DE19627462C2 - Einrichtung zum Waschen eines verunreinigten Gases und ihre Verwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Waschen eines verunreinigten Gases.

Das Waschen oder auch Naßreinigen von verunreinigten Gasen wird vornehmlich dann eingesetzt, wenn auch bei feinsten Ver­ unreinigungen hohe Reinigungsgrade des Gases notwendig sind. Hierzu werden sogenannte Wäscher verwendet, wie sie z. B. aus "Grundoperationen chemischer Verfahrenstechnik" von Vauck/­ Müller, VCH Verlagsgesellschaft mbH, Seiten 235 bis 243, und aus "Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie", Verfah­ renstechnik I, Band 2, 4. Auflage, Verlag Chemie, Seiten 227 bis 235, bekannt sind.

Die Reinigungswirkung der bekannten Wäscher beruht darauf, daß die Waschflüssigkeit mit dem zureinigenden Gas in engen Kontakt gebracht wird. Feine Schmutzpartikel, beispielsweise Staubpartikel, bleiben an den Tropfen der Waschflüssigkeit haften oder werden von ihr benetzt und agglomerieren zu grö­ ßeren Teilen, die dann mittels eines geeigneten Abscheide­ systems von dem zu reinigenden Gas getrennt werden. Bei hei­ ßen Gasen kann die Waschflüssigkeit zugleich als Kühlmittel dienen, so daß kondensierbare Verunreinigungen als Kondensat ausgeschieden werden können. Dies wird beispielsweise bei der Reinigung von Schwelgas bei einem aus der Offenlegungsschrift DE 42 35 894 A1 bekannten Verfahren ausgenutzt.

Aus den Schriften US-PS-4,239,515, DE-OS-42 29 895, DE-OS-21 31 657 und DE-OS-43 38 177 sind Einrichtungen bekannt, bei denen das zu reinigende Gas durch ein Waschmedium hindurchge­ führt wird. Die dort beschriebenen Gaswäscher haben den Nach­ teil, dass durch die in den zu reinigenden Gasen enthaltenen Verunreinigungen Ablagerungen an der Innenoberfläche der Gaswäscher entstehen können und den Verlust der Reinigungswir­ kung zur Folge haben.

Besonders hohe Abscheidegrade werden mit Venturi-Wäschern o­ der Venturi-Waschkühlern erreicht. Bei diesen Wäschern durch­ strömt das zu reinigende Gas ein Rohr, das durch eine Veren­ gung des Rohres zunächst beschleunigt und anschließend in ei­ nem sich erweiternden Teil verzögert wird. Durch die damit verbundenen Turbulenzen im Bereich des geringsten Querschnit­ tes, der Kehle, vermischt sich die meist hier eingebrachte Waschflüssigkeit innig mit dem zu reinigenden Gas.

Bei der Naßreinigung von Gasen entstehen im Mischbereich, in dem die Waschflüssigkeit mit den Gasen in Kontakt kommt, oft­ mals Ablagerungen an der Innenoberfläche des Wäschers, die nicht von der Waschflüssigkeit mitgespült werden. Insbeson­ dere bei Wäschern mit Kühlwirkung, sogenannten Waschkühlern, kann sich an dieser Stelle Kondensat ablagern. Mit zunehmen­ der Betriebsdauer wächst daher die Gefahr der Verstopfung des Wäschers.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Einrich­ tung zum Waschen von verunreinigten Gasen, insbesondere von heißen Gasen, anzugeben, bei der Ablagerungen an ihrer Innen­ oberfläche weitgehend vermieden sind.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Ein­ richtung zum Waschen eines verunreinigten Gases mit den Merk­ malen des Patentanspruches 1. Bei der Einrichtung wird eine Waschflüssigkeit mit dem aus einer Austrittsöffnung austre­ tenden Gas in Kontakt gebracht, wobei ein Verdrängungskörper zum Erzeugen eines wenigstens im Bereich der Austrittsöffnung durch die Waschflüssigkeit gebildeten ringförmigen Flüssig­ keitsmantels angeordnet ist. Die Wirkung einer solchen Ein­ richtung zur Vermeidung von Ablagerungen beruht im wesentli­ chen auf einer schnellen Abkühlung des heißen Gases. Durch die Abkühlung kann insofern eine Ablagerung insbesondere von Kondensat verhindert werden, da das flüssige Kondensat sich zwar eventuell an den Wänden der Einrichtung niederschlagen kann, aber die Wärmeenergie des Gases nicht mehr zum Trocknen und Anbacken des Kondensates an den Wänden ausreicht. Gleich­ zeitig liegt bei dieser Einrichtung in kritischen Bereichen ein aus der Waschflüssigkeit gebildeter Flüssigkeitsmantel oder -film vor, der unabhängig von der Temperatur des Gases g eventuelle Ablagerungen, beispielsweise an der Austrittsöff­ nung, abwäscht.

