-
Vorrichtung zur Reinigung industrieller Gase Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Reinigung industrteller Gase, insbesondere zur kontinuierlichen
Entfernung von dampf-oder gasförmigen Oxiden von in unterschiedlichen Wertigkeitsstufen
auftretenden Nichtmetallen, aus Abgasen, insbesondere Verbrennungs-4asen, durch
Adsorption der Oxide in Gegenwart von Sauerstoff aus dem Gas an kohlenstoffhaltigen
Adsorbentien unter Bildung der höheren Oxide und Desorption der aus den höheren
Oxiden durch reduzierende Wirkung des Adsorbes gebildeten niederen Oxide bei Temperaturen
oberhalb 3oo0C.
-
Es ist bekannt, daß verschiedene industrielle Abgase, z.B.
-
Verbrennungsgase schwefelhaltiger Brennstoffe oder die Abgase von
Anlagen zur SchwefelsSureherstellung geringe Mengen so2 enthalten. Die bei der Salpetersäureherstellung
und anderen indutriellen Verfahren anfallende Abgase enthalten Stickoxide in geringer
Konzentration. Diese Oxide stellen nicht nur eine Belästigung der Bevölkerung dar,
sondern verursachen auch erhebliche Schaden in der Land- und Forstwirtschaft.Darüberhinaus
wird die Korrosion und Verwitterung von Bauteilen durch so2 und stickoxidhaltige
Gase beschleunigt.
-
Es ist bereits bekannt, S02-haltige Verbrennungsabgase, die einen
geringen Sauerstoffgehalt von etwa 0,2 bis 2 Vol. % aufweisen, bei Temperaturen
von 100 bis 200°C an kohlenstoffhaltigen Adsorbentien unter Bildung von SO3 oder,
in Gegenwart von Wasserdampf, von H2S04 zu adsorbieren. Als Adsorbens verwendet
man billige Halbkokse, d.h.
-
Steinkohle, Torf, Braunkohle oder andere Kohlenstoffträger, die bei
etwa 6oo0C abgeschwelt worden sind. Das die Adsorptionsstufe verlassende Gas ist
frei von Oxiden und kann bedenkenlos in die Atme@ phäre abgblasen werden. Das mit
dem Oxid beladene Adsorbens wird anschließend bei einer Temperatur zwischen 300
und 600°C unter Ausschluß von Sauerstoff desorbiert, wobei das adsorbierte so3 durch
den Kohlenstoff des Adsorbens unter Bildung von CO2 wieder zu so2 reduziert wird.
Das aus der Desorptionsstufe abgezogene Gas wird bei einer Konzentration von etwa
40 bis 50 Vol.% SC2 abgezogen und kann in bekannter Weise zu flUssigem S02 oder
H2S84 verarbeitet werden. Das Adsorbens wird nach kühlung und Ab trennung im Lag
des
Verfahrens gebildeten Unterkorns in die Adsorptionsstufe zurUckgeführt.Die bekannte
Vorriehtung zur DurchfUhrung dieses Verfahrens arbeitet kontinuierlich und besteht
im Wesentlichen aus einer Adsorptionssäule und einem Desorptionsapparat. In der
Adsorptionssäule rutscht das körnige Adsorbens auf Führungsblechen von oben nach
unten, während das SO2-haltige Abgas in der Säule durch die Adsorbensschichten aufwärtssrömt
und am Kopf abgezogen wird. Das mit Oxid beladene Adsorbens wird durch eine Transportvorrichtung
auf den Kopf des Desorptionsapparates bef8rdert. Wenn die Adsorptions säule oberhalb
des Desorbes, angeordnet ist, gelangt das beladene Adsorbens in den Desorptionsteil.
