DE2253539A1 - Verfahren zur beruehrung eines gases mit einer fluessigkeit - Google Patents

Description

DipL-lng. P. WIRTH · Dr. V. SCHMIED-KOWARZIK Dipl.-Ing. G. DAN N EN BERG · Dr. P. WEIN HOLD · Dr. D. GUDEL

■ 281134 , 6 FRANKFURT AM MAIN

TELEFON C0611)

287014 · GR. ESCHENHEIMER STBASSE 39

SK/Ll

Case Luv/ 1745-K

E.I. DuPont de TTouours and Company Wilmington, Del. / TJSA

Verfahren zur Berührung eines G-ases mit einer ' Flüssigkeit

(Zusatzanraeldung zur Anmeldung P 2222561.2)

Die vorliegende Erfindung (Zusatzanmeldung zur .Anmeldung P 22 22 561.2) "bezieht sich auf ein Verfahren zur Durchführung einer Berührung zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit, insbesondere zur Entfernung "bzw. Auswaschen von raitgeführten Feststoffen und Flüssigkeiten aus einem G-as.

Die Notwendigkeit eines wirtschaftlichen Verfahrens zur wirksamen Entfernung fein zerteilter Flüssigkeiten und Feststoffe (ITebel 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.

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■■ - 1 - '

Das .Auftreffen der Teilchen auf flüssige Tröpfchen ist die Grundlage von Düsen-, Venturi-, Boden- oder gefüllten V/äschern. Elektrostatische Abscheidungsvorrichten induzieren Oberflächenladungen auf den Teilchen und sammeln die geladenen Teilchen auf gegensätzlich geladenen Elektroden. Jedes dieser Verfahren hat bestimmte Vor- und Nachteile, die von der Art und Teilchengröße des vom Gasstrom zu entfernenden Material abhängen.

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/m sind besonders schwer zu entfernen. Leider sind gasförmige Suspensionen dieser Art für zahlreiche Industrieabfälle charakteristisch, die als biologisch und ästhetisch unannehmbar angesehen werden. Die Entferung dieser fein zerteilten Materialien auf annehmbare Uerte kann in vielen Fällen durch Verfeinerung bekannter Verehren 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 i'Jirksamkeiten bei, wo Teilchen-V/achstumsverfahren, wie Ultraschallagglomeration oder Wasserdampfeinspritzung zwecks Verbesserung der Sammelwirksaakeit angewendet werden.

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Die vorliegende Erfindung "bezieht sich nun auf ein verbessertes Verfahren zur Bewirkung eines Eontaktes zwischen einem Gas mit einer Flüssigkeit, z.B. zur Entfernung mitgeführter Peststoffe und Flüssigkeiten aus dem Gas, durch Berührung des durch eine Leitung fließenden Gases mit mindestens einem im Gegenstrom zum Gas fließenden Flüssigkeitsstrahl. Die wesentlichen Merkmale dieses Verfahrens bestehen darin, daß die Geschwindigkeit des Gasflusses durch die Leitung so bemessen ist, daß sich eine durchschnittliche Geschwindigkeit von mindestens 300 m/min ergibt und daß diese nicTit kleiner als die Flutungsgeschwindigkeit ("flooding velocity") ist. Außerdem soll die Geschwindigkeit des Flüs-^ sigkeitsstrahles durch die Düse ausreichen, um mehr als ein HP pro sq..ft. des Durchmessers der Leitung (Horse powers pro sq.ft.) zu liefern.

Die hierin verwendete Bezeichnung "Flutungsgeschwindigkeit" ("flooding Velocity") bezieht sich auf das bekannte Phänomen, das auftritt, wenn die Gasgeschwindigkeit ausreicht, eine Flüssigkeit in einem offenen Rohr aufzuhalten (vgl. z.B. die US-Patentschrift 3 350 075).. Diese Flutungsgeschwindigkeiten treten gewöhnlich bei Gasgeschwindigkeiten um etwa 300 - 600 m/min auf, der tatsächliche "V/ert kann jedoch vom besonderen Gas und der in Frage kommenden Flüssigkeit abhängen. Im Fall der in. den folgenden Beispielen dargestellten Gas/Flüssigkeitc-Systeme wurde durch

Versucne · . festgestellt, daß die Flutungsgeschwin-

digkeit'erreicht oder überschritten v.'ird, damit die aus dem Strahl austretende Flüssigkeit ihre Richtung ändert. Für den entspre- *) bei etwa 450 m/min auftritt. In jedem Fall ist es wesentlich,

daß diese Flutungsgeschwindigkeit

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chenden Strahl wird daher in der vorliegenden Anmeldung die Bezeichnung "Umkehr-Strahl"verwendet.

