DE19513603A1

DE19513603A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Abscheidung von Feststoffteilchen und/oder Tröpfchen von einem Fluid

Info

Publication number: DE19513603A1
Application number: DE1995113603
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl Ing Heninger; Alexander Dipl Phys Buinger
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde Gas AG
Priority date: 1995-04-10
Filing date: 1995-04-10
Publication date: 1996-10-17

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abscheidung von Feststoffteilchen und/oder Tröpfchen von einem Fluid.

Bei umwelttechnischen Verfahren kommt es häufig vor, daß Feststoffteilchen und/oder Tröpfchen aus einem Fluid entfernt werden müssen. Während grobe Feststoffteilchen aus Abwasser, Trinkwasser oder Abgas noch verhältnismäßig leicht mittels herkömm licher Feststoffabscheider entfernt werden können, treten bei der Abtrennung feiner Feststoffteilchen und/oder Tröpfchen erhebliche Probleme auf. Insbesondere bei Verfahren zur Abgaskondensation, bei denen in Abluft- oder Umluftströmen enthaltene Schadstoffe kondensiert und mit dem Kondensat von dem Abluft- oder Umluftstrom abgetrennt werden, kommt es zu einer unerwünschten Nebel- und/oder Aerosolbildung. Nebel oder Aerosole bestehen aus mikroskopisch kleinen Flüssigkeitströpfchen und/oder Feststoffpartikeln. Mittels Abscheider, z. B. Zyklone, Gestrick-, Umlenk- oder Elektroabscheidern, versucht man, zumindest große Nebeltröpfchen oder Teilchen zu entfernen. Die herkömmlichen Abscheider stoßen dann an ihre Grenzen, wenn die Tröpfchen oder Teilchen eine bestimmte, vom Abscheidertyp abhängige Größe errei chen. Der größte Teil der bei der Abgaskondensation auftretenden Nebeltröpfchen oder Aerosole weist jedoch eine Größe auf, die unter diesen Grenzen liegt, und kann von den üblichen Abscheidern nicht entfernt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abscheidung von Feststoffteilchen und/oder Tröpfchen von einem Fluid zur Verfügung zu stellen, mit dem bzw. mit der auch feine Feststoffteilchen und/oder Tröpfchen auf wirtschaftliche Weise entfernt werden können.

Diese Aufgabe wird verfahrensseitig erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Fluid durch einen Behälter hindurchgeleitet wird, in dem akustische Schwingungen derart induziert werden, daß eine stehende Welle im Behälter gebildet wird, wobei die Fest stoffteilchen und/oder Tröpfchen im Bereich der Schwingungsknoten konzentriert werden, und anschließend die konzentrierten Feststoffteilchen und/oder Tröpfchen mittels eines Feststoff- und/oder Tröpfchenabscheiders von dem Fluid abgetrennt werden.

Unter akustischen Schwingungen sollen im Rahmen der vorliegenden Erfindung alle Schwingungsformen zu verstehen sein, die Longitudinalwellen erzeugen. Darunter fallen insbesondere von Lautsprechern oder Ultraschallgeneratoren induzierte Schwingungen, die Schallwellen bzw. Ultraschallwellen erzeugen.

Das Verfahren wird besonders bevorzugt bei der Abgaskondensation eingesetzt. In diesem Fall wird als Fluid Abgas verwendet, das einer Kondensation entzogen wurde, wobei Aerosole und/oder Nebeltröpfchen gebildet wurden. Um auch kleine Nebeltröpf chen und/oder Aerosole entfernen zu können, wird erfindungsgemäß der konventionel len Abgasreinigungsanlage ein Behälter nachgeschaltet, in den das abgekühlte Abgas eingeleitet wird. In dem Behälter werden akustische Schwingungen derart induziert, daß sich stehende Wellen ausbilden. Im Abgas enthaltene Nebeltröpfchen und Teil chen konzentrieren sich im Bereich der Schwingungsknoten. Dadurch entstehen größe re Tröpfchen und Konglomerate, die im Gegensatz zu den kleinen Ausgangsteilchen in einem nachgeschalteten Abscheider entfernt werden können. Als Abscheider können z. B. herkömmliche Zyklone, Gestrick-, Umlenk- oder Elektroabscheider eingesetzt werden.