Die Einrichtung ist mit einer Kammer versehen, bei der Mittel zum Erzeugen eines an ihrer Innenoberfläche vorliegenden Flüssigkeitsmantels angeordnet sind. Hierdurch wird sicherge­ stellt, daß auch größere Bereiche von einem Flüssigkeitsman­ tel benetzt sind, und eventuelle Ablagerungen von der Innen­ oberfläche der Kammer abgewaschen werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung umgibt die Kammer die Leitung zumindest bis zur Austrittsöffnung, um den ringförmi­ gen Flüssigkeitsmantel in einer einfachen Weise zu erzeugen.

Vorteilhaft mündet der Einlaß quer zur Strömungsrichtung des Gases in die Kammer. Durch die senkrechte Strömungskomponente der Waschflüssigkeit wird eine Drall- oder auch Rotations­ strömung der Waschflüssigkeit innerhalb der Kammer erzeugt, die mit einer zur Gasströmung senkrechten Strömungskomponente an der Innenoberfläche der Kammer entlanggleitet. Dadurch wird eine bessere Vermischung des Gases mit der Waschflüssig­ keit und somit eine verbesserte Waschwirkung erzielt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung tritt die Waschflüs­ sigkeit tangential zur Innenoberfläche der Kammer in dieselbe ein, um einen Flüssigkeitsmantel an der Innenoberfläche der Kammer mit einem Drall zu erzeugen.

Vorteilhafterweise ist der Verdrängungskörper temperierbar, um bei der Reinigung von heißen Gasen beispielsweise den Bereich der Austrittsöffnung zur Vermeidung von Ablagerungen zu kühlen oder zu heizen.

Bevorzugt verjüngt sich die Kammer in Strömungsrichtung des Gases, um sowohl die mit einem Drall behaftete Rotationsströ­ mung als auch das Gas nach Austritt aus der Leitung zu be­ schleunigen, wodurch eine bessere Vermischung des Gases mit der Waschflüssigkeit erzielt wird.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weitet sich die vom Gas durchströmbare Querschnittsfläche in Strömungsrichtung nach der Austrittsöffnung stark auf, insbe­ sondere im Zuge einer abrupten Änderung.

Dadurch entstehen starke Turbulenzen im Gas. Der Flüssig­ keitsmantel wird beim Kontakt mit dem stark turbulenten Gas auseinander gerissen, wobei die Flüssigkeit sehr fein zer­ stäubt wird. Bei dieser Zerstäubung vermischt sich zum einen die Waschflüssigkeit innig mit dem Gas, womit die Waschwir­ kung gewährleistet ist. Zum anderen können die fein zerstäub­ ten Partikel der kalten Waschflüssigkeit die Wärme des heißen Gases sehr gut aufnehmen. Das Gas wird daher stark abgekühlt, so dass sich auch nach der Kammer keine festen Anbackungen aus Kondensat bilden können.

Bevorzugt ist der Einrichtung ein Wäscher nachgeschaltet. Da­ durch ist eine verbesserte Reinigungswirkung erzielbar.