Das oben beschriebene"Umkehrstrahl-Yerfahren" 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 der 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 dex folgenden Beschreibung hervorgeht, hat sich das "Urakehrstrahl"-Verfahren in jedem Fall als äußerst wirksam zur Entfernung von fein zerteiltem Material aus einem Gas erwiesen. Dies beruht offenbar auf der äußerst hohen Turbulenz, die entsteht, wenn sich die gegensätzlich bewegende Flüssigkeit und das Gas zusammentreffen und die Flüssigkeit in die ('zu ihrer ursprünglichen Strömungsrichtung) umgekehrte Richtung gezwungen wird. Das hohe Maß an Turbulenz ergibt einen äußerst wirksamen Kontakt der Flüssigkeit, z.B. Waschflüssigkeit, mit dem fein zerteilten Material. Letzteres wird dadurch umhüllt und von der "Flüssigkeit, z.B. zu einem Absetztank, mitgeführt, während das gereinigte Gas an die Atmosphäre entlassen wird.

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Das wesentliche Merkmal des erfindungsgemäßen Urakehrstrahlfahrens 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 Yenturi-Leitung strömen, würde man wesentlich höhere Kosten benötigen.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Umkehrstrahl-Verfahrens, insbesondere im Vergleich mit bekannten Venturi- oder Öffnungswäsehern, besteht in seiner Fähigkeit, ein hohes "turndown" Verhältnis 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 Materialien, wie SOp, aus Gasen in Flüssigkeiten oder zum Erreichen einer Gleichgewichtstemperatur zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit.

Ein weiteres Vorteil des erfindungsgemäßen Umkehrstrahl-Verfahrens liegt in der Schaffung einer einfachen Maßnahme zur Regulierung des Druckabfalles eines durch eine Leitung fließenden, nicht kon- -densierbaren Gases. Dies kann selbstverständlich von besonderen Vorteil in Systemen sein, wo breite Variationen in der Gasfließgeschwindigkeit auftreten.

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Die vorliegende Erfindung wird durch die beiliegenden Zeichnungen v/eiter veranschaulicht.

Pig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Systems zur Entfernung eines fein zerteilten Materials aus einem gasförmigen Produkt, das aus dem Schwefelsäureaufschluß von Ilmeniterz stammt, d.h. der Herstellung von Titandioxid.

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

Pig. 3 ist eine schematische Darstellung eines anderen Umkehrstrahl-WJSsohers mit hinzugefügter Verengung vom Venturi-Typ, wie diese z.B. zur Erzielung einer Mindesgeschwindigkeit von 300 m/min notwendig sein kann.

Pig. 4 zeigt in schematischer Porm eine modifizierte Urakehrstrahl-Waschanlage zur Aufrechterhaltung eines konstanten Druckabfalles.

Pig. 5 zeigt graphisch die experimentell bestimmte Beziehung zwischen PS pro sq.ft. und dem Druckabfall. Die Kurve stellt lediglich einen Ausschnitt dar.

Das erfindungsgemäße Umkehrstrahl-Verfahren wird mit Bezug auf Pig. 1 beschrieben, die seine Verwendung bei der Herstellung von Titandioxid nach dem Sulfatverfahren veranschaulicht. Selbstverständlich sind alle Einzelelemente des dargestellten Systems mit

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Ausnahme von Konstruktion und Betrieb des "Umkehrstrahl"-Wäschers aus der Technik "bekannt. Zum "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.^a, in ausreichender Menge zum Benetzen der anschließend zugefügten Erzbeschickung in das Reaktionsgefäß

10 gepumpt. Das Ilmeniterz besitzt eine Teilchenverteilung, daß

der Teilchen
ein beträchtlicher Anteil/ (meist etwa 95 /») vorzugsweise k'leiner als 325 mesh (44 Micron) ist. Während der Zugabe dieses Erzes zum Gefäß 10 wird eine erhebliche Menge der Erzfeinstteilchen ±m 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.-^iges Oleum zugefügt, damit sich ein stöchiometrischer Überschuß von Schwefelsäure in der Beschickung von 60 Gew.-^ (bezogen auf den reaktionsfähigen Metallgehalt des Erzes) ergibt. Die Hydratationswärme, die durch Reaktion von Oleum und der vorher zugegebenen verdünnten Schwefelsäure gebildet wird, reicht gewöhnlich aus, um die Temperatur auf 100-11O⁰C. zu erhöhen, worauf die Reaktion zwischen Erz und Schwefelsäure beginnt. ITach der Einleitung verläuft die Reaktion exotherm und heftig und,es werden große Mengen an Erzstaub, Säurenebel und Wasserdampf in den Luftraum des Heaktionsgefäßes 10 sowie in den Kamin 11 abgegeben.

