DE1939776A1

DE1939776A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von hochgespannten Gasen

Info

Publication number: DE1939776A1
Application number: DE19691939776
Authority: DE
Inventors: Robertson Odes Bailey; Slater William Leou
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1968-08-06
Filing date: 1969-08-05
Publication date: 1970-04-16
Also published as: GB1244118A; FR2015147A1; US3749377A

Description

Verfahren und Vorrichtung zsur Reinigung von hochgespannten Gasen

Gaswäsche durch Injektion einer Waschflüssigkeit "bar in einen mit hoher Geschwindigkeit sich bewegenden. Gasstrom, der sich "beim Durchtritt des Gases durch eine enge Öffnung in einer Lochplatte "bildet, Zerstäubung der Waschflüssigkeit in dem Gasstrom und anschließende Vereinigung der Wassertröpfchen, die das verunreinigend© Material enthalten.

Die Erfindung bezieht sich auf die Wäsche hochgespannter Gasströme zur Entfernung von mitgerissenem oder darin suspendiertem Material, und befaßt sich insbesondere damit, den Gasstrom und eine geeignete Waschflüssigkeit, wie z.B. Wasser, unter solchen Bedingungen in Berührung zu bringen, daß das den Gasstrom verunreinigende Material vom Wasser adsorbiert wird.

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SAD ORlGtNAL

Um die Kosten für die Errichtung und den Betrieb aufwen- < diger Waschtürme zu vermindern, hat man bereits vorge- : schlagen, Rohgas und Waschflüssigkeit im Halsteil einer Venturidüse zu vermischen, wo der rasch fließende Gasstrom auf die eingesprühte Waschflüssigkeit, wie Wasser, trifft» Das Gemisch fließt über den Diffusorteil der Venturidüse in die vergleichsweise ruhige Zone einer Abscheidetrommel ab, wo die zerstäubten Waschflüssigkeitspartikel sich mit den im Rohgas mitgeführten Staubteilchen oder anderen Verunreinigungen vereinigen.

Es wurde nun gefunden, daß man aus hochgespannten Gasen suspendiertes Material, wie Ruß, Staub, Rauch oder sogar Dämpfe und Nebel flüssiger Teilchen ebenso wirksam entfernen kann, wenn man einen Strahl des Rohgases mit hoher Geschwindigkeit, z.B. in der Größenordnung von 30 m/s oder mehr, durch eine einfache Lochplatte austreten und diesen Strahl auf die Waschflüssigkeit aufprallen läßt. Dies wird erreicht, indem man für die Injektion der Waschflüssigkeit in den Rohgasstrahl stromab von der Lochplattenöffnung und vorzugsweise am oder kurz vor dem Ein- ^v sehnürungspunkt (vena contracta) des Gasstrahls sorgt. Mit anderen Worten, der Rohgasstrahl tritt an der Lochplatte mit hoher Geschwindigkeit aus, gelangt in den offenen. Bereich eines Rohres, das beträchtlich größeren Querschnitt als die Öffnung der Lochplatte und demzufolge auch als der Gasstrahl hat, so daß der Strom der Waschflüssigkeit in den Rohgasstrahl an einem Punkte stromab von der Lochplatte eingeleitet wird, wo der Querschnitt des Hohgasstrahls wesentlich geringer als der Lochquerschnitt ist. Gemäß t/er Erfindung wird die Einleittuigsstelle der Waschflüssigkeit wesentlich näher als der Rand des Lochs- ?η die Achse des Rohgasstrahls heranverlegt und die Waschflüssigkeit daher unmittelbar ir. den Rohgasstrahl eingeleitet, wodurch die

Adsorption der Verunreinigungst eilchen erhob lieh ar_steirt.

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ι Wie schön ervähnt wurde, soll erfindmigsgemäß die Wasch-

flüssigkeit vorzugsweise stromauf von der Einschnürungs-

|. / stelle (vena contracta) des Gasstrahls und auf jeden Fall

: ' nicht wesentlich stromabwärts davon zugeführt werden.

