DE2222561A1

DE2222561A1 - Verfahren zur Beruehrung eines Gases mit einer Fluessigkeit

Info

Publication number: DE2222561A1
Application number: DE19722222561
Authority: DE
Inventors: Low David Nicholson
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1971-05-10
Filing date: 1972-05-09
Publication date: 1972-11-16
Also published as: GB1356744A; FR2147920B1; LU65318A1; FR2191935A2; US3803805A; NL174224B; FR2147920A1; FR2191935B2; DE2222561C3; NL7206261A; DE2222561B2; CA980242A; DE2253539C2; DE2253539A1; LU66436A1; NL174224C

Description

PATENTANWÄLTE

dr. W. Schalk · dipl.-ing. P. Wirth · dipl.-ing. G. Dannenberg DR. V. SCHMIED-KOWARZIK · DR. P. WE I N HOLD · DR. D. G U DE L

6 FRANKFURT AM MAIN

GR. ESCHENHEIMER STRASSE S9

SK/SK Case Low 1743-K

E.I. DuPont de Nemours and Company Wilmington, Del. / USA

Verfahren zur Berührung eines Gases mit einer Flüssigkeit .

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Durchführung einer Berührung zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit, insbesondere zur Entfernung bzw. Auswaschen von mitgeführten Feststoffen und Flüssigkeiten aus einem Gas.

Die Notwendigkeit eines wirtschaftlichen Verfahrens zur wirksamen Entfernung fein zerteilter Flüssigkeiten und Feststoffe (Nebel und Staube) aus Gasströmen aus chemischen Verfahren, bevor diese in die Atmosphäre abgeleitet werden, wird immer dringender. Die bisher zur Entfernung solcher fein zerteilten Materialien aus Gasströmen entwickelten großtechnischen Verfahren basierten auf bestimmten physikalischen Prinzipien. Zyklone bewirken die zentrifugale Trennung von suspendierten Feststoffen. Filter, von denen Filtertüten am häufigsten verwendet werden, hängen vom Auftreffen der Teilchen miteinander oder gegen feste Oberflächen ab. Das Auftreffen der Teilchen auf flüssige Tröpfchen ist die Grundlage von Düsen-, Venturi-, Bodenoder gefüllten Wäschern. Elejktrostatische Abscheidungsvorrichtungen induzieren Oberflächenladungen auf den Teilchen und sammeln die geladenen Teilchen auf gegensätzlich geladenen Elektroden. Jedes dieser Verfahren hat bestirniR-te Vor- und Nachteile, die von der Art und Teilchengröße des vom Gasstrom zu entfernenden Material abhängen.

209847/1126

— 2 —

Im allgemeinen erhöhen sich Schwierigkeiten und Kosten der Entfernung des fein zerteilten Materials mit abnehmender Teilchengröße und geringer werdender Beladung. Teilchen mit einem Durchmesser unter 10 Micron in Konzentrationen unter 20 g/rrf" sind besonders schwer zu entfernen. Leider sind gasförmige Suspensionen dieser Art für zahlreiche Industrieabfälle charakteristisch, die als biologisch und aesthetisch .unannehmbar angesehen werden. Die Entfernung dieser fein zerteilten Materialien auf .annehmbare Werte kann in vielen Fällen durch Verfeinerung bekannter Verfahren erfolgen, oft jedoch nur auf Kosten eines nicht tolerierbar hohen Druckabfalles im System, der bezüglich der erhöhten Energiekosten zur Bewegung von Gasen durch das Verfahren und bezüglich schärferer Anforderungen an die Konstruktion der Verfahrensanlage unwirtschaftlich ist. Geringe Konzentrationen des fein zerteilten Materials

tragen zu schlechten Wirksamkeiten bei, wo Teilchen—vVachstumsverfahren, wie Ultraschallagglomeration oder Wasserdampfeinspritzung zwecks Verbesserung der SammelWirksamkeiten angewendet werden.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf ein verbessertes Verfahren zur Bewirkung eines Kontaktes zwischen einem Gas mit einer Flüssigkeit, z.B. zur Entfernung mitgeführter Feststoffe und Flüssigkeiten aus dem Gas, durch Berührung des durch eine Leitung fließenden Gases mit dem im Gegenstrorn zum Gas fließenden Flüssigkeit aus mindestens einer Düse. Die wesentlichen Merkmale dieses Verfahrens bestehen darin, daß die Geschwindigkeit des Gasflusses durch die Leitung so ist, daß sich eine durchschnittliche Geschwindigkeit von mindestens 300 m/min ergibt, und daß die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahles " ausreicht, um mehr als ein HP pro sq.ft. des Durchmessers der Leitung (horse powers pro sq.ft.) zu liefern.