Die Einrichtung gemäß der Erfindung ist insbesondere für den Einsatz in einer Schwel-Brenn-Anlage, wie sie beispielsweise aus EP-A-0 302 310 bekannt ist, verwendbar, um ein dort ent­ stehendes verunreinigtes Gas, insbesondere Schwelgas, zu wa­ schen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Ausführungsbei­ spiele der Zeichnung näher erläutert, in deren

Fig. 1 eine Einrichtung gemäß der Erfindung in einem Längs­ schnitt schematisch veranschaulicht ist, und deren

Fig. 2 und 3 weitere Ausführungsbeispiele mit veränderter Kam­ mergeometrie zeigen.

Fig. 4 eine Kammergeometrie, welche bei der Erfindung einsetz­ bar ist,

Fig. 5 zeigt in einer vorteilhaften Ausgestaltung eine Anlage zum Waschen des verunreinigten Gases g, bei der zwei hintereinander angeordnete Einrichtungen gemäß der Er­ findung vorgesehen sind.

Gemäß Fig. 1 strömt ein zu reinigendes Gas g, das beispiels­ weise auch Schwelgas aus einer Schwel-Brenn-Anlage sein kann, durch eine Leitung 3 mit kreisrundem Querschnitt in eine kegelförmige Kammer 2, die sich in Strömungsrichtung verjüngt oder verengt. Mit anderen Worten: Die Querschnittsfläche der Kammer 2 verringert sich in Strömungsrichtung des Gases g ge­ sehen.

Das Gas g tritt durch eine stirnseitige Austrittsöffnung 31 aus der Leitung 3 in die Kammer 2 ein. Die Leitung 3 mündet in die Kammer 2 und verläuft teilweise innerhalb der Kammer 2, so daß sich die Austrittsöffnung 31 im Innern der Kammer 2 befindet. Die Kammer 2 verjüngt sich nach der Austrittsöff­ nung 31 weiter bis zu einer Kehle 5, bei der die Kammer 2 die geringste Querschnittsfläche aufweist. Zu einem Mischbereich. 4 kommt das Gas g mit einer in die Kammer 2 eintretenden Waschflüssigkeit s, beispielsweise Öl oder Wasser, erstmals in Kontakt. Der Mischbereich 4 kann sich infolge von Turbu­ lenzen oder Verwirbelungen beim Auströmen des Gases g aus der Austrittsöffnung 31 auch auf eine Zone erstrecken, die vor der Austrittsöffnung 31 liegt. Durch die Verjüngung der Kam­ mer 2 wird das Gas g nach der Austrittsöffnung beschleunigt und dadurch im Mischbereich 4 mit der Waschflüssigkeit s in­ nig vermischt und gereinigt.

Die Waschwirkung bei dieser Einrichtung entspricht somit weitgehend dem Prinzip eines Venturi-Wäschers: Bei den Ventu­ ri-Wäschern wird nämlich das zu reinigende Gas in einem sich verjüngenden Gehäuse beschleunigt. Die Waschflüssigkeit wird in der Regel im Bereich des geringsten Querschnittes, der Kehle, in das Gehäuses senkrecht zum Gasstrom eingebracht. Nach der Kehle, wo sich der Querschnitt des Gehäuses wieder vergrößern kann, wird das Gas dann gereinigt.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist oberhalb der Aus­ trittsöffnung 31 ein Einlaß 7 angeordnet, durch den die Waschflüssigkeit s in die Kammer eingebracht wird. Die Lei­ tung 3 ist von einem ebenfalls kegelförmigen Verdrängungskör­ per 8 umgeben, so daß zwischen der Innenoberfläche der Kammer 2 und dem Verdrängungskörper 8 ein im Querschnitt gesehen ringförmiger Spalt 9 gebildet wird, der vorzugsweise eine konstante Breite b hat. Die Waschflüssigkeit s wird dadurch in den Spalt 9 zwischen Kammer 2 und Verdrängungskörper 8 an die Innenoberfläche der Kammer 2 gepreßt oder gedrängt. Der Einlaß 7 für die Waschflüssigkeit s besteht im Ausführungs­ beispiel aus einem Rohr, das quer zur Strömungsrichtung des Gases g und tangential zur Innenoberfläche der Kammer 2 in dieselbe führt.

