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Verfahren zur Feinstreinigung von Gasen mit niedriger Schwebstoffkonzentration.
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Es ist bekannt, zur Naßfeinstreinigung industrieeller Gase, die mit
Stäuben niedrigen Teilchendurchmessers-vorzugswelse von 1/um bis unter 0,1 /um -
beladen sind, Venturi-Scrubber, insbesondere nach Pease und Anthony einzusetzen,
um eine Feinstreinigung bis auf Spuren zu verwirklichen.
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In derartigen Naßentstaubern nimmt der Entstaubungsgrad zu mit zunehmendem
Druckverlust des Gases beim Durchgang durch das Gerät. Will man sehr hohe Entstaubungsgrade
verwirklichen, so mu# man einen großen Gasdifferenzdruck in Kauf nehmen. Bei den
dblicherweise in der Entstaubungstechnik aus Gründen der Hygiene und der Vermeidung
einer Belästigung der Umgebung geforderten Abgasreinheiten resultiert bei dieser
Art der Gasreinigung ein Gasdifferenzdruck bzw. ein technischer Energieaufwand,
der vertretbar ist, Unverhältnismäßig gro# jedoch wird der Druckverlust des Gasess
wenn man extrem hohe Endgasreinheiten bendtigt. Dies ist fast nie bei Abgasproblemen
der Fall, dagegen aber bei verschiedenen Aufgabenstellungen zur Reinigung von Nutzgasen,
d. h. von Gasen, die industrieell produziert werden um sie fUr einen anderen Proze#
weiterzuverwenden. Als Beispiele seien genannt: Die Erzeugung von Spaltgasen aus
Methan oder Leichtbenzin zur Azethylengewinnung sowie die Reinigung von Gichtgasen
im Hochofenbetrieb, um diese in Gasturbinen auszunutzen. Bei der Spaltgaserzeugung
entsteht Ru#, und es wird bei einem Ru#gehalt im erzeugten Spaltgas zwischen 3 und
30 g/Nm3 ein Rußgehalt im gereinigten Spaltgas verlangt von nur 1, 5-3 mg/Nm3 Gichtgas
enthWlt nach der Ublichen Vorbehandlung in Wirblern oder Staubkammern noch einen
Staubgehalt von etwa 10 g/Nm3. Der geforderte Reinheitsgrad hinter der
Feinstreinigungsstufe
belkuft sich z. B. bei der Verwendung des Gases in Verbrennungsturbinen auf 1/2
mg/Nm3. Läßt man einen höheren Staubgehalt zu, so führt dieser zu einem schnellen
Verschleiß der Turbinenschaufeln der hochwertigen Verbrennungsturbinen.-Während
man einerseits bei der Spaltgasreinigung mit Rocksicht auf die nachgeschaltete Azethylen-Gewinnung
gezwungen ist# den genannten hohen Reinheitsgrad zu fordern und den dazu nötigen
Energieaufwand in Kauf zu nehmen, hat es sich andererseits erwiesen, da# der Betrieb
von Spaltgasanlagen bei partieller 02-Verbrennung hinsichtlich der Ausbeute an C2H2
ungUnstiger wird bei zunehmendem Gegendruck des erzeugten Gases, d. h. bei zunehmendem
Differenzdruck der nachgeschalteten Rußfeinstreinigung.
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Beim Betrieb von Überdrucköfen, die das Gichtgas bereits mit Uberdruck
liefern, ist eine Arbeitsweise mit hohem Druckverlust des Gases in der Entstaubungsanlage
möglich, obwohl es äu#erst schwierig sein dürfte, einen so großen Reinheitsgrad,
wie er fUr Verbrennungs-Turbinen gefordert wird, laufend gleichmäßig aufrecht zu
erhalten. Auch der Einsatz von Elektrofiltern fUr diese Aufgabe ist iibrigens nicht
befriedigend da wegen der geforderten extrem großen Gichtgasreinheit sehr niedrige
Strömungsgeschwindigkeiten im Elektrofilter herrschen müssen und diese dah er riesige
Abmessungen bekommen.