209847/112 P

Das oben beschriebene "Umkehr-Düsenverfahren" oder 'Umkehrstrahl"-\/erfahren eignet sich besonders zum Waschen für Industrieabfälle; und obgleich es für manche Zwecke allein verwendet werden kann, kann es auch in Verbindung mit bekannten Gasbehandlungsverfahren betrieben werden. In einer bevorzugten Ausführungsform dar vorliegenden Erfindung wird das neue Verfahren in einem System zur Entfernung eines fein zerteilten Materials aus dem gasförmigen Abfallprodukt beschrieben, das aus der Titandioxidherstellung nach dem Sulfatverfahren stammt.

Wie aus der folgenden Beschreibung hervorgeht, hat sich das Umkehr-Düsen~(3brehl)-verfahron in jedem Fall als tiußerst wirksam zur Entfernung von fein zerteiltem Material aus einem Gas erwiesen. Dies beruht offenbar auf dem äußerst hohen MaO an Turbulenz, die'dadurch entsteht, daß die sich gegensätzlich bewegende. Flüssigkeit und das Bas zusammenkommen'. Das hohe Maß an Turbulenz ergibt einen äußerst wirksamen Kontakt der Flüssigkeit, z.B. Waschflüssigkeit, mit dem fein zerteilton Material. Letzteres wird dadurch umhüllt und von der Flüssigkeit, z.B. zu einem Absetztank, mitgeführt, während das gereinigte Gas an die Atmosphäre entlassen wird.

Das wesentliche Merkmal des erfindungsgemäßen Umkehr-Düsenverfahrens liegt in seiner Wirksamkeit, d.h. die Energie wird bei einem relativ geringen Druckabfall in Waschwirkung umgesetzt. Zur Erzielung eines ähnlichen Wascheffektes durch mechanische Erhöhung der Gasflußgeschwindigkeit, d.h. mittels Gebläsen, die durch eine Venturi-Leitung blasen, würde man wesentlich höhere Kosten benötigen.

—· 3 —

209847/1 126

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Umkehr-Düsenverfahrens, insbesondere im Vergleich mit bekannten Venturi- oder Öffnungswäschern, besteht in seiner Fähigkeit, ein hohes Abschaltverhältnis ("turn-down ratio") ohne Einstellungen und sich bewegende Teile zu ergeben.

Obgleich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere in Bezug auf das Waschen gasförmiger Materialien beschrieben werden soll, eignet sich dieses selbstverständlich auch zur Absorption von Materi&lien, wie SO₉, von Gasen in Flüssigkeiten oder zum Erreichen einer Gleichgewichtstemperatur zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit.

Ein weiteres Vorteil des erfindungsgernäßen Umkehr-Düsenverfahrens liegt in der Schaffung einer einfachen Maßnahme zur Regulierung des Druckabfalles eines durch eine Leitung fließenden, nicht-kondensierbaren Gases. Dies kann selbstverständlich von besonderen Vorteil in Systemen sein, wo breite Fluktuationen in der Gasfließgeschwindigkeit auftreten.

Die vorliegende Erfindung wird durch die beiliegenden Zeichnungen weiter veranschaulicht.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Systems zur Entfernung eines fein zerteilten Materials aus dem gasförmigen Produkt, das aus dem Schwofel^äureaufSchluß von Ilmeniterz stammt, d.h. der Herstellung von Titandioxid.

Fig. 2 ist eine vergrößerte schematische Darstellung der in Fig. 1 gezeigten Waschanlage mit "Umkehrstrahl" ("reverse jet scrubber").

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines anderen Umkehr-Üüsenwüschors mit hinzugefügter Verengung Venturi-Typ, wie diese z.B. zur Erzielung einer Mindestgasgeschwindigkeit von 3Uü m/min notwendig sein kann.