Der Desorber wird durch Verbrennungs gase indirekt beheizt, wobei das dabei desorbierte
S02-reiche Gas aus dem Oberteil des Desorbers abgezogen und in geeigneter Weise
aufgearbeitet wird. Das ständig durch den Desorber abwärtsgleitende Adsorbens wird
nach Verlassen des Desorbers abgesiebt. Das Überkorn wird wieder auf den Kopf der
Adsorbersäule aufgegeben.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Anlage zu
vereinfachen und den Adsorbensverbrauch zu verringern. während ein Teil deX Adsorbens
in der Desorptionsstufe durch die Reduktion unter Bildung von CO2 zwangsläulfig
verbraucht wird, entsteht durch die ständige gegenseitige Bewegung der Adsorbenskörner
ein betrAchtlicher an sich nicht notwendiger Ab rieb, der eine dauernde Ergänzung
des Adsorbens notwendig macht.
-
Erfindungsgemä# wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein von dem zu
reinigenden Gas wenigstens teilweise durchströmtes, stationILres Ringgehäuse durch
einen gasdurchlässigen, mit Adsorbens gefüllten drehbar gelagerten Ringbehälter
in wenigstens zwei durch den Behälter getrennt konzentrische Ringkammern unterteilt
ist, die mit Zu- und Abführungsbffnungen fUr das zu reinigende Gas und/oder ein
heißes SpUhlgas versehen sind. Der in dem Ringgehäuse ( Stator ) drehbare Ringbehälter
(Rotor) ist in dem Gehäuse in der Weise angeordnet, daß in dem Gehäuse beiderseits
des Behälters noch ringfbrmige Gaskammern freibleiben.
-
Der Übertritt des Gases aus der einen in die andere Ringkammer ist
nur durch den mit Adsorbens gefüllten Ringbehälter möglich. Bei der Durchströmung
des Adsorbens wird das in dem Gas enthaltene Oxid, s. B.
-
Schwefeldiogidt wenigstens teilweise adsorbiert, so daß auf der Abströmseite
des Ringbehälters ein Gas ein geringerem Oxidgehalt zur VerfUgung steht als auf
der Anströmseite. Der Ringbehälter besteht vorzugsweise aus gelochtem Blech- oder
Drahtgewebe mit einer öffnungsweite unterhalb 2mm.
-
Der Rotor kann im einfachsten Falle die Form eines Ringes mit parallelen
Innen und Außenflächen haben. Das zu reinigende Gas wird beispielsweise durch eine
Öffnung in eine der beiden Ringkammern eingeführt und aus der anderen Ringkammer
im gereintgt 1 Zustand wieder abgezogen. Man kann zwar in dem gesamten Adsorberring
periodisch adsorbieren und desorbieren, doch wird man vorzugsweise das Ringgehäuse
in einen Adsorptions- und Desorptionssektor unterteilen, die von dem rotierenden
Adsorbensbehälter kontinuierlich durchfahren werden. In diesem Falle sind beide
Sektoren jeweils mit Zu-und Abführungsöffnungen für das zu reinigende Gas bzw. ein
die Desorption bewirkendes heißes SpUlgas versehen. Von besonderer Wichtigkeit ist
die Drehung des Ringbehålters um eine Achse, die vorzugsweise eine horizontale Lage
hat. Die infolge der Drehung sich ständig ändernde Richtung der Schwerkraft relativ
zu dem Ringbehälter bewirkt in dem durch ständigen Verbrauch niemals vollständig
gefüllten Ringbehälter eine sehr geringe Bewegung des Adsorbens.
-
Diese scc Umwälzung gewährleistet, daß sich in der Adsorbensscbicht
keine bovorzugten Strömungskanäle ausbilden können die den Adsorptionseffckt beeintrachtigen.
Das gelochte Blech bzw. Drahtgewebe kann ins stauboden ausgeführt werden; damit
ist eine gleichmäßige Durchströmung des Adsorbens gewährleistet. Nach einer bevor-#
zugten Ausführungsform der Erfindung' sind die Ringkammern durch im wesentlichen
radial ausgerichtete Führungswandungen in Ringsektorkammern unterteilt, wobei die
Führungswandungen der inneren Ringkammer gegenüber den Führungswandungen der äußeren
Ringkammer versetzt sind. Hierdurch wird erreicht, daß das zu reinigende Gas bzw.