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Dies fUhrt zu hohen Investitionen.
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Es Es wäre deshalb dringend erforderlich, einen Gasreinigungsprozeß
zu verwirklichen, der diese Nachteile, d. h. den hohen Energieaufwand oder aber
andererseits die hohen Investitionskosten, vermeidet und eine wirtschaftliche Reinigung
bis auf die gewünschten extrem geringen Restgehalte gewährleistet. Hier setzt die
vorliegende Erfindung ein.
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FUr die Rußfeinstreinigung der genannten Spaltgase wurden bisher Pease-Anthony
Venturi-Scrubber eingesetzt, die bei Hintereinanderschaltung von zwei oder drei
mit Wasser als Waschfldssigkeit betriebenen Stufen einen Gesamtdifferenzdruck fUr
den Druchgang des Gases von 1600-2000 mm WS beanspruchten. Die erzielte Gasreinheit
hinter diesem Anlagenteil betrung dann etwa 10 - 20 mg/Nm3 und hinter einem nachgeschalteten
Koksfilter ca. 1,5 - 4 mg/Nm3.
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Bei einer Rußfeinstreinigung von Spaltgasen, die mit Rocksicht auf
den Gehalt an Harzbildnern in den Gasen mit einer kombinierten Öl-Wasser-Wäsche
durchgeSUhrt wurde, derart, daß in der ersten Stufe mit einem hochsiedenden Öl bei
einer Temperatur, die dicht tuber dem Vasserdampftaupunkt des Gases lag, in einem
Venturi-Scrubber gewaschen wurde und in einer zweiten Stufe ebenfalls unter Verwendung
eines Pease-Anthony Venturi-Scrubbers, mit kaltem lasser gewaschen wurde, zeigte
sich folgendes interessantes Ergebnist Nach einer mechanischen Rußvorabscheidung
mit Hilfe von Zyklonen und einer anschließenden SUhlung und Vorwäsche des Gases
in einem mit Wasser beachickten Sprühwäscher hatte das Gas noch einen Rußgehalt
von 1-2 g/Nm3. Im Anschluß daran wurde ein Pease-Anthony Venturi-Scrubber eingesetzt,
in dem ein hochsiedendes Öl als Waachflüssigkeit eingesetzt wurde, dessen Temperatur
einige Grade tuber dem Wasserdampftaupunkt des eintretenden Gases lag. Dadurch wurde
eine Wasserdampfkondensation in dieser bl-Waschatufe vermieden, Der Differenzdruck
dieses Venturi-Scrubbers betrug 450 mm WS. In dieser Stufe wurde eine Ru#auswaschung
bis auf 150 - 200 mg/Nm3 erreicht, was einem Entstaubungsgrad von 80-9225 % entspricht
Anchließend wurde dan WaschOl aus dem Gas ausgeschleudert und das Gas einer zweiten
Waschstufe, ebenfalls mit einem Pease-Anthony Venturi-Scrubber aungerdstet, zugeführt.
In dieser Waschstufe wurde mit kaltem Raser bei einem Gasdifferenzdruck
von
nur 150 mm WS gearbeitet. Erstaunlicherweise betrug der Rußgehalt am Austritt dieser
zweiten Waschstufe trotz des extrem niedrigen Druckverlustes in dieser Stufe nur
1, 5 mg/Nm3, d. h. es wurde ein Entstaubungsgrad von 99 - 99,25 % verwirklicht.
Somit lag der Entstaubungsgrad in der zweiten Stufe, obwohl der dort angewendete
Differenzdruck nur 1/3 des in der ersten Stufe (mit Öl betrieben) angewendeten Differenzdruckes
betrug, wesentlich günstiger als in der ersten Stufe.