Ferner soll erfindungsgemäß die Waschflüssigkeit vorzugsweise in solcher "Richtung und mit solcher Geschwindickeit zugeführt werden, daß ihre Geschwindigkeit in Achsrichtung des Gasstrahls annähernd Hull ist. Der hoehbesclileunictc-GasStrom zerreißt daher die Waschflüssigkeit zu feinen Strömen oder Bändern, die sofort zu feinsten Tröpfchen zerfallen» Diese werden bis zur Geschwindigkeit des RoIigasstrahls beschleunigt· Während des dazu nötigen Zeitraums zieht der Gasstrom die Vielzahl der feinen Waschmitteltröpfchen nach, die für einen erheblichen Zeitraum einen Eelativgeschwinäigkeitsvektor in Achsrichtung des Gasstrahls haben, der vom Vektor des Gases verschieden ist. Bis Bie die Geschwindigkeit des Gasstrahls erreicht haben, werden daher die Tropfehen vom Gasstrahl beaufschlagt und gekreuzt.

Die erfindungsgeiaäße Arbeitsweise ist insofern v;oeentlieh

• wirtschaftlicher, als eine einfache lochplatte vernach-

lässigbar geringe Anlaßekosten erfordert, verglichen etwa

* mit einem Venturi'-Skru'bber, wie er z.B. in der USA-Fatentschrift 2 604- 185 beschrieben ist. Da diese Lochplatte zwischen genormten Sohrleitungsf!ansehen angeordnet werden kann, braucht nan nur noch für geeigne-e Injektior.sdüpen für die Waschflüssigkeit zu sorgen.

KIr die Entfernung von Verunreinirunren. wie feststoffteilchen, Stäuben oder anderen suspendier'cen Stoffen, aus dem Rohgasstroia ist darüberhinaus ein sinfaciier Loch.pl?r;. en-/" SlvTubber genau.sofp.it wirksam wie der konplizierte Yenturi-Skrubber, wenn nan nuä? die Waschflüssigkeit in den aus ler Lochplatte strömenden Gasstrahl ait einer Geschwindisi:·; i

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einleitet, die im wesentlichen gleich Null in Bezug auf '. Ij die Strömungsgeschwindigkeit des Gasstrahls ist. ' ' ,

Es wurde gefunden, daß· ein Gas mit einem beträchtlichen Gehalt an feinteiligem Ruß erfindungsgemäß durchweg bis zu einem Gehalt von 1-2 ppm Ruß im Reingas gereinigt ;·' werden konnte. Dieser überraschende Befund erklärt sich vermutlich aus der hochgradigen Turbulenz und den .Änderungen der Strömungsrichtung, mit denen der Gasstrahl nach dem Verlassen der Lochplattenöffnungen in die Aufnahmekammer geliangt.

Außer dem ursprünglichen Unterschied in den Geschwindigkeiten der Waschflüssigkeitströjifchen und des Gasstrahls gibt es nämlich nachfolgend rasche Änderungen der Strömungsrichtung des Gasstromes, wenn die kinetische Energie des Gasstrahls verbraucht wird. Dies führt wahrscheinlich zu einem ständigen Geschwindigkeitsdifferential zwischen dem Gas und den Teilchen des Wassers oder einer anderen

den

Waschflüssigkeit, diö rasche Scherbewe'gungen durch Gasstrom-·' ausführen und einen Reinigungseffekt bewirken. ■

Dieser Effekt läßt sich bereits bei dem geringen Druck-

abfall von nur 1,05 kp/cm erreichen, und die Feststoffteilchen werden durch einfaches Zusammenfließen der zerstäubten Flüssigkeitsteilchen als Aufschlämmung in der Waschflüssigkeit erhalten.