das Spülgas den mit Adsorbens gefüllten Rotor nicht nur einmal durchströmt, sondern
ständig zwischen den beiden Ringkammern ( durch die Adsorbensschicht) hin- und hergeführt
wird und dabei den jew ils -für die Adsorption bzw. Desorption vorgesehenen Ringbereich
durchströmt. Auf diese Weise kann eine Anlage mit hoher Leistung geschaffenv werden,
da der Adsorberring in kurzer Zeit bei und entladen werden kann. Durch diese vervielfachte
Beaufschlagung des Ringes mit dem gleichen Abgasstrom und der schnelleren Beladung
kann auch die Drehzahl des Rotors erhöht werden. Dabei ist die allgemeine Strömungsrichtung
der Gase der Drehrichtung des Rotors entgegengesetzt, sodaß eich die vorteilhaften
Wirkungen des Kreuzgegenstroms ergeben.
-
#Die Führungswandungen können bspw. aus dünnem Blech bestehen und
jeweils nur die innere oder die äußere Ringkammer absperren.Die #Führungswandungen
können sich' jedoch auch über den Rotor hinaus radial
noch ein Stück
nach außen bzw. innen erstrecken und so von dem Rotor durchsetzt werden.
-
Nach der bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Ringgehäuse
( Stator) durch im wesentlichen radial ausgerichtete Trennwände in drei Ringgehäusesektopen
gerrennt ist, wobei an voneinander entfernten Stellen jedes Gehäusesektors je eine
Ein- Und Austrittsöffnung ausgebildet sind. Diese drei Ringgehäusesektoren werden
in der Reihenfolge, wie sie von dem Rotor durchfahren werden, mit dem zu reinigende
Abgas, einem heißen Spülgas und einem Kühlgas beaufschlagt. Die Zuführungsstutzen
für die Gase sind an den entgegengesetzten Enden der Sektoren angeordnet, so daß
die Gase jeweils den gesamten Sektor im Kreuzgegenstrom zu dem Rotor durchströmen
müssen. Die Trennwände sperren im Gegensatz zu den Führungswandungen die Ringkammerbereiche
benachbarter Sektoren vollständig gegenseitig ab.Sie werden nur von dem Rotor durchsetzt
und sorgen für eine Trennung der die einzelnen Sektoren durchströmenden Gase.-Zweckmäßigerweise
sind jeweils zwei benachbarte Ringgehäusesktoren durch eine Sektorkammer getrennt,
die ggf. mit Zu- und Abführungs- -stutzen für ein Intergas versehen ist. Die Trennung
der mit Ab'gas-, Spülgas bzw. Kühlgas beaufschlagten Gehäusesektoren durch beson
dere Sektorkammern verhindert, daß der Rotor gas aus einem Sektor in -einen mit
anderem Gas beaufschlagten Gehäusesektor einschleppt. \ Der eingeschobene Trensektor
kann zweckmä#igerweise, durch die mit vorgesehenden Stutzen,/einem Intergasstrom
beaufschlagt werden, der den in diesem Sektor befindlichen Rotorteil durchspült
und einen () übertritt (unerwUnschten) der Gase verhindert. Insbesondere der Übertritt
von Abgas, das für die oxidative Adsorption noch etwas Sauerstoff enthalten muß,
in den Desorptionssektor muß verhindert werden, weil bei den hohen Desorptionstemperaturen
sonst die Gefahr # einer Entzündung besteht. Es wird in gewissen Fällen auch genügen,
die zwischen den Ringgehäusesektoren angeordnete Trennkammer nur mit Inertgas zu
beaufschlagen,das durch den Rotor in die beiden benachba rn Gehäusesektoren überströmt.
-
Nach der bevorzugten Ausführungsform ist weiter vorgesehen, daß der
in dem Ringgehäuse drehbare Ringbehälter an zwei gegenüberliegen den Wandungen des
Ringgehäuses gasdicht geführt ist. Die Wandung des Ringbehälters ist hierzu beispielsweise
mit ringförmigen Aussparungen versehen, in denen der Ringbehälter umläuft.Da der
Strömungswiderstand des mit Adsorbens gefüllten Ringbehälters vergleichsweise gering
ist, werden an die Abdichtung zwischen Stator und Rotor keine besonders hohen Anforderungen
gestellt. Im allgemeinen genügt eine übliche Labyrinthdichtung, um eine Umströmung
des Ringbehälters zu vermeiden. Der Rotor kann sich in radialer Richtung zwischen
der Innen und Außenwand des Ringgehäuses oder aber in tangentialer Richtung zwischen
den beiden Seitenwandungen des Ringgehäuses erstrecken.
