krümmung eine diffusorartige Verengung und von dieser Stelle der stõrksten Kr³mmung
bis zur
Austrittsstelle eine diffusorartige Erweiterung auf.
-
Zur Anpassung der Abscheidevorrichtung an wechselnde Gaamengen können
für einzelne der Filterzylinder Verschlußglooken 10 vorgesehen werden, die von außerhalb
des Mantels 1 her verstellbar sind. Bei kleiner werdender Gasmenge pro Zeiteinheit
werden die-Eintrittsöffnungen eines oder mehrerer der zylindrischen Hohlkörper,
die aus den Ringen 7 bestehen, verschlossen. Außerdem befindot sioh im Eintrittsraum
eine Flüssigkeitszerstäubungsd³se 11, die aus der Leitung 12 mit Druckluft oder
Dampf betrieben wird. Mit 13 ist ein Dosiergefäß für die Flüssigkeitsserstõuberd³se
11 bezeichnet, in das Stoffe zur Gasobsorption zugesetzt werden können und in das
gereinigtes Kondensat ruckgeführt werden kann.
-
Die erlZuterte Gasreinigung kann sowohl zur alleinigen Schwebstoffabscheidung
als auch nur zur Absorption von gasförmigen Gasbestandteilen geringer Konzentration
aus Gasstrdmen verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist das Verfahren, wenn Schwebstoffe
und gasförmige Stoffe gleichzeitig in einem Verfahrenaschritt abgeschieden werden.
-
Anwendungsgebiete sind z. B. die Abscheidung von Säurenebeln, Slurenebol
neben sauren Gasspuren wie So2, HC1, H2F2, Olnebel, Olnebel neben organischen Dõmpfen,
Stõube und Nebel der chemischen und metallurgischen Industrie.
-
Beispiel 1 In einer Abfüllstation werden Kesselwagen mit konzentrierter
Salzsäure in Korbflaschen abgef³llt. Die dabei entstehenden Nebel und Dämpfe werden
abgesaugt und vor ihrer Ableitung in die Atmosphäre mit einem Energieaufwand für
die Motore der Geblõse von 0, 85 kW, je 1000-Nm3/h Abgas, nach dem Verfahren der
Erfindung gereinigt. In einem Abscheider nach Fig. 1 bis 3 wird verdUnnte Natronlauge
in Mengen von ca. 100 1 je 1000 m3/h im Kreislauf eingedüst. Die Rohgase enthalten
HClNebel und HCl-Gas in einer Menge von 0, 2-0, 5 g/m3. Der SalzsSuregehalt des
unsichtbaren Abgases liegt unter 0,005 g/m3 und kann weder durch den Geruch wahrgenommen
noch durch Zumischen von NH-x-Gas sichtbar gemacht werden.
-
Beispiel 2 Die Abgase einer Chemieanlage werden in einem im Kreislauf
berieselten Waschturm gekUhlt und gewaschen. Wegen der Feinheit der Schwebstoffe
kUnnen dieselben im Waschturm nur zum Teil niedergeschlagen werden. Die aus dem
Waschturm entweichenden Gase würden ohne Reinigung als dicke weiße Schwaden die
Umgebung belkstigen. Diese aus N2 und 02 bestehenden feuchten Gase von ca. 40# C
enthalten folgende Verunreinigungen : SchwefelsSurenebel 3 g/Nm3 als So3 Metalloxydstaub
0, S/Nnr S02 1, 2 g Nn ?
Eine Reinigung dieser Gase nach der Erfindung
ergibt bei einem Energieaufwand (gemessen als Stromaufnahme fUr den Motor des Geblõses)
von nur 0,7 kW je 1000 Nm3/h ein kaum sichtbares, tropfchenfreies Endgas mit einem
Schwebstoffgehalt unter 0,05 g/Nm3 und einem So2-Gehalt unter 0,03g/Nm3.