• ' 209847/112 6

^: Fig. 4 zeigt in schematischer Form eine modifizierte Umkehr-Düsenwaschanlage zur Aufrechterhaltung eines konstanten Druckabfalles.

Fig. 5 zeigt graphisch die experimentell bestimmte Beziehung zwischen PS pro sq.ft. und dem Druckabfall.

Das erfindungsgemäße Umkehr-Düsenverfahren wird mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben, die seine Verwendung bei der Herstellung von Titandioxid nach dem Sulfatverfahren veranschaulicht. Selbstverständlich sind alle Elemente des dar-.-· gestellten Systems mit Ausnahme von Konstruktion und Betrieb des "Umkehrstrahl"-Wäschers aus der Technik bekannt. Zürn besseren Verständnis wird dennoch eine allgemeine Beschreibung des Sulfatverfahrens gegeben.

In der ersten Stufe zur Verarbeitung von Ilmeniterz zwecks Extraktion und Reinigung des darin enthaltenen Titandioxids wird Schwefelsäure, z.B. von 78-Gew.-P/o_f in ausreichender Menge zum Benetzen der anschließend zugefügten Erzbeschickung in das fleaktimsgeFäß' 10 gepumpt. Das Ilmeniterz besteht aus fein zerteilten Teilchen, von denen die größten zweckmäßig unter 50 mesh (US Standard Sieb) und in vielen Fällen unter 100 mesh liegen,' wobei ein beträchtlicher Anteil kleiner als 325 mesh (44 Micron) ist. Während der Zugabe dieses Erzes zum Gefäß 10 wird eine erhebliche Menge der Erzfeinstteilchen im Luftraum über der Säure suspendiert und muß entfernt werden, oder es tritt ein direkter Durchgang zur Atmosphäre durch den Kamin 11 auf. Nach der Erzzugabe wird gewöhnlich ausreichend 103 gew.->/_oiges Oleum zugefügt, damit sich ein stöchiometrischer Überschuß von Schwefelsäure in der Beschikkung von 60 Gew.-J/o (bezogen auf den reaktionsfähigen Metallgehalt des Erzes) ergibt. Die Hydratatiunswärme, die durch Reaktion von Oleum und der vorher

verdünnten

zugegebenen/Schwefelsäure gebildet wird, reicht gewöhnlich aus, um die Temperatur auf 100-110 C. zu erhöhen, worauf die Reaktion zwischen Erz und

2098A7/1126

Schwefelsäure beginnt. Nach der Einleitung verläuft die Reaktion exotherm und heftig und wirft große Mengen an Erzstaub, Säurenebel und Wasserdampf in den Luftraum des Reaktionsgefäßes 10 sowie in den Kamin 11;

Luft aus der Atmosphäre wird durch das Zentrifugalgebläse 12 in den Kamin 11. gezogen und trägt die im Reaktionsgefaß gebildeten Feinststeilchen in den Wäscher 13. Währen der Erzzugabe, wenn die fein zerteilte Beladung hauptsächlich aus Erzfeinstteilchen besteht, wird der verunreinigte Luftstrom mit einem Sprühwasser aus Düse 14 in Berührung gebracht und Wasser und feuchtigkeitsbeladene Luft werden dann in einen Luft/Flüssigkeits-Scheidetank 21 geleitet, wo Wasser und eingeschlossene Erzfeinstteilchen ausfallen und durch Leitung 16 abgezogen werden. Die gewaschene Luft geht dann durch den Gebläsekamin 18 an die Atmosphäre.

Währen der Reaktion von Erz und Säure wird die fein zerteilte Beladung, einschließlich Erzstaub und Säurenebel, wesentlich erhöht, und es bildet sich auch eine große Menge Wasserdampf. Um damit fertig zu werden, wird ein starker Wasserstrom aus dem Abschrecktank 20 in den Wäscher 13 eingeleitet. Während der Zeit, wenn der Wasserdampf kondensiert wird, wird das fein zerteilte Material sehr wirksam mit diesem in die flüssige Phase hinübsrgeführt. Das Abschrecksystem wird durch ein am unteren Teil des Kamins 11 angebrachtes Wärmeelement 22 aktiviert, das den Reaktionsbeginn durch Temperaturanstieg wahrnimmt und mittels einer Kontrolleinheit 24 ein Auslaßventil 25 am Boden des Abschrecktanks 20 in Betrieb setzt, um dadurch das Abschreckwasser in den Wuscher 13 abzugeben. Gleichzeitig kann das Ventil 2B betätigt werden, um die Wasserzufuhr zur Düse 14 zu unterbrechen.

