DE19805444A1 - Tropfenabscheider - Google Patents

Tropfenabscheider

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Gerhard Giersbach
Klaus Zimmermann
Heiko Tauchnitz
Heike Vanselow
Kurt Kretzschmar
Jens Neubert
Volker Eichhorst
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    • B01D45/04—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by utilising inertia
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    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
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Description

Die Erfindung betrifft einen Tropfenabscheider, zur Entfernung von Flüssigkeiten in Tröpf­ chen- und/oder Aerosolform aus Abgas- und/oder Abluftströmen.
Es ist bekannt, daß zur Abscheidung von Flüssigkeiten aus Abgas- und/oder Abluftströ­ men Tropfenabscheider eingesetzt werden, die in einem Gas mitgeführte Flüssigkeitsteil­ chen zurückhalten und auf diese Weise eine Trennung der Gasphase von der Flüssigpha­ se bewirken.
Der Einsatzbereich von Tropfenabscheidern richtet sich nach der Tropfengröße. So wird je nach Tropfenspektrum zwischen Sprüh, Nebel und Aerosolen unterschieden. Vorzugswei­ se geeignet für die Abtrennung flüssiger Abgas- und/oder Abluftbestandteile sind Zyklone, Prallabscheider sowie Tropfenabscheider bei denen Kunststoff- und/oder Metallgestricke eingesetzt werden (RHODIUS, Technische Dokumentation Tropfenabscheidung).
Beim Einsatz von Tropfenabscheidern wird lediglich Flüssigkeit abgeschieden. Insbeson­ dere bei der Abgas- und/oder Abluftreinigung ist es jedoch erforderlich, die im Abgas- und/oder Abluftstrom mitgeführten toxischen und/oder umweltgefährdenden Verbindungen abzubauen. Entsprechend dem Stand der Technik wird hierzu eine separate Reinigungs­ stufe nachgeschaltet.
Nachteilig bei dieser Verfahrensweise ist, daß die Prozesse der stofflichen Trennung und der Abgas- und/oder Abluftreinigung in unterschiedlichen Anlagenteilen und/oder Appara­ ten durchgeführt werden, wodurch die Dimension der Apparate zunimmt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Tropfenabscheider bereitzustellen, mit dem es möglich ist, Flüssigkeiten aus mit organischen und/oder anorganischen oxidierba­ ren Komponenten belasteten Abgas- und/oder Abluftströmen abzuscheiden und die in der flüssigen und/oder gasförmigen Phase enthaltenen anorganischen und/oder organischen Verbindungen partiell und/oder vollständig zu oxidieren, wobei diese in weniger toxische umgewandelt und/oder von der wäßrigen Phase besser aufgenommen und/oder absorbiert werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Tropfenabscheider zur gleichzeiti­ gen Abscheidung von in Tröpfchen- und/oder Aerosolform vorliegenden Flüssigkeiten und zur zumindest partiellen Oxidation von in der flüssigen und/oder gasförmigen Phase ent­ haltenen oxidierbaren organischen und/oder anorganischen Verbindungen aus Abgas- und/oder Abluftströmen, mit einem einen Eintrittsbereich 2, einen integrierten Reaktions­ bereich 3 mit Abscheidebereich 5 sowie einen Austrittsbereich 6 beinhaltenden Behälter 1, wobei der Abscheidebereich 5 Einbauten 13 aufweist, die aus einem katalytisch wirksa­ men Material erzeugt sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Als Einbauten innerhalb des Tropfenabscheiders eignen sich insbesondere vollmetallische Katalysatoren in Draht und/oder Bandform, die vorzugsweise in Form von Gestricken, Geweben, Matten und/oder strukturierten Packungen mit Litergewichten zwischen 0,05 kg/l bis 1 kg/l eingesetzt werden, wobei zur Erhöhung der Wirksamkeit der katalytisch ak­ tiven Einbauten, eine zusätzliche Beaufschlagung des Abgas- und/Abluftstromes mit Oxi­ dationsmitteln wie Wasserstoffperoxid und/oder Peroxiden und/oder Persäuren und/oder andere Peroxoverbindungen beispielsweise Percarbonaten und/oder Persulfaten erfolgen kann, die entweder beigemischt, und/oder separat dem Abgas- und/oder Abluftstrom auf­ gegeben werden.