.Venturi-Skrubber sind meist so konstruiert, daß nur graduelle Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit eintreten und durch wirbelnde Turbulenz verursachte übermäßige Verluste vermieden werden. Das wird erreicht durch völligen Ausschluß ^eder abrupten Divergenz in der Nähe des Halsteils oder im Diffusorteil, so daß im Halsteil der Strömungsverlauf im wesentlichen laminar ist. Dies /^: bewirkt minimalen ^Druckabfall oder Druckverlust. iü

ORIGINAL INSPECTED

Demgegenüber neigt der Lochplatten-Skrubber infolge der abrupten Divergenz an der öffnung, die 90° oder mehr betragen kann, dazu, sehr energiereiche Turbulenz zu erzeugen, die zwar zweifellos die wirksame Länge des hochbeschleunigten Gasstrahls verkürzt,verglichen mit dem üblichen "Verzögerungs-, Expansions- oder Diffusorteil einer Venturidüse, jedoch infolge der plötzlichen Energiefreisetzung in Form von Wirbeln und Turbulenz wahrscheinlich zum Reinigungseffekt beiträgt.

In der Zeichnung ist die Erfindung an der beispielhaften Bauform eines Lochplatten-Skrubbers erläutert, und zwar ist

Fig. 1 eine (teilweise geschnittene) Seitenansichtnind Fig. 2 eine schaubildliche Seitenansicht in vergrößertem Maßstab.

In der Zeichnung enthält die Rohrleitung 10 ein Gas, das einen feinteiligen Feststoff mitführt und in der eingezeichneten Pfeilrichtung strömt. Rohr 10 läuft in einen damit verschweißten Flansch 12 aus. Dieser Leitungsteil ist mit einen stromabwärts gelegenen Rohrstrang 14- über einen ähnlichen Flansch 16 verbunden. Zwischen diesen Flanschen, die von Schrauben 18 gehalten sind, befindet r.ich eine Lochplatte 20 mit einem zentrischen Loch 22, ferner ein Dichtungsring 24-,

Querschnitt und Ausbildung des Lochs 22 sind verhältnismäßig unwesentlich, sofern es einen Gasstrahl mit hoher Geschwindigkeit in eine relativ weite Kammer 26 ausströmen läßt. So kann statt der abgebildeten dünnen Lochplatte ein scharfkantiges oder abgerundetes oder konisches Loch, sogar eine vorspringende Düse verwendet werden.

Die Einleitung der Waschflüssigfceit erfolgt durch sich gegenüberstehende Injektionsdüsen 28.

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Sie lossen sich in jeder gewünschten Anzahl einfach anbringen, indem man die verhältnismäßig dünnen Düsenrohre 28 in bohrungen im Rohrflansch 16 einseht und sie außen in geeigneter Weise mit einer Waschmittelzuführung 30 verbindet.

Wie schon erwähnt, ist es für das Verfahren der Erfindung wichtig, die Mündungen oder Enden der Düsen 23 nach innen soweit vorzuschieben, daß sie den Gasstrahl aus den Loch 22 wenigstens berühren, wie in Fig. 2 angedeutet ist. Da der Gasstrahl sich einschnürt, bedeutet das, daß die .Injektionsdüsen 28 für die Waschflüssigkeit über die in Achsrichtung verlängerten Begrenzungen des Lochs 22 hinaus nach innen vorstehen. Weiterhin ist es wichtig, stromabwärts von der Lochplatte 20, 22 eine Kammer oder Rohrleitung 14, 26 vorzusehen, deren Abmessung (senkrecht zur Strahlachse) wesentlich größer als die des Lochs 22 ist, z.B. wenigstens etwa zwischen ein und eirhalb mal größer. Um den geeigneten Turbulenzgrad zu erhalten, empfiehlt es sich, den Durchmesser der Rohrleitung (14, 26) wenigstens zweimal so groß wie den Durchmesser des Lochs 22 zv. wählen,. wobei ein noch weit höheres Durchmesserverhältnis bevorzugt wird.

Weiterhin werden die Injektionsdüsen 28 für .".as Waschmittel vorzugsweise derart angeordnet, das die eingeleitete Flüssigkeit anfänglich eine Geschwindigkeit oder Beschleunigung erhält, die vernachlässigear klein ocer far; Hull in Strömungsrichtung des Gasstrahls ist. Dies bewirkt eine Berührung von Gas und Flüssigkeit mit ^rrktisch höchstem;. Geschwindigkeitsdifferential. Das bedeutet ferner, claß üblicherweise die Flüssigkeit in einer jiiclvbuns radial zum Gasstrahl eingeleitet wird.

