DE19756359C2 - Gaswaschanlage zur Reinigung eines Gasstroms - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gaswaschanlage mit einem eine Flüssigkeit aufweisenden Reaktionsraum, wobei die vom dem Gas zu trennenden Stoffe bzw. Bestandteile mit der Flüssigkeit exotherm reagieren und das Reaktionsprodukt zumindest ganz über­ wiegend in der Flüssigkeit verbleibt und wobei ein Teil der mit dem Reaktionsprodukt beladenen Flüssigkeit entsprechend dem Dampfdruck der Flüssigkeit in dem aufge­ wärmten Gas aufgenommen wird.

Gattungsbildende Gaswaschanlagen sind seit langem aus der Praxis bekannt. Le­ diglich beispielhaft wird zum Stand der Technik auf die DE 44 42 644 A1 verwiesen. Aus dieser Druckschrift ist ein Skrubbersystem mit einem Kühlabschnitt und einem Kondensierabschnitt sowie einem Wärmeübertrager zwischen Kühlabschnitt und Kondensierabschnitt bekannt. Am Kühlabschnitt wird Rauchgas zum interaktiven In­ kontaktbringen mit dem Wärmeübertrager gebracht. Danach wird das Rauchgas durch das System durch den Wärmeübertrager des Kondensierabschnittes geleitet, um partikelförmige Substanzen, Säuren, Metalle und Giftstoffe aus dem Rauchgas zu entfernen. Dazu weist das System eine perforierte bzw. durchlöcherte Einlage nahe dem Kondensierwärmeübertrager auf, welche zur Verbesserung der Verteilung des Gases und zum zusätzlichen Inkontaktbringen mit dem Kondensat und/oder dem Reagenzmittel und/oder den Additiven dient. Ganz allgemein wird bei Gaswaschan­ lagen ein verunreinigter bzw. kontaminierter Gasstrom in einen Reaktionsraum ge­ leitet, in dem das zu reinigende bzw. zu dekontaminierende Gas in Kontakt mit einer Flüssigkeit gebracht wird. Entsprechend der im Gasstrom unerwünschten Kompo­ nente bzw. Komponenten wird die Flüssigkeit so ausgewählt, daß sie eine Reaktion mit der ungewünschten Komponente bzw. mit den ungewünschten Komponenten in dem Gas eingeht. Das Reaktionsprodukt aus der Reaktion zwischen der unge­ wünschten Komponente bzw. den ungewünschten Komponenten und der Flüssigkeit verbleibt grundsätzlich in der Flüssigkeit.

Bei der Reaktion zwischen der ungewünschten Komponente und der Flüssigkeit wird Wärme freigesetzt, d. h. es handelt sich hier um eine exotherme Reaktion. Unter Ein­ wirkung der Reaktionswärme nimmt der Gasstrom entsprechend dem Dampfdruck der Flüssigkeit einen Teil der Flüssigkeit in sich auf. Insoweit ist der Gasstrom nach Verlassen des Reaktionsraumes zwar weitgehend vom ursprünglichen Schadstoff bzw. von der unerwünschten Komponente befreit, trägt jedoch hervorgehoben durch die Reaktionswärme einen geringen Anteil an Flüssigkeit mit den Reaktionspartnern nach außerhalb des Reaktionsraumes. Folglich ist der Wirkungsgrad der bekannten Gaswaschanlagen eingeschränkt, wenn nicht sogar unzureichend.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gaswaschanlage der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, daß der Wir­ kungsgrad verbessert ist, daß nämlich die unerwünschten Komponenten des Gases weitestgehend getrennt sind.

Die zuvor genannte Aufgabe ist durch eine Gaswaschanlage mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Danach ist eine Gaswaschanlage der hier in Rede ste­ henden Art dadurch gekennzeichnet, daß dem Reaktionsraum ein Kühlraum nachge­ ordnet ist, in dem das Gas in unmittelbaren Kontakt mit einer Kühlflüssigkeit gelangt, so daß eine durch Kühlung bedingte Verringerung des Dampfdrucks der mitgeführten Flüssigkeit ein Herauslösen der Reaktionspartner aus dem Gas und ein Verbleiben dieser in der Kühlflüssigkeit bewirkt.