Die beschriebene Anordnung eignet sich insbesondere bei der Entfernung von anorgani­ schen und/oder organischen oxidierbaren Verbindungen, insbesondere Stickoxiden aus Abgas- und/oder Abluftströmen. Der Tropfenfänger in der erfindungsgemäßen Ausführung gewährleistet einen Abscheidegrad der Flüssigkeit von mindestens 80%. Zugleich werden organische und/oder anorganische Verunreinigungen je nach dem Grad der Belastung zu mindestens 10% katalytisch oxidiert. Durch die Anordnung von mehr als einem Tropfen­ abscheider in Form einer Kaskade, gegebenenfalls mit einer optimalen Besprühung, wer­ den die im Abgasstrom mitgeführten oxidierbaren organischen und/oder anorganischen oxidierbaren Verbindungen praktisch vollständig entfernt.
Die Erfindung wird durch nachfolgende Beispiele näher beschrieben. Der Versuchsaufbau ist anhand der Prinzipskizze kurz erläutert.
Die Prinzipskizze zeigt einen Tropfenabscheider 1, der folgende Bereiche beinhaltet:
einen Gaseintrittsbereich 2, einen integrierten Reaktorraum 3, mit einem zur Verbesse­ rung des Tropfenspektrums darin angeordneten Sprühbereich 4, sowie einen ebenfalls darin angeordneten Abscheidebereich 5 und einen Gasaustrittsbereich 6.
Mit 7 und 8 sind Meßstellen im Bereich des Gaseintritts 2 sowie des Gasaustritts 6 be­ zeichnet.
Die zur Verbesserung des Tropfenspektrums über eine Düse und/oder Düsensystem ein­ tretende, vorzugsweise wäßrige Lösung wird im Bereich 5 abgeschieden und einem Vor­ lagebehälter 9 zugeführt, von wo diese mittels Pumpe 10 zur Bedüsung der im Abschei­ debereich 5 angeordneten katalytisch wirkenden Einbauten 13 im Kreislauf geführt wird.
An den katalytisch wirkenden Einbauten 13 werden die in der flüssigen und/oder gasför­ migen Phase enthaltenen organischen und/oder anorganischen oxidierbaren Verbindun­ gen partiell und/oder vollständig in weniger toxische, von der wäßrigen Lösung günstiger absorbierbare Verbindungen überführt, wobei auf Grund der geometrischen Form der Ein­ bauten zugleich eine optimale Tropfenabscheidung gewährleistet wird.
Im Bereich 12 wird gegebenenfalls zur Erhöhung der Wirksamkeit der katalytisch aktiven Einbauten 13 innerhalb des Abscheidebereiches 5 noch ein Oxidationsmittel, vorzugswei­ se Wasserstoffperoxid, zudosiert, das zusammen mit der wäßrigen Lösung über die im Sprühbereich 4 vorhandenen Düsen 12 dem Abgas- und/oder Abluftstrom aufgegeben wird.
Eine bestimmte Menge der im Kreislauf geführten, abgeschiedenen und zumindest teilge­ reinigten Flüssigkeit kann mit Pumpe 10 im Bereich 15 aus dem System entfernt werden. Die Zugabe und Entnahme von Absorptionsmittel in den/aus den Bereichen 14 bzw. 15 wird über den Stand im Vorlagebehälter 9 (MIN bzw. MAX) gesteuert.
Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel gemäß Stand der Technik)
Ein mit 350 Vppm NOx-belastetes Gas mit einem NO : NO2-Verhältnis von 2,5 strömt bei Raumtemperatur mit einem Durchsatz von 9000 Nm3/h durch einen Tropfenabscheider in der beschriebenen Ausführung, dessen Einbauten innerhalb des Abscheidebereiches fol­ gendermaßen dimensioniert waren:
Höhe: 1 m
Breite: 1 m
Tiefe: 0,15 m
Packung: Gestrick
Material: Kobaltbasislegierung
Drahtdurchmesser: 0,07 mm
Dichte der Gestrickpackung: 0,1 kg/l
Porosität der Gestrickpackung: 98,5%.
Die Anströmfläche der Einbauten war gewellt, so daß die angeströmte Oberfläche 1,5 m2 betrug. Mittels der im Sprühbereich 4 vorhandenen Düsen 12 wurde das Abgas zur Ver­ besserung des Tropfenspektrums mit 100 l/h 5%iger Salpetersäure besprüht. Die im Ab­ scheidebereich 5 an den Einbauten 13 abgetrennte Flüssigkeit wurde dem Vorlagebehäl­ ter 9 zugeführt.