209847/1126

Bezüglich der in Fig. 2 genauer gezeigten Einzelheiten des Umkehrstrahl-Waschverfahrens wird die Flüssigkeit, in diesem Fall Wasser, aus Düse 14 in praktisch Gegens.tromrichtung zum eintretenden Fluß der Gase abgegeben. Mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit des Gasflusses durch das Auslaßrohr 15 von mindestens 300 m/min und einer ausreichenden Geschwindigkeit der Waschflüssigkeit durch Düse 14, um mehr als 1 HP pro sq.;ft. der Querschnittsfläche zu ergeben, wird eine Zone intensiver Turbulenz 26 geschaffen.

Zur weiteren Veranschaulichung wird bemerkt, daß der Umkehrstrahl-Wäscher vorgeschlagen wurde, um die bei bestehenden Waschsystemen auftetenden Schwierigkeiten zu lösen, 'und zwar dadurch, daß der,im Gegenstfpm zum Haupt-,gasf luß wirkende Wasserstrahl mehr als die kinetische Energie des Systems zur ,Verringerung der Größe der Wassertröpfchen verbraucht; durch eine derartige Erhöhung des gesamten Dberflächengebietes der Wassertröpfchen wird die Wahrscheinlichkeit einer Kollision mit Erzteilchen erhöht.

Um diese Möglichkeiten zu erforschen, wurden die Eigenschaften.eines Umkehr-Strahles in einer Anlage kleinen Maßstabs untersucht. Der Kopf eines vertikal montierten Glasrohres wurde mit einer kalibrierten Luftzufuhr verbunden. Eine vorkalibrierte Wasserdüse (Spray Systems-Company."GB 3004*)· wurde konzentrisch in die untere Öffnung des Glasrohres angebracht und zeigte in Gegenstromrichtung. zum Luftfluß, wobei sich die Düsenspitze nur 1,27 cm in das Rohr erstreckte, so daß die Düse selbst nicht wesentlich zu einem Druckabfall im System beitrug. Stromaufwärts von der Düse wurde ein Pitot-Rohr für statische Druckmessungen angebracht, und ein Druckmesser wurde vorgesehen, um den Druck des Strahls zu messen und den Wasserfluß durch die Düse zu überwachen. Es wurde eine Testreihe durchgeführt mit Verwendung von Glasrohren mit einem inreren

209847/1T2G

Durchmesser von 19|05 und 24,61 mm, in welcher sowohl die Wassergeschwindigkeiten zur Düse und der Luftfluß zum Rohr systematisch variiert wurden. Für jeden Satz an Bedingungen (einschließlich Luftfluß, jedoch ohne Wasserfluß) wurde der Druckabfall des Systems gemessen, und der Druckabfall, wenn kein Wasser floß, wurde subtrahiert, wodurch man den Netto—Druckabfall über die Düse erhielt. Der Luftfluß wurde zwischen 450 und 1200 m/min und die Wassergeschwindigkeiten von 50,72-352 l/min/28,3 m Luft/min I="13,4-93 gal./min/1000 ft.³ Luft/min) variiert.

Diese Tests ergaben, daß die Volumengeschwindigkeit des Wasserflusses pro Volumen Luftfluß kein regelnder Faktor bei der Bestimmung der Druckabfalles über den Umkehrstrahl war. Wenn der Wasserfluß aus der Düse und die Geschwindigkeiten als Düsen-^l-F (StrahVHP) berechnet werden, dann äst es aus den Daten ersichtlich, daß der Druckabfall fast eine direkte Funktion der Düsen-HP pro Einheit des Querschnittsgebietes der Luftzufuhr oder des Luftrohres ist. Diese letztgenannte Menge wird aus der Gleichung berechnet: " .