Die akustischen Schwingungen werden bevorzugt in der Weise im Behälter induziert, daß sich längs zur Strömungsrichtung des Fluids die stehende Welle ausbildet. Dies hat den Vorteil, daß die im Fluidstrom enthaltenen Nebeltröpfchen beim Durchströmen des Behälters eine Mehrzahl von Schwingungsknoten durchlaufen und somit eine erhöhte Agglomerationswahrscheinlichkeit mit anschließender Abscheidung besteht.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die akustischen Schwingungen derart im Behäl ter zu induzieren, daß sich quer zur Strömungsrichtung des Fluids die stehende Welle ausbildet. Diese Variante ist besonders in Kombination mit einer in Strömungsrichtung ausgebildeten stehenden Welle sinnvoll, da hierdurch die Agglomerations wahrscheinlichkeit weiter steigt.

Die akustischen Schwingungen werden vorzugsweise mittels mindestens eines Laut sprechers erzeugt.

Die Schwingungsfrequenz der akustischen Schwingungen wird gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Abhängigkeit von Beschaffenheit und Masse der Feststoffteilchen und/oder Tröpfchen variiert. Mit Vorteil werden mehrere verschiedene akustische Schwingungen mit jeweils festen und/oder variablen Frequen zen erzeugt.

Die akustischen Schwingungen können so induziert werden, daß sich stehende Wellen mit räumlich festen Schwingungsknoten ausbilden. Besonders bevorzugt werden die Schwingungen aber so induziert, daß sich stehende Wellen mit räumlich wandernden Schwingungsknoten ausbilden. Auf diese Weise können die konzentrierten Feststoff teilchen und/oder Tröpfchen auf einfache Weise mit den Schwingungsknoten zu Ab scheidevorrichtungen transportiert werden, wo sie von dem Fluid abgetrennt werden.

Vorrichtungsseitig wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß ein einen Fluideinlaß und einen Fluidauslaß aufweisender Behälter mit mindestens einem Schwingungserzeuger zur Erzeugung akustischer Schwingungen versehen ist und daß dem Behälter ein Feststoff- und/oder Tröpfchenabscheider nachgeschaltet ist.

Der Behälter ist vorzugsweise im wesentlichen achsensymmetrisch um eine Längs achse aufgebaut, wobei der Fluideinlaß und der Fluidauslaß jeweils im Bereich der längsseitigen Enden des Behälters angeordnet sind und der Schwingungserreger auf dem Behälterquerschnitt angeordnet ist. Auf diese Weise können Schwingungen derart induziert werden, daß sich eine stehende Welle längs zur Strömungsrichtung des Fluids ausbildet.

Falls die stehende Welle quer zur Strömungsrichtung des Fluids gebildet werden soll, ist der Schwingungserreger auf dem Behältermantel angeordnet.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eignen sich zur Feststoff- und/oder Tröpfchenabscheidung aus allen denkbaren Fluiden. Besonders bevorzugt wird das Verfahren bzw. die Vorrichtung bei der Abgaskondensation verwendet. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der Vorrichtung können die bei der Abgaskondensation auftretenden Nebeltröpfchen und/oder Aerosole derart behandelt werden, daß sie von marktüblichen Feststoff- und/oder Tröpfchenabscheidern sehr viel effektiver aus dem Fluid entfernt werden können. Damit wird die Reinigungsleistung von Abgaskondensationsanlagen insgesamt deutlich verbessert.

Nebel- und/oder Aerosolbildung tritt bei Abluft- oder Prozeßluftreinigungsanlagen, die nach dem Tieftemperaturkondensationsprinzip arbeiten, vor allem dann auf, wenn eine Anlage in Betrieb genommen oder zwischen redundanten Systemen umgeschaltet wird und wenn Schwankungen in der Rohgasmenge auftreten. Die damit verbundenen Spitzenbelastungen im Reingas schränken die Einsatzmöglichkeiten dieses Abluftreini gungsverfahrens erheblich ein. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird erreicht, daß die Abgaskondensation, insbesondere die Tieftemperaturkondensation, gegenüber anderen Abluftreinigungsverfahren deutlich wettbewerbsfähiger wird.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Es soll beispielhaft Abgas aus einer Lösemittelrückgewinnungsanlage behandelt werden. Das lösemittelhaltige Abgas wird zunächst einer Abgaskondensation unter zogen. Die hierfür vorgesehene Tieftemperaturkondensationsanlage ist in der Figur nicht dargestellt. In der Tieftemperaturkondensationsanlage wird das Abgas in indirek ten Wärmetausch mit einem kryogenen Kältemittel, z. B. flüssigem Stickstoff, gebracht. Das Abgas kühlt dabei ab und die im Abgas enthaltenen Schadstoffe kondensieren aus. Die Schadstoffe werden schließlich mit dem Kondensat vom Abgas abgetrennt. Bei dieser Tieftemperaturkondensation tritt eine Nebel- und Aerosolbildung auf. Die feinstverteilten Nebeltröpfchen und Aerosole können mit herkömmlichen Abscheidern nicht vom Abgas abgetrennt werden. Zur Abscheidung dieser Nebeltröpfchen und Aerosole ist das erfindungsgemäße Verfahren vorgesehen.