Durch das Zentrifugalgebläse 12 wird atmosphärische Luft in den

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— ο —

Kamin 11 gezogen und trägt die im Reaktionsgefäß gebildeten Feinstteilchen in den Wäscher 13. Während 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 ^VTasser und eingeschlossene Erzfeinstteilchen ausfallen und durch Leitung 16 abgezogen werden. Die gewaschene Luft geht dann durch den Gebläsekamin 18 an die Atmosphäre.

Während 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 dieser Schwierigkeit Herr zu werden, v/ird ein starker Wasserstrom aus dem Abschrecktank 20 in den Wäscher 13 eingeleitet. Während der Zeit, in der der Wasserdampf kondensiert wird, wird das fein zerteilte Material sehr wirksam mit diesem in die flüssige Phase übergeführt. 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 Wäscher 13 abzugeben. Gleichzeitig kann das Ventil 28 betätigt werden, um die Wasserzufuhr zur Düse 14 zu unterbrechen.

In Figur 2 werden Einzelheiten des Umkehrstrahl-Vk schverfahrens

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genauer dargestellt. Dabei wird die Flüssigkeit, in diesem Fall Wasser, aus Düse 14 praktisch in Gegenstromrichtung zum eintretenden Gasfluß abgegeben. Mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit des Gasflusses durch das Auslaßrohr 15 von mindestens 300 m/min

—ungs-
und mindestens der Fluygesehwindigkeit, wobei die Geschwindigkeit der-Waschflüssigkeit durch die Düse 14 ausreicht, 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— Wascher vorgesehen wurde, um die bei bestehenden Waschsystemen auftretenden Schwierigkeiten zu lösen^ und zwar dadurch, äaß der im Gegenstrom zum Hauptgasfluß fließende Wasserstrahl, der dann durch den Gäsfluß in die umgekehrte Hichtung gezwungen wird, mehr als die kinetische Energie des Systems zur Verringerung der Größe der Wassertröpfchen verbraucht; durch eiae derartige Erhöhung des gesamten Oberflächengebietes der Wassertröpfchen wird die Wahrscheinlichkeit einer Kollision mit Erzteilchen erhöht.

Um diese Möglichkeiten zu erforschen, wurden die Eigenschaften eines Umkehrstrahles in einer Anlage kleinen Maßstabs untersucht. Der Kopf eines vertikal montierten Glasrohres wurde mit einer kalibrierten Luftzufuhr verbunden. Eine vorkalibrierte Wasserdüse (Spray Systems Company "GG 3004") wurde konzentrisch in die untere Öffnung des Glasrohres angebracht und zeigte in Gegen-Strotnrichtung zum Luftfluß, wobei sich die Düsenspitze nur 1,27 cm in das Rohr erstreckte, so daß die Düse selbst nicht

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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 dem Druck des Strahls zu messen und den Wasserfluß durch die Düse zu überwachen. Es wurde eine Testreihe unter Verwendung von Glasrohren mit einem inneren Durchmesser von 19»05 und 24j61 mm, in welchen sowohl die Wassergeschwindigkeiten zur Düse und der Luftfluß zum Rohr systematisch variiert wurden, durchgeführt. Pur jede Testreihe (einschließlich Xuftfluß, 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 m³ Luft/min (= 13,4-93 gal./min/1000 ft.⁵ Luft/ min) variiert.

Diese Teste ergaben, daß die Volumengeschwindigkeit des Y/as"erflusses pro Volumen Luftfluß kein regelnder Paktor bei der Bestimmung des Druckabfalles über den Umkehrstrahl war. Wenn der Wasserfluß im Strahl und die Geschwindigkeiten des Strahls als Strahl-HP berechnet werden, dann ist es aus den Daten ersichtlich, daß der Druckabfall fast eine direkte Punktion der Strahl-HP pro Einheit des Querschnittsgebietes der Luftzufuhr oder des Luftrohres ist. Diese letztgenannte Menge wird aus der Gleichung

berechnet; ₉

V
r, lbs./see.-5—

Strahl HP/ft. = £

550 A

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Dabei bedeutet:

lbs./sec. = Wassergeschwindigkeit aus der Düse V = Strahlgeschwindigkeit in ft./see. g = 32,2 ft./see.²

A = Führungsquerschnittsgebiet. in ft. (im Zentrum der durch Mischung von Gas und Wasser geschaffenen Turbulenzζone).