Erfindungsgemäß gelangt der mit Flüssigkeit und somit auch mit den Reaktionspart­ nern beladene Gasstrom vom Reaktionsraum aus in einen separaten Kühlraum. In­ nerhalb dieses Kühlraumes gelangt das Gas in unmittelbaren Kontakt mit einer Kühl­ flüssigkeit, so daß eine durch Kühlung bedingte Verringerung des Dampfdrucks der mitgeführten Reaktionspartner erfolgt. Eine solche Verringerung des Dampfdrucks der mitgeführten Reaktionspartner bzw. der mitgeführten Flüssigkeit führt wiederum zu einem Herauslösen des Reaktionsproduktes bzw. der den Reaktionspartner ent­ haltenden Flüssigkeit aus dem Gas und ein Verbleiben des Reaktionspartners in der Kühlflüssigkeit. Der Gasstrom verläßt danach den Kühlraum in einem weitestgehend gekühlten und dabei gereinigten Zustand, so daß das Gas weiterverwendet werden oder an die Umgebung bzw. Atmosphäre abgegeben werden kann.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Gaswaschanlage liegt in der einfa­ chen Konstruktion, wonach nämlich die Gaswaschanlage zweistufig arbeitet. In einer ersten Stufe, nämlich im Reaktionsraum, werden die Schadkomponenten des Gas­ stroms durch exotherme Reaktion chemisch gebunden. In einer zweiten Stufe, näm­ lich im Kühlraum, erfolgt eine direkte Kühlung und somit eine physikalische Weiter­ behandlung, wonach die negativen Auswirkungen der exothermen Reaktion, nämlich dabei entstehende Wärme und Flüssigkeitsaufnahme des Gases, eliminiert bzw. kompensiert werden. Im Reaktionsraum entstehende Reaktionsprodukte können bis zur Entsorgung im Reaktionsraum verbleiben und gelangen weder unmittelbar aus dem Reaktionsraum heraus noch über die Kühlflüssigkeit des Kühlraumes in die Um­ gebung.

Im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Gaswaschan­ lage sind innerhalb des Reaktionsraumes Einbauten zur Vergrößerung der Stoffaus­ tauschfläche zwischen dem Gas und der Flüssigkeit vorgesehen. Bereits durch diese Maßnahme ist der Wirkungsgrad der Gaswaschanlage begünstigt. Bei den Einbau­ ten kann es sich um einfache Lochbleche oder Gitter handeln. Ebenso ist es möglich, die Einbauten in Form von Füllkörpern jedweder Gestalt auszuführen, wobei es hier eben auf die vergrößerte Stoffaustauschfläche ankommt.

Hinsichtlich einer besonders vorteilhaften und dabei wirksamen Ausgestaltung des Kühlraumes ist es von Vorteil, wenn das Innere des Kühlraumes im Sinne einer Be­ rieselungseinrichtung oder Dusche ausgebildet ist, durch deren Wirkungsbereich der Strömungspfad bzw. der Luftstrom führt. Mit anderen Worten wird das zu kühlende und weiter zu dekontaminierende Gas direkt durch den Kühlraum geleitet und ge­ langt dabei in direkten Kontakt mit der Kühlflüssigkeit, wobei diese Kühlflüssigkeit den Luftstrom berieseln oder quasi abduschen und somit durchdringen kann.

Ebenso ist es denkbar, das Innere des Kühlraumes im Sinne eines mit Kühlmittel gefüllten Kühlbeckens auszubilden, wobei der Strömungspfad bzw. der Luftstrom unmittelbar durch das Kühlmittel führen könnte. Hier bietet es sich bspw. an, den Strömungspfad bzw. den Luftstrom von einem unteren Bereich des Kühlbeckens in das Kühlmittel einzublasen, wobei die eingeblasene Luft durch entsprechende tech­ nische Maßnahmen perliert oder verwirbelt werden kann. Jedenfalls ist es auch hier von Vorteil, wenn die Kontaktfläche zwischen der Luft und dem Kühlmittel vergrößert wird.