Durch den Verdrängungskörper 8 wird die Waschflüssigkeit s gezwungen diesen zu umströmen. Dadurch bildet sich ein Flüs­ sigkeitsmantel f, der an der Innenoberfläche der Kammer 2 in einer spiralförmigen Rotations- oder Drallbewegung in Strö­ mungsrichtung entlang gleitet. Der Aufbau einer Drallströmung wird zusätzlich durch das tangentiale Einströmen der Wasch­ flüssigkeit s unterstützt. Infolge des Dralls weist die Waschflüssigkeit s eine zur Gasströmung senkrechte Strö­ mungskomponente auf. Zusätzlich wird die Rotationsströmung durch die Verjüngung der Kammer beschleunigt. Dadurch wird die Vermischung der Waschflüssigkeit s mit dem zu reinigenden Gas g und somit die Waschwirkung verbessert.

Vorzugsweise ist die Länge der in die Kammer 2 führenden Lei­ tung 3 so bemessen, daß der mit einem Drall behaftete Flüs­ sigkeitsmantel f bis zur Austrittsöffnung 31 einerseits ge­ schlossen und stabil ist, jedoch andererseits unnötige Rei­ bungsverluste beim Aufbau der Drallströmung vermieden sind.

Der Verdrängungskörper 8 bietet weiterhin in einer geeigneten Ausführung die Möglichkeit, das durch die Leitung 2 strömende Gas g zu temperieren. Beispielsweise kann bei der Reinigung von heißen Gasen der Bereich nahe der Austrittsöffnung 31 ge­ kühlt oder geheizt werden. Diese Maßnahme hilft das Austrock­ nen von Kondensat und dessen Anbackungen an den Innenwänden der Kammer 2 oder der Leitung 3 zu verhindern. Um zur Vermei­ dung von Ablagerungen günstige Temperaturverhältnisse in der ganzen Kammer 2 zu erreichen, ist ferner eine zumindest teilweise Temperierung der Kammer 2 an geeigneten Stellen, bei­ spielsweise in Teilen des Mischbereiches 4 in Betracht zu ziehen.

Der Spalt 9 zwischen dem Verdrängungskörper 8 und der Innen­ oberfläche der Kammer 2 ist vorteilhafterweise konstant, so daß er den Verdrängungskörper wie einen Kegelmantel umhüllt. Die Breite b des Spaltes ist günstigerweise so gewählt, daß die Waschflüssigkeit s einen stabilen und geschlossenen Flüs­ sigkeitsmantel f wenigstens in einem Teilbereich des Mischbe­ reiches 4 um die Austrittsöffnung 31 bildet. In anderen Wor­ ten: Wenigstens im Bereich der Austrittsöffnung 31 liegt ein geschlossener Flüssigkeitsfilm oder -mantel f vor. Dadurch werden im Mischbereich 4 Ablagerungen ausgeschlossen. In dem Mischbereich 4 tritt das durch die Leitgig 3 in die Kammer 2 einströmende Gas erstmals in Kontakt mit der Waschflüssigkeit s. Schlagen sich nun in diesem Bereich Verunreinigungen aus dem Gas g, beispielsweise Kondensat, Öl, Teer- oder Staubpar­ tikel an der Innenwand der Kammer 2 oder an der Außenwand der Leitung 3 nieder, so werden die Verunreinigungen von der Waschflüssigkeit s mitgespült, und eine feste Anbackung ist vermieden. Im weiteren Verlauf des Mischbereiches 4 ist bei einem heißen Gas g ein geschlossener Flüssigkeitsmantel f nicht mehr zwingend notwendig, falls das Gas g bereits so stark abgekühlt ist, daß eventuelle Ablagerungen nicht aus­ trocknen und wenigstens zähflüssig an den Wänden abgleiten.