2 lbs./see.~-

Düsen HP/ft. = ^£JL~

•550 A

Dabei bedeutet:

lbs./see. = Wassergeschwindigkeit aus der Düse

\l «χ ßtrehlgeschwindigkeit in ft./see.

2
g β 32,2 ft./sec.

A " Führungsquerschnittsgebiet in ft. (im Zentrum der durch das

Mischung von Gas und Wasser geschaffenen Turbulenzzone).

Die in Fig. 5 aufgetragenen Daten umfassen die Verwendung sowohl des 24,61 mm Rohres (rechteckige Punkte) und des 19,05 mm Rohres (ovale Punkte) und zeigen, daß der dem System durch den Umkehrärd-ü. verliehene Druckabfall eine fast direkte Funktion der vorgesehenen Düsen-HP ist. Die Längen der entsprechenden Markierungen auf der Kurve (Fig. 5) stellen die Änderung im

2098 4-7 £1-126

Druckabfall über den untersuchten Bereich von Luftgeschwindigkeiten dar (450-1200 m/min). Unter Verwendung der Daten von Fig. 5 ist es dem Fachmann vollständig geläufig, mit einer gegebenen Wasserquelle eine Waschanlage zur Erzielung eines vorherbestimmten Druckabfalles zu konstruieren.

Der obige Versuch zeigt, daß das Umkehrdüsen-Verfahren neben der Entfernung fein zerteilter Materialien von Basströmen zwei weitere wesentliche Vorteile hat. Es kann in einem Gasflußsystem verwendet werden, um einen relativ konstanten Druckabfall im System über stark variierende Fließgeschwindigkeiten

sich aufrechtzuerhalten, wobei sich im Gasstrom keine/bewegenden Teile befinden.

Dazu sollte der Querschnitt der Leitung zweckmäßig — wie in Fig. 2 — konstant sein und nicht, wie in Fig. 3, mit einer Verengung versehen sein, da der Hauptvorteil des Verfahrens sich auf Systeme bezieht, wo der Druckabfall ira Vergleich zu demjenigen über den Umkehrstrahl klein ist. So würde z.bI ein Gasflußsystem, das bei einem gögebenen Gasfluß ohne den Stall für 12,7 mm Wasserdruckabfall konstruiert ist und mit dem Umkehrstrahl mit 19,1 cm arbeitet, sich auf nur 25,4 cm Wasser erhöhen, wenn die Gasfließgeschwindigkeit verdoppelt würde. Ist das System ohne die Umkehrdüse auf 17,8 cm Druckabfall konstruiert, dann erhöht eine Verdopplung der Fließgeschwindigkeit den Druckabfall auf 71,1 cm Wasser.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zur Regelung von Fließgeschwindigkeit und Druckabfall in einem Gasflußsystem angewendet werden. So kann z.B. die Gasfließgeschwindigkeit durch die in Fig. 2 und 3 gezeigten Systeme auf einen gewünschten Wert reguliert werden, indem man den Wasserfluß zur Düse einstellt. Der Druckabfall über die Turbulenzzone ist eine Funktion der »ρ des Strahls, ungeachtet der Forderungen für das Waschen oder Berühren des Gasstromes mit der Flüssigkeit. Eine Form einer solchen Anlage ist in

— 9 —

209847/1126

Fig. 4 gezeigt. Dabei tritt schmutziges Gas durch die Leitung 29 ein. Auch ein konstanter Gesamtwasserfluß betritt das System aus einer (nicht gezeigten) Pumpe bei Leitung 30 und läuft durch die Düse 14 und den Überlauf 31 zum Wäscher. Ein Paar von Drucksensoren 32 und 33 signalisieren jede Veränderung im Druckabfall zur Kontrolleinheit 34, die dann das automatische Ventil 35 bdätigt. Wenn z.B. das Druckdifferential unter einen festgesetzten Wert fällt, bewegt sich das Ventil 35 gegen eine geschlossenen Stellung und zwingt dadurch weiteres Wasser zur Düse 14, wodurch sich der Druckabfall erhöht. So hält die Regulierung des Flusses zur Düse trotz unterschiedlicher Gasfließgeschwindigkeiten einen konstanten Druckabfall aufrecht. Selbstverständlich kann auch in derselben Weise ein konstanter Druckabfall aufrechterhalten werden, selbst wenn die Wasserzufuhrdrucke variieren.