Als Kühlflüssigkeit läßt sich im einfachsten Falle Wasser verwenden, wobei als Kühlmittel ohne weiteres auch Öl oder Kühlsole in Frage kommt. Die Kühlflüssigkeit sollte eine Temperatur aufweisen, die so tief liegt, daß im Gasstrom mitgeführte Re­ ste der Reaktionspartner am Kühlmittel kondensieren.

Unter strömungstechnischen Gesichtspunkten ist es von weiterem Vorteil, wenn der durch die Gaswaschanlage zu leitende Luftstrom über ein Gebläse beschleunigt wird, wobei dieses Gebläse im Strömungspfad des Gases vor dem Reaktionsraum im Sinne eines Kompressors ausgebildet sein kann. Ebenso ist es auch möglich, das Gebläse im Strömungspfad des Gases nach dem Kühlraum anzuordnen, und zwar im Sinne eines als Sauger arbeitenden Gebläses.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

die einzige Figur in schematischer Darstellung ein vereinfachtes Funktionsschema einer erfindungsgemäßen Gaswaschanlage.

Die einzige Figur zeigt den Verfahrensablauf einer erfindungsgemäßen Gaswasch­ anlage, wobei diese Gaswaschanlage zunächst einen Reaktionsraum 1 mit einer darin befindlichen Flüssigkeit 2 umfaßt. Die aus dem Gas bzw. Gasstrom 3 zu tren­ nenden Stoffe oder Bestandteile reagieren mit dieser Flüssigkeit 2 exotherm, wobei das Reaktionsprodukt zumindest ganz überwiegend in der Flüssigkeit 2 verbleibt.

Ein Teil der mit dem Reaktionsprodukt beladenen Flüssigkeit wird jedoch aufgrund der durch die exotherme Reaktion entstehenden Wärme und entsprechend dem da­ bei entstehenden Dampfdruck der Flüssigkeit 2 in dem aufgewärmten Gas aufge­ nommen. Das aufgewärmte und beladene Gas 4 gelangt von dem Reaktionsraum 1 aus in einen Kühlraum 5, in dem es wiederum in unmittelbaren Kontakt mit einer Kühlflüssigkeit 6 gelangt, so daß eine durch Kühlung bedingte Verringerung des Dampfdrucks des mitgeführten Reaktionspartners ein Herauslösen des Reaktions­ partners aus dem Gas 4 und ein Verbleiben des Reaktionspartners in der Kühlflüs­ sigkeit 6 erfolgt.

In der einzigen Figur ist des weiteren angedeutet, daß das Innere des Kühlraums 5 im Sinne einer Berieselungseinrichtung 7 ausgebildet ist, durch deren Wirkungsbe­ reich der Strömungspfad bzw. der Luftstrom des aufgewärmten und beladenen Ga­ ses 4 führt. Hinsichtlich weiterer alternativer Ausgestaltungen des Kühlraumes 5 wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung verwiesen.

Des weiteren läßt die einzige Figur erkennen, daß im Strömungspfad des Gases bzw. im Gasstrom 3 vor dem Reaktionsraum 1 ein im Sinne eines Kompressors ar­ beitendes Gebläse 8 angeordnet ist. Alternativ dazu ist in der einzigen Figur ange­ deutet, daß im Strömungspfad des Gases nach dem Kühlraum 5 ebenso ein im Sinne eines Saugers arbeitendes Gebläse 9 vorgesehen sein kann. Jedenfalls muß der Gasstrom durch die Gaswaschanlage hindurch hinreichend beschleunigt werden, um eine konstante Strömung des Gases zu gewährleisten.

Schließlich sei darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Gaswaschanlage bspw. als Luftwäscher in Maschinenräumen von Ammoniak-Kälteanlagen eingesetzt wer­ den kann. Bei einer im Störfall auftretenden Leckage wird die mit Ammoniak verun­ reinigte Luft innerhalb des Reaktionsraumes mit Schwefelsäure in Kontakt gebracht. In der Reaktionskammer entsteht im Rahmen einer exothermen Reaktion in zuneh­ mendem Maße Ammoniumsulfat, Wärme und schließlich mit Ammoniumsulfat und/oder Säure und/oder Ammoniak beladener Wasserdampf. Der Wasserdampf­ gehalt in der Luft steigt in Folge der Temperaturerhöhung im Zeitverlauf an. Würde die so gereinigte Luft ohne nachgeschaltete Kühlung die Anlage verlassen, nämlich im feuchtwarmen Zustand, würde sie in ihrer Umgebung eine korrosive Wirkung her­ vorrufen.