Die Kammer 2 verjüngt sich nach der Austrittsöffnung 31 wei­ ter bis zu der Kehle 5, an der die Kammer 2 den geringsten Querschnitt aufweist, um anschließend diesen kreisrunden Querschnitt konstant beizubehalten. Der Querschnitt ist aus­ reichend klein, um das Gas g zur Durchmischung der Waschflüs­ sigkeit s mit dem Gas g zu beschleunigen. In einer vorteil­ haften Ausgestaltung kann sich die Querschnittsfläche nach der Kehle 5 zum Erzeugen von Turbulenzen auch vergrößern, um die Waschwirkung zu verbessern.

Die Waschwirkung im Mischbereich 4 wird durch eine innige Vermischung der Waschflüssigkeit s mit dem zu reinigenden Gas g erzielt, die durch die Drallströmung der Waschflüssigkeit s und eine turbulente Gasströmung im Mischbereich 4 begünstigt wird.

Fig. 2 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführung, bei der die Kammer 2 zunächst eine konstante Querschnittsfläche aufweist. Erst nach dem Einlaß 7 für die Waschflüssigkeit s verjüngt sich die Kammer 2. Dieser veränderten Geometrie paßt sich auch der Verdrängungskörper 8 an, um einen konstanten Spalt 9 zwischen der Innenoberfläche der Kammer 2 und Verdrängungs­ körper 8 zu gewährleisten. Durch diese Ausführungsform kann der zur Gasströmung senkrechte Anteil der Strömungskomponente der Waschflüssigkeit s erhöht werden. Dies führt zu einer verbesserten Vermischung der Waschflüssigkeit s mit dem Gas g und damit zu einer Erhöhung der Waschwirkung.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung gemäß Fig. 3 um­ hüllt die Kammer 2 die Leitung 3 genau bis zur Austrittsöff­ nung 31. Mit anderen Worten: Das untere Ende der Kammer 2 bildet mit der Austrittsöffnung 31 eine Ebene. In dieser Aus­ führung weitet sich im Anschluß an die Kammer 2 die, von dem Gas g durchströmte Querschnittsfläche bevorzugt stark auf.

Die Waschflüssigkeit s, die innerhalb der Kammer 2 im Bereich der Austrittsöffnung 31 noch einen Flüssigkeitsmantel f bil­ det, wird dadurch nach der Kammer 2 infolge der Zentrifugal­ kräfte nach außen getrieben. Gleichzeitig entstehen durch die abrupte Änderung der Querschnittsfläche starke Turbulenzen im Gas g. Der Flüssigkeitsmantel f wird beim Kontakt mit dem stark turbulenten Gas g auseinandergerissen, wobei die Flüs­ sigkeit sehr fein zerstäubt wird. Bei dieser Zerstäubung ver­ mischt sich zum einen die Waschflüssigkeit s innig mit dem Gas g, womit die Waschwirkung gewährleistet ist. Zum anderen können die fein zerstäubten Partikel der kalten Waschflüssig­ keit s die Wärme des heißen Gases g, dessen Temperatur im Falle eines Schwelgases typischerweise bei etwa 450°C liegt, sehr gut aufnehmen. Das Gas g erfährt daher eine starke Ab­ kühlung, so daß sich auch nach der Kammer 2 keine festen An­ backungen aus Kondensat bilden können. Durch die Turbulenzen des Gases g im Bereich, der Austrittsöffnung erstreckt sich zwar ein Teil des Mischbereiches in die Kammer 2 hinein, doch sind auch hier eventuelle Ablagerungen vermieden, da der Flüssigkeitsmantel f im Mischbereich 4 innerhalb der Kammer 2 bestehen bleibt.

Eine veränderte Kammergeometrie, welche als Teil der Erfin­ dung einsetzbar ist, zeigt Fig. 4.