-
Vorzugsweise ist der Ringbehälter in Form mehrerer konzentrischer
mit geringem Abstand ineinander angeordneter Ringe ausgebildet.
-
Außer der inneren und äußeren Ringkammer sind bei dieser Ausführungs
-# form zwischen den Behälterringen weitere Kammern vorgesehen. Diese Aufgliederung
des Ringbehälters gestattet eine gute Temperaturhaltung in dem Adsorbens und vermeidet
die Bildung örtlicher Uberhitzungsstellen. Nach der bevorzugten Ausführungsform
ist der Ringbehälter durch wenigstens einen Hohlkörper auf einer wenigstens zu einem
Ende hin hohlen Antriebswelle gehaltert und in dem mit dem Hohlkörper in Verbindung
stehenden Hohlraum der Antriebswelle ein Förderorgan für die Beschickung des Ringbehälters
mit Adsorbens angeordnet. Das bei der reduktiven Desorption verbrauchte Adsorbens
muß in dem Ringbehälter wieder ergänzt werden, damit in dem Behälter kein unwirksamer.
leerer Raum entsteht,der bei der Behälterdrehung zu große unerwünschte Bewegungen
des Adsorbens verursachen würde.
-
Die Beschickung mit Adsorbens erfolgt über das Förderorgan durch radial
angeordnete Hohlkörper, durch die der RingbehElter mit der Antriebswelle verbunden
ist.Die Antriebswelle enthält eine axiale Bohrung mit dem Förderorgan, das an dem
Wellenende mit dem Adsorbens beschickt wird. Das Förderorgan, z.B. eine Förderschnecke,
fördert das Adsorbens zunächst axial durch die Antriebswelle bis zu dem Eingang
der Hohlkörper. In dem Hohlkörper gelangt'das Adsorbens durch Schwerkraftwirkung
radial nach unten in den Ringbehälter, so daß dieser im wesentlichen immer gefüllt
ist. Der Hohlkörper ist zweckmäßigerweisein Form zweier auf Abstanft'gehaltener{latten
ausgebildet, dieggf. durch radial verlaufende Führungsbleche
verbunden
sind und von denen die eine mit einer Zuführungsöffnung für das Adsorbens versehen
ist, die von der Förderschnecke durchsetzt ist. Der Raum zwischen den beiden Platten
dient der Zuführung des Adsorbens zu den Ringbehältern und gewährleistet eine gleichmäßige
Beschickung des gesamten Ringes. Die radial verlaufenden FUhrungsbleche gewährleisten
eine gielchmä#ige Verteilung des Adsorbens und verhindern auch ein Abrutschen des
Adsorbens aus dem jeweils oben befindlichen Teil des Ringbehälters.
-
In dem mit Adsorbens gefüllten Ringbehälter können radial ausgerichtete
Trennbieche angeordnet sein, deren gegenseitiger Abstand höchstens gleich der Dicke
der Führungswandungen bfw. Trennwände ist. Bei dieser Ausführungsform haben die
in dem Stator radial angeordneten Wandungen eine größere Dicke, so daß sich bei
der Drehung des Ringbehälters immer ein Trennblech innerhalb der Wandung befindet
und auf diese Weise der Strömungsweg durch den Rotor unterbrochen ist. Auf diese
Weise wird vermieden, daß die Gase anstelle der im wesentlichen radialen Strömung
durch den Rotor tangential in dem Rotor die Führungswandungen bzw. Trennwände passieren
können.