Das mit feinstverteilten Nebeltröpfchen und Aerosolen beladene Abgas wird von der Tieftemperaturkondensationsanlage abgezogen und über den Fluideinlaß 1 in den Behälter 2 eingeleitet. Der Behälter 2 ist zylindersymmetrisch aufgebaut und weist am unteren Ende einen Fluidauslaß 3 auf. Am oberen Ende des zylinderförmigen Behäl ters 2 ist ein Lautsprecher 5 angeordnet. Der Lautsprecher 5 erzeugt akustische Schwingungen mit einer Frequenz von 3000 s^-1. Die akustischen Schwingungen setzen sich im Behälter 2 längs zur Strömungsrichtung des Fluids und längs zur Zylinderachse fort. Die entstehenden longitudinalen Wellen werden am unteren Ende des zylinderförmigen Behälters 2 reflektiert und überlagern sich mit den abwärts laufenden Wellen. Die Schwingungsfrequenz des Lautsprechers 5 wird so eingestellt, daß sich im Behälter 2 eine stehende Welle 4 mit Schwingungsknoten bildet. In den Schwingungs knoten der stehenden Welle 4 konzentrieren sich die Tröpfchen und Feststoffpartikel, so daß größere Tröpfchen und Konglomerate entstehen, die im Gegensatz zu den kleinen Ausgangsteilchen in einem dem Behälter nachgeschalteten konventionellen Abscheider entfernt werden können. Entsprechend bildet sich ein Dichteverlauf 6 aus.

Vorzugsweise wird der Behälter kontinuierlich mit dem Abgas durchströmt. Dabei wird die Hauptbewegung der Feststoffpartikel und Nebeltröpfchen im Gasstrom durch schallinduzierte Bewegungen überlagert. Die Verweilzeit der Teilchen im Behälter bleibt unverändert, es treten lediglich lokale Geschwindigkeitsunterschiede auf.

Claims

1. Verfahren zur Abscheidung von Feststoffteilchen und/oder Tröpfchen von einem Fluid, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid durch einen Behälter (2) hindurchgeleitet wird, in dem akustische Schwingungen derart induziert werden, daß eine stehende Welle (4) im Behälter gebildet wird, wobei die Feststoffteilchen und/oder Tröpfchen im Bereich der Schwingungsknoten (6) konzentriert werden und anschließend die konzentrierten Feststoffteilchen und/oder Tröpfchen mittels eines an sich bekannten Abscheiders vom Fluid abgetrennt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fluid Abgas verwendet wird, das einer Kondensation unterzogen wurde, wobei Aerosole und/oder Nebeltröpfchen gebildet wurden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die akustischen Schwingungen derart induziert werden, daß sich die stehende Welle (4) längs zur Strömungsrichtung des Fluids im Behälter (2) ausbildet.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die akustischen Schwingungen derart induziert werden, daß sich die stehende Welle (4) quer zur Strömungsrichtung des Fluids im Behälter (2) ausbildet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die akustischen Schwingungen mittels mindestens eines Lautsprechers (5) erzeugt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsfrequenz der akustischen Schwingungen in Abhängigkeit von Beschaffenheit und Masse der Feststoffteilchen und/oder Tröpfchen variiert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere verschiedene akustischen Schwingungen mit festen und/oder variablen Frequenzen erzeugt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß stehende Wellen (4) mit räumlich wandernden Schwingungsknoten erzeugt werden.

9. Vorrichtung zur Abscheidung von Feststoffteilchen und/oder Tröpfchen von einem Fluid, dadurch gekennzeichnet, daß ein einen Fluideinlaß (1) und einen Fluidauslaß (3) aufweisender Behälter (2) mit mindestens einem Schwingungserreger (5) zur Erzeugung einer akustischen Schwingung versehen ist und daß dem Behälter (2) ein Feststoff- und/oder Tröpfchenabscheider nachgeschaltet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (2) im wesentlichen achsensymmetrisch um eine Längsachse aufgebaut ist, wobei der Fluideinlaß (1) und der Fluidauslaß (3) jeweils im Bereich der längsseitigen Enden des Behälters angeordnet sind und der Schwingungserreger (5) auf dem Behälterquerschnitt angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (2) im wesentlichen achsensymmetrisch um eine Längsachse aufgebaut ist, wobei der Fluideinlaß (1) und der Fluidauslaß (3) jeweils im Bereich der längsseitigen Enden des Behälters angeordnet sind und der Schwingungserreger (5) auf dem Behältermantel angeordnet ist.