Versuche haben gezeigt, daß praktisch die gesamte Energie des Urnkehrstrahls ("Gegenstrahl")
/zum Waschen verwendet wird. Aufgrund dieser hohen Energieübertragung pro Einheit Druckabfall zeigt der Urnkehrstrahl Waschwirksamkeiten, die denen von wesentlich komplizierteren Vorrichtungen mit wesentlich höheren Druckabfall gleich sind. In den im folgenden angegebenen Beispielen kann die Verwendung des Umkehrstrahles zu wesentlich niedrigeren Kosten führen als die Kosten für eine Zusatzanlage, die sonst zur Verbesserung der Entfernung von fein zerteilten Materialien auf annehmbaren Werte notwendig werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet unter Verwendung einer Waschflüssigkeit, die bei einer Geschwindigkeit von mindestens 1,0, vorzugsweise mindestens 1,5 Düsen-HP,, pro sq.ft. ("jet horsepower per square foot") Querschnittgebiet der Leitung ausgespritzt wird. Die Wirksamkeit der Entfernung des fein zerteilten Materials neigt mit erhöhten HP pro sq.ft. zu einer Erhöhung auf einen praktischen Grenzwert, wo eine weitere Erhöhung der

- 10 -

209847/1*126

- 11 -

HP/sq.ft. nur zu einer unbedeutenden Erhöhung der Waschwirksamkeit führt.

Die Wirkung der Gasgeschwindigkeit auf die Entfernung der fein zerteilten Materialien ist nicht großi um Instabilitäten im Wasserstrahl zu vermeiden, sind jedoch Gasgeschwindigkeiten von mindestens 300 m/min, vorzugsweise 450 m/min, zweckmäßig.

Die Geometrie des Wasserstrahls, wie er aus der Düse austritt, und die genaue Orientierung der Düse in Bezug auf die Wäscherrohre" sind nicht entscheidend.

Offensichtlich sind eine maximale Energieübertragung vom Strahl zum Luftstrom

möglichst
und ein/kleiner \ferlust zur Leitungswandung zweckmäßig und hängen in etwa von der Geometrie der Wäscherleitung und den Gasgeschwindigkeiten ab. So ist z.B. eine Düse, dis einen konisch geformten, zentral in der Leitung lokalisierten Strahl bildet, besonders vorteilhaft für eine ausreichende Abdeckung über die ringförmige Leitung. In .manchen Fällen, wo Gasleitungen mit größerem Durchmesser notwendig sind, kann eine maximale Wirksamkeit durch zwei oder mehrere, gleichmäßig innerhalb der Leitung angebrachte Strahle erzielt werden.

Für den "Umkehrstrahl"-Wäscher können selbstverständlich auch andere Flüssigkeiten als Wasser verwendet werden; d.h. in Erdölraffinerien, vra die Verfahrensströme vorherrschend wasserfrei sind, Werden zweckmäßig flüssige Kohlenwasserstoffe verwendet. Aus offensichtlichen wirtschaftlichen Gründen ist Wasser für die große Vielzahl der möglichen Verwendungszwecke die bevorzugte Flüssigkeit. Selbstverständlich kann es für gewisse Zwecke auch vorteil-.haft sein, Alkalien, Säuren und andere Materialien zur besseren Entfernung der gewählten Materialien zur Waschflüssigkeit zuzugeben.