Nachfolgend aufgeführte Ergebnisse wurden erhalten.
Beispiel 2 (erfindungsgemäß)
Es wurde unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1 und einem Volumenstrom von 9000 Nm3/h gearbeitet. Ein mit 380 Vppm NOx belastetes Gas mit einem NO : NO2-Ver­ hältnis von 2,5 strömt bei Raumtemperatur mit einem Durchsatz von 9000 Nm3/h durch den Tropfenabscheider in beschriebener Ausführung, dessen Einbauten innerhalb des Reaktionsbereiches folgendermaßen dimensioniert waren:
Höhe: 1 m
Breite: 1 m
Tiefe: 0,15 m
Packung: Gestrick
Material: aktivierte Kobaltbasislegierung
Drahtdurchmesser: 0,07 mm
Dichte der Gestrickpackung: 0,1 kg/l
Porosität der Katalysatorpackung: 98,5%.
Die Anströmfläche der Einbauten 13 war gewellt, so daß die angeströmte Oberfläche 1,5 m2 betrug. Mittels der im Sprühbereich 4 vorhandenen Düsen 12 wurde das Abgas mit 100 l/h 5%iger Salpetersäure besprüht. Die im Reaktionsbereich 5 an den Einbauten 13 abgeschiedene Flüssigkeit wurde dem Vorlagebehälter 9 zugeführt. Nachfolgend aufge­ führte Ergebnisse wurden erhalten.
In dem beschriebenen Tropfenabscheider erfolgte ein NOx-Umsatz von 24%, wobei 26% NO und 18% NO2 umgesetzt wurden.
Beispiel 3 (erfindungsgemäß)
Es wurde unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 2 gearbeitet, wobei ein mit 400 Vppm NOx-beladenes Gas mit einem NO : NO2-Verhältnis von 2,5 bei Raumtemperatur und einem Durchsatz von 9000 Nm3/h durch einen Tropfenabscheider in der beschriebener Ausführung strömt, dessen katalytisch Einbauten innerhalb des Abscheidebereiches 5 folgendermaßen dimensioniert waren:
Höhe: 1 m
Breite: 1 m
Tiefe: 0,15 m
Packung: Gestrick
Material: aktivierte Kobaltbasislegierung
Drahtdurchmesser: 0,07 mm
Dichte der Gestrickpackung: 0,1 kg/l
Porosität der Katalysatorpackung: 98,5%.
Die Anströmfläche der katalytisch wirksamen Einbauten 13 war gewellt, so daß die ange­ strömte Oberfläche 1,5 m2 betrug. Mittels der im Sprühbereich 4 angeordneten Düsen 12 wurde das Abgas mit 100 l/h einer wäßrigen Lösung, die 5 Ma.-% Wasserstoffperoxid und 5 Ma.-% Salpetersäure enthielt, beaufschlagt.
Im Abscheidebereich 5 an den Einbauten 12 abgeschiedene Flüssigkeit wurde dem Vor­ lagebehälter 9 zugeführt. Unter den gegebenen Bedingungen wurde ein NOx-Umsatz von 38% erreicht, wobei 40% NO und 30% NO2 aus dem Gasstrom entfernt wurden. Nach­ folgend beispielhaft aufgeführte Gasphasenzusammensetzung wurde gemessen:
Beispiel 4 (Vergleichsbeispiel gemäß Stand der Technik)
Ein Abluftstrom von 1000 Nm3/h mit 125 ppm Formaldehyd und einer Temperatur von 70°C strömt durch einen Tropfenabscheider in der beschriebenen Ausführung, der folgen­ dermaßen dimensioniert war:
Höhe: 1 m
Breite: 1 m
Tiefe: 0,15 m
Packung: Gestrick
Material: Kobaltbasislegierung
Drahtdurchmesser: 0,07 mm
Dichte der Gestrickpackung: 0,1 kg/l
Porosität der Gestrickpackung: 98,5%.