Der stromabwärts gelegene Rest der Eeinirungsvorrichti".ng besteht in wesentlichen aus einer geeigneten Abscheide¹-

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trommel, wie sie z.B. in der USA-Patentschrift 2 604 185 wiedergegeben 1st und in der der entstandene Gasstrom auf eine geringe Geschwindigkeit, wie etwa im Bereich von 0,15 m/s, abgebremst wird, um das Zusammenfließen der Tröpfchen zu ermöglichen. Das gereinigte Gas tritt sodann am Kopf der Trommel aus, die flüssige Aufschlämmung der ausgewaschenen Teilchen kann am Boden der Trommel abgezogen werden. Zur Abscheidung der Flüssigkeitströpfchen j und Verunreinigungen aus dem Gasstrom kann anstelle der erwähnten Trommel aUGh ^ede andere geeignete Vorrichtung verwendet werden. Die Aufschlämmung läßt sich natürlich in bekannter Weise filtrieren oder anderweitig aufarbeiten, um die Verunreinigungsteilchen zu gewinnen und die Flüssigkeit in die undeletions Zuleitungen 30«zurückzuführen.

Ein anderer besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die lnjektionsdU.sen 28 für die Waschflüssigkeit sich radial verhältnismäßig leicht derart verstellen lassen, daß sie den aus der Lochplatte tretenden Gasstrahl berühren.

Zu diesem. Zweck sind di*e Düsenrohre 28 mit rohrartigen Gliedern versehen, die in entsprechenden radialen Bohrungen im Flansch 16 frei gleiten können. Diese wiederum sind über f lüssiglceitsdichte Kupp lungs stücke 32 mit den Waschmittel-EUleit'ongen 30 verbunden. Die Enden der Zuleitungen 30 enthalten "bei 3^ Außengewinde, in das das Innengewinde eines Stopfbüclisenrin.{tes 36 eingreift. Die radiale Stellung der Rohre oder Düsen. 28 und ihrer unteren Enden läßt sich radial leicht ändern^ indesi man die Zuleitungen 30 in die Stopfbüchsen 36 hinein- oder herausschraubt»

j Diese Bauart gewährleistet nicht allein optimale Einstel- / . . ■ Iraigsmöglichlieit für die Injektioiisdüsen (28) der Wasch- :■-:■ flüssigkeit sottdern eriaüüt auch eine Kachstellung für den Fall eines Austausches der Lochplatte» "wenn ε·3. der Durch-,.

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satz oder eine andere Einflußgröße des Gasstroms radikal verändert werden soll, läßt sich die Lochplatte einfach auswechseln, wenn man die Verschraubung 18 löst, die Flansche 12 und 16 trennt und die Lochplatte (20, 22) gegen eine für die neuen Betriebsbedingungen besser geeignete vertauscht, schließlich die Teile wieder zusammenbaut und die Düsen 28 radial nachstellt.

Es wurde gefunden, daß die richtige radiale Lage der Düsen 28 sich dadurch bestimmen läßt, daß die Skrubberleistung merklich ansteigt¹', wenn die Waschflüssigkeit direkt in den Gasstrahl eingeleitet wird.

Der oben verwendete Ausdruck "Waschflüssigkeit" soll sich natürlich nicht auf Wasser beschränken, sondern jede Flüssigkeit umfassen, die das aus dem Gasstrom abzuscheidende Material aufnehmen oder absorbieren kann. So kann z.B. für die Abscheidung von Koksteilchen oder einer etwas öligen Materie eine Kohlenwasserstoff-Fraktion das geeignete Waschmittel sein.