- 11 -

209847/1126

Beispiel 1

In einem Ilmeniterz-Auföchlußsystem der in Fig. 1 gezeigten Art wurde der Wäscher 13 mit einem Durchmesser von 1j5 m mit einem Auslaßrohr 15 von 75 cm Durchmesser versehen. Im Rohr ist eine Strahldüse 14 mit einer so konstruierten Öffnung angebracht, daß sie das Wasser in einem 20 breiten Konus in den Hals dispergiert, um so das Wasser aufwärts und im Gegenstrom zum Gasfluß zu führen, wobei die Geschwindigkeit 855 m/sec beträgt. Der Umkehrstrahl ist so beschaffen, daß er einen Druckabfall von 21,6 cm Wasser bei einer DüserHHP/sq.ft. von 2,8 ergibt. Der durch den Umkehrstrahl induzierte Druckabfall ermöglicht eine Verminderung des Gasflusses auf 78D m während des Erzzugabe-zyklus trotz des großen Durchmessers des Auslaßrohres 15, der zum entsprechenden Abschrecken notwendig ist, wodurch die Forderung nach einem größeren Gebläse und Motor umgangen wird. Dadurch wird eine wesentlich verbesserte Wirksamkeit der Staubentfernung erzielt. Tatsächliche Messungen der Erzstaubentfernung durch Luftuntersuchung mit Gelman Behältern und Glasfaserfiltern vom Typ A unmittelbar vor dem Wäscher und am Gebläsekamin zeigten Entfernungwirksamkeiten von 92-98 ^D/o. Die Analyse von wässrigen Suspensionen des gesammelten Erzstaubes auf Teilchengröße mittels einer Coulter—Zählers zeigten, daß das den Wäscher betretende Material einen mittlichen Gewichtsdurchmesser von 1,1 Micron hatte; das aus ctem Kamin gehende Material hatte einen solchen von 0,8 Micron. Dies zeigt die wirksame Entfernung von Materialien mit einem Teilchengrößenbereich, die durch bisherige Verfahren nur schwer zu entfernen waren. Über längere Betriebsperioden wurde kein Fall von schädlichem "Regen" aus Säurenebel im Gebiet nahe des ErzaufscKLißgebäudes, selbst während des Aufschlusses, festgestellt. Dieses Fehlen

- 12 -

2 0 9 8 A 7/11 2 0

' - 13 -

eines "Regens" wird der besseren Berührung von warmem, gesättigtem Gas und kaltem Wasser im "Umkehr^Strahl zugeschrieben, wo das Temperaturgleichgewicht zwischen den beiden Phasen vor dem Flüssigkeitsabscheider erreicht wird. Wassertröpfchen, die sich beim Abkühlendes Gebläses durch cfeli 3zahl bilden, werden beim Wasserabscheider entfernt und nicht erst später auf der Wandung des Austrittskamins kondensiert, von welchem sie durch die hohe Gasgeschwindigkeit in die Atmosphäre geblasen werden. Die Geschwindigkeit, mit welcher Gas und Flüssigkeit das thermische Gleichgewicht erreichen, unterstützt die Zwecknäßigkeit des Umkehrdüsenverfahrens als Maßnahme zur Flüssigkeits/Gas-Berührung oder Gasabsorption.

Für Vergleichszwecke wurde ein identisches System verwendet,, wobei jedoch der Wasserstrahl auf eine Stellung im obersten Teil des Wäschers bewegt wurde, um so das Wasser im Gleich strom mit dem Gas zu richten. In diesem Fall war die Entfernung von fein zerteiltem Material unwirksam und lag zwischen 55-85 %. Während der Reaktionsperiode, wenn das Abschreckwasser aus dem Tank 20 fällt, neigt der Fluß dazu, das Auslaßrohr 15 teilweise zu blockieren und vermindert so die Kapazität des'Systems auf b50 m /min

3 /
von ihrem normalen Wert von 1132 m /min. Manchmal wird die Kapazität auch überschritten, so daß überschüssiger Wasserdampf und fein zerteilte Material direkt vom Aufashlußgefäß an die Atmosphäre entlüftet werden; dies ergibt einen "Regen" von sauren Wassertröpfchen und einen Ausstoß von Erzteilchen in der Nachbarschaft um das Erzreaktionsgebäude.

- 13 -

; ο ί ß /, v ·· ι ι

- 14 -

Mit dem vergleichsweise verwendeten System mit Gleichstrom führt die Erhöhung der Rohrgröße 15 des Wäschers 13 zwecks Kapazitätserhöhung während der Abschreckphase des Zyklus zu einer unerwünschten Erhöhung'des Luftflusses, wenn die Abschreckung zu einem Punkt gekommen ist, wo der verfügbare Gebläsemotor überlastet ist, und es wird auch das Volumen der während der Erzzugabe zu waschenden Luft erhöht. Die Installation eines Gebläses mit höherer Kapazität wäre nicht nur kostspielig, sondern würde das letztgenannte Problem nicht lösen. Andere vorgeschlagene Lösungen, wie die zusätzliche Anbringung gefüllter Waschtürme würde zu noch erheblicheren Investitionsund Betriebskosten führen.