-
Im allgemeinen wird aber die Körnung des Adsorbens ( 3 bis 25 mm)
und die Lochung des Ringbehälters so gewählt, daß auch bei Kreuzgegenstrom der Druckverlust
gering ist, so daß die Gase den gewünschten Kreuzgegenstrom einhalten Weiterhin
ist vorgesehen, daß der Ringbehälter vorzugsweise auf einer horizontal gelagerten
Antriebswelle gehaltert igt und im unteren Beeich des Ringgehäuses ein mit verschlienbaren
Entnahmestutzen versehener Sammelbehälter für das Adsorbensunterkorn ausgebildet
ist.Durch die Drehung des Ringbehälters um eine horizontale Welle und die dadurch
verursachte geringe Bewegung des Adsorbens in dem Behälter wird nicht nur die Bildung
bevorzugter Strömungskanäle vermieden, sondern es fällt ständig etwas Unterkorn
aus dem Ringbehälter, das sich an der tiefsten Stelle des Stators sammelt und dort
in ansich bekannter Weise, beispielsweise durch eine Paddelschnecke,gasdicht ausgetragen
werden kann. Der Paddelschnecke kann laufend eine geringe Menge Wasser zugeführt
werden damit das ustragsgut teigig ist und Staubbildung vermieden wird.
-
Die erfindungsgemäße Gasreinigungsvorrichtung wird nachstehend an
einem Ausftihrungsbeispiel näher beschrieben. Es zeigen Figur 1 einen Axialschnitt
durch die erfindungsquemä#e v,orriaung und Figur 2
einen Schnitt
nach der Linie A-B, nach der Figur 1.
-
: Die in den Figuren dargestellte Ausführungsform der Erfindung besteht
aus einem Ringgehäuse 2 Stator mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt. Die
Seitenwandungen des senkrecht aufgestellten Ringgehäuses sind mit vier Aussparungen
12 versehen, die zur Führung eines Ringbehälters 4 dienen.Der Ringbehälter 4 besteht
aus gelochtes Blech und hat im wesentlichen die Form von vier oder mehr konzentrischen
Ringen 6 deren Innenräume über den gesamten Ringumfang durchgehend radial verbunden
sind. Der Ringbehälter 4 ist durch zwei parallele kreisförmige Platten 14 auf einer
Welle 16 gehaltert, die von einem geeigneten Antrieb mit einer geringengDrehzah
g gie Drehzahl kann beispielsweise 1 Umdrehung/Minute betragen, höhere Drehzahlen
sind jedoch möglich. Die Welle 16 ist einseitig mit einer axialen Bohrung 18 versehen,
deren inneres Ende. mit dem Raum zwischen # den Platten 14 in Verbindung steht.In
der Bohrung 18 ist eine in einem Rohrgehäuse 12 rotierende Förderschnecke 20 gelagert,
die mit ihrem Gehäuse 19 aus der Antriebswelle 16 vorsteht und am vorstehenden Ende
mit einem Beschickungstrichter 22 und einem Drehantrieb versehen ist. Die Ringe
6 des dehbaren Ringbehälters 4 werden bei dessen Drehung in Aussparungen 12 geführt,
die in den Seitenwandungen des Ringgehäuses 2 ausgebildet sind. Hierdurch wird eine
Labyrinthartige Abdichtung zwischen der inneren Ringkammer 8 und der äußeren Ring-#
kammerlo,sowie zwischen den von den Ringen 6 und den Seitenwandungen des Gehäuses
2 eingeschlossenen Ringkammern 46 erreicht.Das in die äußere oder innere Ringkammer
eingeführte Gas wird so gezwungen, durch den mit Adsorbens gefüllten Ringbehälter
radial nach außen bzw. nach innen zu strömen und dabei in den Kontakt mit dem Adsorbens
zu kommen. Als Adsorbens wird beispielsweise ein Halbkoks mit einer korngrö#e von
3 bis25 mm verwendet. Da sich bei dem reduktiven Desorpmit dem adsorbierten tionsvorgang
ein geringer Teil des AdsorbensiSo3 bzw. der adsorbierten Schwefelsäure zu 502 und
CO2 umsetzt, ist eine ständige geringe Nachlieferung des Adsorbens in den Ringbe,hälter
erforderlich. Hierzu dient die Transportschnecke 20, die während der Drehung des