Patentansprüche

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Claims

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Pat ent ansnruchi

Verfahren zur Reinigung von hochgespannten Gasen durch Abscheidung fester oder flüssiger Verunreinigungen ^"-^ Injektion einer Waschflüssigkeit sowie Sammeln der mit den Verunreinigungen beladenen Waschf.lüssigkeitströpfchen und Abtrennung derselben vom gereinigten Gasstrom, dadurch gekennzeichnet-, daß man den unter höherem Druck stehenden Gasstrom mit einer etwa 30 m/s oder mehr betragenden Geschwindigkeit durch die enge öffnung einer Lochplatte hindurch in eine Leitung, die wesentlich größere Querschnittsabmessungen als das Loch besitzt, leitet und stromabwärts von dein Loch, aber über die Einschnürung (vena contract a) des von dem Loch erzeugten Gasstrahls nicht wesentlich hinausgehend, einen Waschflüssigkeitsstrom unmittelbar in den Gasstrahl hinein leitet, um die Waschflüssigkeit darin zu zerstäuben, und das Gemisch durch ein Turbulenzgebiet schickt, worauf der Gemischstrom schließlich in an sich bekannter Weise soweit beruhigt wird, daß die Tropfen der Waschflüssigkeit im wesentlichen zusammenfließen und sich vom gereinigten Gas trennen.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Waschflüssigkeit im wesentlichen radial zur Strömungsrichtung des Gasstrahls injiziert wird, um zwischen Gas und Flüssigkeit an der Injektionsstelle das maximale Geschwindigkeitsdifferential zu erzeugen.

3) Verfahren nach Anspruch Λ oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Geschwindigkeit des Gasstromes mehr als 30 m/s beträgt.

^Lv) Skrubber zur nassen Gasreinigung nach dem Verfahren von 1-3, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merlanale:

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Leitungen (10, 14) für-einen Rohgasstrom mit höherem Druck und Geschwindigkeit, eine Lochplatte (20) mit einem Loch (22) von v/es ent lieh kleinerer Querschnittsabmessung als die Leitungen (10, 14) und im wesentlichen, senkrecht zur Strömungsrichtung des Gasstroms angeordnet, um einen hochbeschleunigten Π-p.sstrahl zu erzeugen, der erheblich geringere transversale Abmessungen besitzt als die Leitungen (10, 14), Düsen (28) zur Einleitung einer Waschflüssigkeit in den hochbeschleunigten Gasstrahl," wobei die Düsen über die in Achsrichtung verlängert gedachte Berandung des Lochs (22) hinaus radial einwärts überstehen und zwischen der Lochplatte (20) und einem Punkt, der nicht wesentlich stromab von der Gasstrahleinschnürung ("vena contracts") liegt, angeordnet sind, wodurch die Waschflüssigkeit in feine Tropfen- zerteilt und im Gasstrahl verteilt wird, und an sich bekannte Einrichtungen, die stromab x^ron der Lochplatte (20) angeordnet sind und das-Zusammenfließen der fein zerteilten Waschflüssigkeitströpfchen bewirker·., damit die Wascliflüssigkeit mit den darin suspendierten "Verunreinigungen abgeschieden und vom gereinigten Gasstrom getrennt wird.

5) Gasskrubber nach Anspruch 4, dadurch r; ο -

k e η η ζ e i c h η e t , daß die Düsen (28) so aufgebaut und .angeordnet sind, daß die Waschflüssigkeit in vresentliehen mit der Geschwindigkeit I7v.ll, gemessen ir. Strömungsrichtroig des Gasstrahls, eingeleitet wird.

6) Gasskrubber nach Anspruch 4 oder 5, & =>· ^r-- ^v- ~? ° ^ gekennzeichnet , daß die Düsen (2c) für die Einleitung der Waschflüssigkeit in radialer Rieh- ^f tung einstellbar sind.

7) Gasskrubber nach einem der Ansprüche 4 bis t, da-· durch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Leitung (14) wenigstens doppelt εο groß wie der Durchmesser des Lochs (22) ist,

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BAD ORIGINAL ₄ ^€Qflr

8) Gasslcrubber nach einem der Ansprüche 4- bis- 7> d a -

'durch gekennzeichnet , daß in den

j. Leitungen (1O₁ 14) ein Flanschpaar (12, 16) angeordnet ' ist j das die Lochplatte (20) einschließt, und daß die .. Itnjektionsdüsen (28) in dem stromabwärts von der Lochplatte gelegenen Flansch (16) radial verstellbar gehalten sind.

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