Beis piel 2__

Dieses Beispiel zeigt die Anwendung des Umkehrstrahls zur Entfernung eines ausgewählten Gases, nämlich hier SQ„, aus der Mischung von Gasen durch Absorption in eine geeignete Flüssigkeit, nämlich eine verdünnte wässrige NaOH Lösung ausreichender Alkalinität, um das verbrauchte Wasser auf einem pH-Wert über 8,0 zu halten, nachdem es etwa 300 ppm S0_ vom fließenden Gasstrom absorbiert hat. Das zu behandelnde Gas ist Luft, der bekannte Mengen SOp zugefügt wurden. Das Gasgeschwindigkeit betrug 13,5m/see. Die Umkehrdüsenanlage ist gleich der für das Ilmenitverfahren in Fig. 1 und 2 beschriebenen Anlage.

Bei einer derartigen Absorption erfolgt eine chemische Reaktion zwischen dem SO₅ und NuOH unter Bildung von löslichem NaJBO-, das das S0„ in wirksamer Weist; im Wasser zurückhält.

- 14 -

209847/112 Γ

Um die Wirksamkeit des Absorptionssystem zu testen, wurde die Konzentration an SOp im Gas von O auf 290 Mol ppm innerhalb von 30 Minuten erhöht. Während dieser Zeit wurde das zur Umkehrdüse gepumpte Wasser auf einem pH-Wert oberhalb 8,0 gehalten, indem man weitere konz. NaOH Lösung zur Pumpe zugab. Während der Testdauer wurden in Abständen Gasproben aus den Gaseinlaß- und -auslaßströmen entnommen, um die SOp Konzentrationen an Eintritt und Auslaß zu messen.

Der Druckabfall über die Umkehrdüse betrug während des Tests 21,6 cm, was 2,9 HP/sq.ft. entsprach.

Die folgende Tabelle zeigt die SOp Konzentrationen in den den Wäscher gemäß Fig. 2 während des Testes betretenden und verlassenden Gasströmen. Alle SO_p Messungen erfolgten unter Verwendung von MSA Detektorrohren Nr. 92623.

Zeit in min ppm SOg am ppm SOp am
_^ . Eintritt Auslaß

B
11

" 0
B
16

Die graphische Darstellung dieser Daten zeigt, daß der Umkehrstahl 80 °/o S0_p bei einer Eintrittskonzentration von 60 ppm absorbierte, und daß diese Wirksamkeit mit einer Eintrittskozentration von 290 ppm SOp auf 97,2 % erhöht wurde. D.er obige Test gibt keine Grenze bezüglich des Absorptionsbereiches, sondern dient nur dazu, dar· Umkehrsttahl als Absorber zu zeigen.

209847/112 £

0,00	60
2,30
5,00
8,00 -
8,30	B5
13,00
13,15	122
17,00
17,30	175
21,00
21,30	290
24,00

Claims

Patentansprüche

1.- Verbessertes Verfahren zur Berührung eines Gases mit einer Flüssigkeit durch Berührung des durch eine Leitung fließenden Gases mit mindestens einem Strahl einer im·Gegenstrom zum Gas fließenden Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchschnittsgeschwindigkeit des Gases durch die Leitung auf mindestens 300 m/min gehalten wird und die Geschwindigkeit der Flüssigkeit aus der Düse ausreicht, um mehr als 1,0 HP/sq.ft. Querschnittsgebiet der Leitung (= 1,1 PS/1000 cm ) zu ergeben.

2.- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Staubteilchen oder Nebeltröpfchen enthält, die durch das Verfahren aus der Gasphase entfernt werden.

3,- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas ein Gasgemisch ist, das mindestens eine Komponente enthält, die mit der Flüssigkeit reagiert und/oder durch sie extrahiert wird, so daß ihre Konzentration im Gasgemischt vermindert wird.

4.- Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckabfall im System durch Einstellung der Leistung des Strahls ("Strahl-PS^ geregelt wird.

Der Patentanwalt:

- 16 -

209847/1 126

Lee rse i ie