Die Anströmfläche der Einbauten 13 war gewellt, so daß die angeströmte Oberfläche 1,5 m2 betrug. Der Gasstrom wurde mit 60 l/h einer wäßrigen Wasserstoffperoxidlösung (1 Ma.-%) beaufschlagt. Die zur Besprühung eingesetzte Wasserstoffperoxidlösung wurde im Kreislauf gefahren, wobei deren Konzentration während des kontinuierlichen Betriebes bei 1% konstant gehalten wurde.
Der mit dem Tropfenabscheider in der beschriebenen Ausführung realisierte Umsatz an Formaldehyd lag unter 10%. Die in der Gestrickpackung abgeschiedene Flüssigkeit wur­ de dem Vorlagebehälter 9 zugeführt. Nachfolgend aufgeführte Meßwerte wurden erhalten.
Beispiel 5 (erfindungsgemäß)
Es wurde unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 4 gearbeitet, wobei ein Abluft­ strom von 1000 Nm3/h mit 130 ppm Formaldehyd und einer Temperatur von 70°C durch einen Tropfenfänger in der beschriebenen Ausführung strömt, der folgendermaßen di­ mensioniert war:
Höhe: 1 m
Breite: 1 m
Tiefe: 0,15 m
Packung: Gestrick
Material: aktivierte Kobaltbasislegierung
Drahtdurchmesser: 0,07 mm
Dichte der Gestrickpackung: 0,1 kg/l
Porosität der Gestrickpackung: 98,5%.
Die Anströmfläche der Einbauten 13 innerhalb des Tropfenabscheiders war gewellt, so daß die angeströmte Oberfläche 1,5 m2 betrug. Außerdem wurde der Gasstrom mit 60 l/h einer 1%igen wäßrigen Wasserstoffperoxidlösung besprüht. Die zur Besprühung einge­ setzte Wasserstoffperoxidlösung wurde mit der Pumpe 10 im Kreislauf gefahren, wobei deren Konzentration durch Zudosierung von 1 l/h Wasserstoffperoxid (30%) im Bereich 11, während des kontinuierlichen Betriebes bei 1% konstant gehalten wurde.
Am Gasaustritt des Tropfenabscheiders betrug die Formaldehydkonzentration 65 ppm. In der zur Beaufschlagung des Gasstromes eingesetzten 1%igen Wasserstoffperoxidlösung stellte sich eine stationäre Konzentration von 5 mg/l Formaldehyd ein.
Nachfolgend aufgeführte Konzentrationen an Formaldehyd wurden in der Abluft gemes­ sen.

Claims (5)

1. Tropfenabscheider zur gleichzeitigen Abscheidung von in Tröpfchen- und/oder Aero­ solform vorliegenden Flüssigkeiten und zur zumindest partiellen Oxidation von in der flüs­ sigen und/oder gasförmigen Phase enthaltenen oxidierbaren organischen und/oder anor­ ganischen Verbindungen aus Abgas- und/oder Abluftströmen, mit einem einen Eintrittsbe­ reich (2), einen integrierten Reaktionsbereich (3) mit Abscheidebereich (5) sowie einen Austrittsbereich (6) beinhaltenden Behälter (1), wobei der Abscheidebereich (5) Einbauten (13) aufweist, die aus einem katalytisch wirksamen Material erzeugt sind.
2. Tropfenabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß als Einbauten (13) zur Flüssigkeitsabtrennung vorzugsweise katalytisch aktivierte Gestricke und/oder Gewebe und/oder strukturierte Packungen aus vollmetallischen Kata­ lysatoren, insbesondere mit einem Litergewicht zwischen 0,05 bis 10 kg/l und einer Porosi­ tät (Verhältnis Hohlraumvolumen: Katalysatorgerüstvolumen) von mindestens 50% ein­ setzbar sind.
3. Tropfenabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Abluft- und/oder Abgasstrom zusätzlich mit mindestens einem Oxidationsmittel insbesondere Wasserstoffperoxid, Peroxid und/oder Persäure und/oder Peroxoverbindun­ gen, wie beispielsweise Percarbonat und/oder Persulfat, beaufschlagbar ist.
4. Tropfenabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß das Oxidationsmittel dem Abgas- und/oder der Abluft zugesetzt wird, ehe das Abgas und/oder die Abluft in den Abscheidebereich (5) eintritt.
5. Tropfenabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß im Abscheidebereich (5) mindestens eine, insbesondere mehrere Düsen (12), als Sprühvorrichtung zur Zugabe von Oxidationsmitteln vorgesehen ist bzw. sind.
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