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Die Erklärung ist darin zu suchen, daß nach der ersten Stufe Ölspuren
in Form von feinsten Ölnebeln und auch geringen Anteilen von Öldämpfen im Gas verblieben
sind, die vor und in der zweiten Stufe wirksam werden konnten. Da der RuB oleophil
ist, verbindet er sich mit den Ölnebeln oder Aerosolen im Gas vor und während des
Durchganges durch die Wasser-Waschstufe, wodurch die nunmehr durch Ölanlagerung
vergrößerten Partiel in Folge ihrer grö#eren Massenträgheit vom Wasser in der zweiten,
mit Wasser betriebenen Waschstufe besser abgeschieden werden. Zwar ist der Ruß auch
hydrophob, erstaunlicherweise sinken jedoch einmal vom Wasser erfaßte Öl-Ruß-Partikel
im Wasser auf den Boden ab, während Ru#-Partikel, die nicht mit dem Öl in BerUhrung
gekommen sind, im Wasser aufschwimmen. Daraus muß gefolgert werden, daß im Gegensatz
zum hydrophoben RuS die bl-Ruß-Partikel Eigenschaften haben, die denen hydrophiler
Partiel ähneln.
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Die Wirkung der Öl-Nebel im Gas vor dem Durchgang durch die zweite,
mit Wasser betriebene Waschstufe muß also einersits als Agglomerationshilfe gesehen
werden, da$ die ölnebel die Funktion eines"Schlepp"-Aerosoles ausüben. Andererseits
beeinflußt die Verbindung des RuDes mit dem Öl auch die Benetzungseigenschaften
der gebildeten Agglomerate
Wasser. Die Wirkung der Olnebel als Schlepp-Aerosol ersctheintl unwahrscheinlich,
wenn man bedenkt, wie gering die Konzentration derartiger blnebelspuren im Gas ist.
Deutlicher wird
dies jedoch, wenn man die Zahl der blnebel-Partikelchen
berücksichtigt. Hierzu sei folgendes Beispiel angefUhrts Ein Aerosol aus Hartparaffin,
dessen arithmetisch gemittelter Teilchendurchmesser 0,394 /um beträgt, ist in einem
Gas in einer Konzentration von 21,8 g/Nm3 Gas enthalten. Bei diesen Bedingungen
befindet sich im ccm des Gases eine Teilchenzahl von 1215 Millionen. Es ist leicht
vorstellbar, daß eine derart hohe Teilchenzahl in der Lage ist, zu Agglomeraten
mit anderen im Gas enthaltenen Partikeln zu führer.
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Derartige Agglomerate sind jedoch naßmechanisch leichter abscheidbar
als die kleineren Primärpartikel. Hinzu kommen noch die giinstigeren Benetzungseigenschaften
bei dem erwähnten Beispiel.
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Aufgrund dieser geschilderten Erfahrungen wird hierdurch erfindungsgemäß
die Einspeisung eines Schlepp-oder Hilfs-Aerosoles vorgeschlagen für Entstaubungsaufgaben,
die eine extrem niedrige Endgasreinheit verlangen. Die Einspeisung dieses Hilfs-Aerosoles
muß mindestens vor der letzten Entstaubungsstufe erfolgen. Dabei kbnnen Aerosole
aus verschiedensten fldssigen oder festen Materialien verwendet werden, die auf
unterschiedliche Arten erzeugt und eingespeist werden. Dabei kdnnen die Schlepp-oder
Hilfs-Aerosole direkt in das zu reinigende Gas eingespeist werden, oder aber können
mit Hilfe eines Gasteilstromes oder des gesamten zu reinigenden Gasstromes erzeugt
werden, oder aber ihre Erzeugung erfolgt unter Verwendung eines Fremdgas-Teilstromes.
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FUr eine Reihe von Feinstentstaubungsaufgaben bietet sich nach dieser
Erfindung ein Verfahren an, welches es gestattet, ohne hohen Energieaufwand auszukommen.
Auch die Glchtgasfeinstreinigung kann auf diesem Wege betriebssicher und wirtschaftlich
durohgefthrt werden mit einer Gasendreinhein, die den Einsatz von Verbrennungturbinen
betriebs-und verschleißsicher gestattet.