Dort wird die Leitung 3 ebenfalls genau bis zur Austrittsöff­ nung 31 von einer nunmehr lediglich zylinderförmig Kammer 2 unter Bildung eines Spaltes 9 umhüllt. Da sich die Kammer 2 nun nicht mehr in Strömungsrichtung des Gases g verjüngt und auch der Verdrängungskörper 8 nicht mehr vorliegt, ist der konstruktiven Aufwand reduziert. Die Waschflüssigkeit s wird wie in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen tangen­ tial zur Strömungsrichtung des Gases g in die Kammer 2 zur Ausbildung einer Drallströmung eingebracht. In der Fig. 4 tritt die Waschflüssigkeit durch mehrere Einlässe 7 in die Kammer 2 ein. Es ist aber auch denkbar, die Waschflüssigkeit über eine geeignete Vorrichtung, beispielsweise eine ringför­ mige Düse, die die Leitung 3 umschließt, parallel zur Leitung 3 und somit parallel zur Strömungsrichtung des Gases g einzu­ strömen. Die Wirkung einer solchen Vorrichtung beruht auf der Kühl- und Waschwirkung wie sie bereits beschrieben wurde. Die beschriebene Kammergeometrie kann leicht bei der Erfindung eingesetzt werden.

Fig. 5 zeigt eine Anlage aus zwei Wäschern 1, 10, die hinter­ einander angeordnet sind, wobei der erste ein Wäscher gemäß der Erfindung ist und die Merkmale der Fig. 1 aufweist. Der zweite Wäscher kann ein im Stand der Technik bekannter Wä­ scher sein. Im Ausführungsbeispiel ist schematisch ein Venturi-Wäscher dargestellt. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß durch den ersten Wäscher ein Großteil der Verun­ reinigungen bereits aus dem Gas g ausgewaschen ist, und durch die Kühlwirkung dieses Wäschers kein weiteres Kondensat, wie beispielsweise Öl oder Teer, im Wäscher 10 anfällt, so daß dieser einfacher und kostengünstiger gebaut werden kann. Gleichzeitig wird der Reinigungsgrad des Gases g durch die nachgeschaltete Waschstufe erhöht. Bei Bedarf können dazu na­ türlich auch mehr als zwei Wäscher hintereinander angeordnet werden, von denen auch mehr als einer die Merkmale gemäß der Erfindung aufweisen kann.

Claims (10)

1. Einrichtung zum Waschen eines verunreinigten Gases (g) mit einer Kammer (2), mit einer das Gas (g) führenden Leitung (3), an deren Ende eine Austrittsöffnung (31) angeordnet ist, mit einem in die Kammer (2) mündenden Einlaß (7) für eine Waschflüssigkeit (s) und mit einem Verdrängungskörper (8), der die Leitung (3) unter Bildung eines Spaltes (9) zur In­ nenoberfläche der Kammer (2) zum Erzeugen eines, im Schnitt gesehen ringförmigen, Flüssigkeitsmantels (f) aus der Wasch­ flüssigkeit (s) umschließt, wobei der Flüssigkeitsmantel (f) wenigstens im Bereich der Austrittsöffnung (31) gebildet wird, um die Waschflüssigkeit (s) mit dem aus der Aus­ trittsöffnung (31) austretenden Gas (g) in Kontakt zu brin­ gen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die Kammer (2) die Leitung (3) zumindest bis zur Austrittsöffnung (31) umgibt.

3. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Einlaß (7) quer zur Strömungsrichtung des Gases (g) in die Kammer (2) mündet.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Waschflüssigkeit (s) aus dem Einlaß (7) tangential zur Innenoberfläche der Kammer (2) in diese eintritt.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verdrängungskörper (8) temperierbar ist.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der sich die Kammer (2) in Strömungsrichtung des Gases (g) verjüngt.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die vom Gas (g) durchströmbare Querschnittsfläche in Strömungsrichtung nach der Austrittsöffnung (31) stark, insbesondere im Zuge einer abrupten Änderung, aufweitet.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Querschnittsfläche senkrecht zu der Strömungsrichtung des Ga­ ses (g) aufweitet.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ihr ein Wäscher (10) nachgeschaltet ist.

10. Verwendung der Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einer Schwel-Brenn-Anlage.