Ringbéhälters 4 ständig Adsorbens in den Raum zwischen die platten 14 fördert und
so den Verbrauch ständig ergänzt. Durch die gegenseitige geringe Bewegung der Adiorbenakörner
infolge der Drehung des Ringbehälters fällt das Unterkorn durch den Behälter in
das Gehäuse und sammelt sich schlie#lich in dem Unterteil 48, wo es durch eine Paddelschnecke
So unter Zuführung von Wasser ausgetragen werden kann. Durch die verhältnismäßig
geringe gegenseitige Bewegung der Adsorbensteilchen
# Das Ringgehäuse
2 ist gemä# Figur 2 durch Trennwände 30 in 3 Sektoren A, B und C getrennt. Das zu
behandelnde Gas, beispielsweise ein S02-haltiges Verbrennungsgas, wird durch den
Stutzen 34 in den Ringgehäusesektor A eingeblasen. Durch die Führungswandungen 28
wird das Abgas abwechselnd radial nach innen und außen gelenkt, wobei es die Ringe
6 des Ringbehälters 4 durchströmt und dabei sein so2 an das Adsorbens abgibt. Das
Abgas nimmt den durch Pfeil 52 bezeichneten Verlauf und verläßt den Sektor A in
gereinigtem Zustand durch den Außlaßstutzen 40. Der Ringbehälter 4 dreht sich gemäß
dem Pfeil 54 entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung des Abgases, so daß das Gas
mit der höchsten S02-Konzentration mit dem stärksten beladenen Adsorbens in Berührung
kommt. Nach Verlassen des Adsorptionssektors A durchfährt das beladene Ringstück
4 eine Trennkammer 32, bevor es in den Desorptionssektor B eintritt. Die Trennkammer
32 ist mit Zu-und Abführungsstutzen (56,58) für ein Spülgas versehen.Durch die Beaufschlagung
der Trennkammmer 32 mit einem inerten Spülgas wird verhindert, daß durch den Ringbehälter
4 aus dem Adsorptionssektor A Abgas in den Desorptionssektor B eingeschleppt wird.Der
Desorptionssektor B ist an seinen entgegengesetzten Enden mit einem Zuführungsstutzon
36 und einem Abführungsstutzen 42 für ein heißes Inertgas ausgestattet. Das etwa
400°C heiße Gas nimmt den durch Pfeil 60 bezeichneten Verlauf und spült dabei das
bei dieser hohen Temperatur durch reduktive Desorption gebildete SO2 und CO2 aus
dem Desorptionssektor.Das aus dem Desorptionssektor B abströmende Gas enthält beispielsweise
bis zu 50% SO2 und kann zur Herstellung von flüssigem So2 oder Schwefelsäure dienen.
-
Das entladen Ringstück gelangt bei weiterer Drehung des Ringbehälters
durch eine zweite Trennkammer in einen Kühlsektor C, der durch den Zuführungsstutzen
38 mit einem KUhlmittel, z.B.Kalter Luft beaufschlagt wird.In diesem Sektor wird
der rotierende Ringbehälter auf die in dem Adsorptionssektor erforderliche Temperatur
von etwa iooOC gekühlt; anschließend tritt der Ringbenhälter mit aufnahmebereitem
Adsorbens in den Adsorptionssektor A ein, in dem er zunächst mit dem bereits weitgehend
gereinigten, zu dem Austrittsstutzen 40 strömenden Abgas in Berührung kommt.
-
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt,
bei der in dem RinggehAuse gleichzeitig adsorbiert, desorbiert und gekühlt wird.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf Ausführungsformen, bei denen das Ringgehäuse
2 nicht in einzelne Sektoren A, B, C, unterteilt ist, sonderm in dem gesamten Gehäuse
zeitlich nacheinander adsorbiert, desorbiert und gekühlt wird. Man wird dann zweckmäßigerweise
mehrere erfindungsgemä#e Apparate gleichzeitig betreiben, vondenen einige auf Adsorption
geschaltet sind, während andere desorbiert und gekühlt werden. Diese und ähnliche
Ausführungsformen fallen unter den Schutz folgender Ansprüche.