Statt der Verwendung eines säurefesten und dabei teuren Wärmetauschers zur Kühlung der Reaktionsflüssigkeit oder statt einer ständigen Zuführung kalter und so­ mit frischer Flüssigkeit und der ständigen Entsorgung überschüssiger Flüssigkeit be­ stehend aus Säure, Wasser lassen sich hier durch die nachgeschaltete Kühlung die Reaktionspartner bis zum vollständigen Verbrauch verwenden, wobei das Reaktions­ produkt bis zur gezielten Entsorgung im Reaktionsraum verbleibt. Dank der einfa­ chen Nachbehandlung in dem Kühlraum läßt sich die gereinigte Luft bzw. läßt sich der gereinigte Gasstrom dem Maschinenraum wieder zuführen, so daß kein geson­ derter Abluftanschluß erforderlich ist.

Jedenfalls ist hier eine optimale Nutzung der Reaktionspartner bzw. der zur Reaktion dienenden Flüssigkeit möglich und läßt sich im nachgeschalteten Kühlraum eine op­ timale Rest-Dekontamination des Gasstroms vornehmen.

Claims (11)

1. Gaswaschanlage mit einem eine Flüssigkeit (2) aufweisenden Reaktionsraum (1), wobei die von dem Gas zu trennenden Stoffe und/oder Bestandteile mit der Flüssigkeit (2) exotherm reagieren und das Reaktionsprodukt zumindest ganz über­ wiegend in der Flüssigkeit (2) verbleibt und wobei ein Teil der mit dem Reaktionspro­ dukt beladenen Flüssigkeit (2) entsprechend dem Dampfdruck der Flüssigkeit (2) in dem aufgewärmten Gas (4) aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reaktionsraum (1) ein Kühlraum (5) nachgeordnet ist, in dem das Gas (4) in unmittelbaren Kontakt mit einer Kühlflüssig­ keit (6) gelangt, so daß eine durch Kühlung bedingte Verringerung des Dampfdrucks des mitgeführten Reaktionspartners ein Herauslösen der Reaktionspartner aus dem Gas (4) und ein Verbleiben des Reaktionspartners in der Kühlflüssigkeit (6) bewirkt.

2. Gaswaschanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Reaktionsraumes (1) Einbauten zur Vergrößerung der Stoffaustauschfläche zwi­ schen dem Gas und der Flüssigkeit (2) vorgesehen sind.

3. Gaswaschanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Einbauten um Lochbleche oder Gitter handelt.

4. Gaswaschanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Einbauten um Füllkörper handelt.

5. Gaswaschanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Kühlraums (5) im Sinne einer Berieselungseinrichtung (7) oder Dusche ausgebildet ist, durch deren Wirkungsbereich der Gasstrom führt.

6. Gaswaschanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Kühlraums (5) im Sinne eines mit Kühlmittel gefüllten Kühlbec­ kens ausgebildet ist und daß der Gasstrom unmittelbar durch das Kühlmittel führt.

7. Gaswaschanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlflüssigkeit (6) Wasser vorgesehen ist.

8. Gaswaschanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlflüssigkeit (6) Öl vorgesehen ist.

9. Gaswaschanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit (6) eine Temperatur aufweist, die so niedrig gehalten ist, daß die im Gasstrom enthaltene Flüssigkeit kondensieren kann.

10. Gaswaschanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Strömungspfad des Gases vor dem Reaktionsraum (1) ein im Sinne eines Kompressors arbeitendes Gebläse (8) angeordnet ist.

11. Gaswaschanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Strömungspfad des Gases nach dem Kühlraum (5) ein im Sinne eines Sau­ gers arbeitendes Gebläse (9) angeordnet ist.