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Bei der Verwendung des Gichtgases in konventioneller Weise konnte
man bisher nur bei Uberdruck-Hochöfen daran denken, eine Gichtgasreinigung, die
für derartige Zwecke auf3-15 mg/Nm3 erforderlich ist, unter Einsatz von Venturi-Scrubbern
naßmechanisch durchzuführen, und zwar mit Rücksicht auf den erforderlichen Gasvordruck
derartiger Geräte. Im Gegensatz dazu ermöglicht das neue Verfahren eine Reinigung
auf die genannten Werte bei einem Differenzdruck des Gases von nur ca. 300 mm WS,
und es ist denkbar, da# man diesen Differenzdruck notfalls mittels Gebläse wirtschaftlich
zur VerfUgung stellen wird.
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Es sei besonders hervorgehoben, daB bei der beschriebenen Naßentstaubung
von Spaltgasen unter Verwendung einer Öl-Wasser-Wäsche der Einsatz von Wasser im
zweiten Venturi-Scrubber, dessen Temperatur wesentlich kZlter ist als die des Gases,
besonders bewährt hat (zusätzlicher Kondensationseffekt). Außerdem ist es günstig,
wenn das Schleppaerosol, sofern es sich um fldssige Schwebstoffe handelts einen
gegentuber der Gastemperatur um mindestens 100 - 200°C höheren Siedepunkt hat.
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SelbstverstSndlich kann die Naßfeinstreinigung nach der Einspeisung
eines Schleppaerosoles auch durch ein anderes NaB-feinstreinigungs-Verfahren durchgeführt
werden als dem oben beispielsweise genannten Pease-Anthony Venturi-Scrubber, Nachfolgend
werden verschiedene Verfahren zur Erzeugung und Einspeisung eines Schleppaerosoles
in ein zu reinigendes Gas erläutert : Eine Möglichkeit besteht darin, einen normalen
Pease-Anthony Venturi-Scrubber zur Aerosol-Erzeugung und-Einspeisung zu verwenden
(vergl. Bild 1). Ein derartiges Venturirohr 1 besteht aus einem konvergenten Teil
, d@r Kehle und dem Diffusor.
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In die Kehle wird die zu zerstäubende Fldssigkeit 2 durch Lochdüsen
eingespeist. Das bei 3 in den konvergenten Teil des Rohres eintretende Gas wird
beschleunigt und erreicht in der Kehle seine größte Geschwindigkeit, Hier prallt
es auf die zu zerstäubende Flüssigkeit 2 und zerreißt diese zu feinsten Aerosol-Partikeln,
die vom Gas mitgetragen werden.
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Das Gas verläßt das Venturi-Rohr bei 4.
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Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Flüssigkeit, aus der das
Aerosol erzeugt werden soll, durch Verdampfung in den Gasstrom zu befördern.
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Eine dritte Möglichkeit besteht in der Anwendung der sog.
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Klumbtschen Düse (Bild 2). Ein Rohr 5 ist unten verschlossen und mit
einem Ringschlitz von 1/10 mm Breite versehen. Dieser Ringschlitz taucht z. B. 10
mm in die das Rohr umgebende, zu zerstäubende Fldssigkeit 7 ein. Zur Zerstkubung
wird ein Gas 8 mit einem Vordruck von z. B. 2 atZ durch das Rohr 5 gefdrdert und
d durch den Ringschlitz 6 herauageprebtg wobei es FlUssigkeit 7 in Form von feinen
Aerosolteilchen mitreißt.-Die genannten Abmessungen und Betriebsgrößen stellen nur
ein ausführungsbeispiel dar und kdnnen auch wesentlich abgekndert werden.-Um größere
Aerosolmengen zu erzeugen, werden mehrere derartige Ddsenrohre parallel betrieben.
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FUr alle drei genannten Arten der Erzeugung des Schleppaerosoles können
FlUssigkeiten als Aerosolmaterial verwendet werden, aber auch feste Stoffe, die
zuvor durch Erhitzung verflüssigt werden und anschließend im Gas wieder erstarren.
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Somit wurde ein Verfahren gefunden, welches überraschenderweise einen
echten technischen Fortschritt bringt, indem eine Schwebstoff-Feinstreinigung auf
nassem Wege bei wesentlich reduziertem Energieaufwand durchfUhrbar ist.