Die in Pig. 5 aufgetragenen Daten umfassen die Verwendung sowohl des 24j61 mm Rohres (rechteckige Punkte) und des 19,0.5 mm Rohres (ovale Punkte) und zeigen, daß der dem System durch den Umkehr-

strahl verliehene Druckabfall eine fast direkte Punktion, der vorgesehenen Strahl-HP ist. Die Längen der entsprechenden .Markie- . rungen auf der Kurve (Pig. 5) stellen die Änderung im Druckabfall über den untersuchten Bereich von Luftgeschwindigkeiten dar (450-1200 m/min). Unter Verwendung der Daten von Pig. 5 kann der Pachmann ohne weiteres - bei gegebener ¥asserquelle - eine Waschanlage zur Erzielung eines vorherbestimmten Druckabfalles konstruieren.

Der ooige Versuch zeigt, daß das Umkehrstrahl-Verfahren neben der Entfernung fein zerteilter Materialien aus G-asströmen zwei wesentliche Vorteile besitzt. Es kann in einem G-asflußsystem verwendet werden, um einen relativ konstanten Druckabfall in einem System mit stark variierenden Pließgeschwindigkeiten aufrechtzuerhalten, wobei sich im Gasstrom keine sich bewegenden Teile befinden. Dazu sollte der Querschnitt der Leitung zweckmäßig -

— . ' -11-

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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, in denen der Druckabfall im Vergleich zu demjenigen über den Umkehrstrahl klein,ist. So würde z.B. ein Gasflußsystem, das bei einem gegebenen Gasfluß ohne den Strahl für 12,7 mm Wasserdruckabfall konstruiert ist und mit dem Umkehrstrahl mit 19,1 cm arbeitet, sich auf nur 25,4cm Wasser erhöhen, wenn die Gasfließgeschwindigkeit verdoppelt würde. Ist das System ohne den Umkehrstrahl 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 WasserfluS zur Düse einstellt. Der Druckabfall über die Turbulenzzone ist eine Funktion der HP des Strahls, ungeachtet der Forderungen für das Waschen oder Berühren des Gasstromes mit der Flüssigkeit. Eine Form einer solchen Anlage ist in Figur 4 gezeigt. Dabei tritt schmutziges Gas durch die Leitung 29 ein. Auch ein konstanter Gesaratwasserfluß 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

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das automatische Ventil 35 betätigt. Wenn z.B. das Druckdifferential unter einen festgesetzten Wert fällt, bewegt sich das Yentil 35 gegen eine geschlossene Stellung und führt 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 ^T'^reise ein konstanter Druckabfall aufrechterhalten werden, selbst wenn die Wässer führdrucke variieren.

Versuche haben gezeigt«, daß praktisch die gesamte Energie des TJmkehrstrahls zum Waschen verwendet wird.. Aufgrund dieser hohen Energieübertragung pro Einheit "Druckabfall zeigt der TJmkehrstrahl W.^aschwirksan)keiten, die denen von wesentlich komplizierteren Vorrichtungen mit wesentlich höheren Druckabfall gleich sind. In den im folgenden angegebenen Beispielen kann die Verwendung des TTmkehrstrahls 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 v/erden kann.

Das erfindungsgetnäße Verfahren arbeitet unter Verwendung einer Waschflüssigkeit, die bei einer Geschwindigkeit von mindestens 1,0, vorzugsweise mindestens 1,5 Strahl-HP pro sq.ft.("Jet horsepower per square foot") Querschnittgebiet der Leitung ausgespritzt wird. Die Wirksamkeit der Entfernung des°fein zerteil»

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ten Materials neigt mit erhöhten HP pro sq.ft. zu einer Erhöhung auf einen praktischen Grenzwert, wo eine weitere Erhöhung der HP/sq.ft. nur zu einer unbedeutenden Erhöhung der Waschwirksamkeit führt. Wenn auch in manchen Systemen ein gewisser Flüssigkeits/Gas-Kontakt erreicht werden kann, wenn mit weniger

als 1,0 Strahl-HP/ft. gearbeitet wird, so tritt in einem solchen kein oder nur ein geringes Waschen des Gases auf.

Die Wirkung der Gasgeschwindigkeit auf die Entfernung der fein zerteilten Materialien ist nicht groß; um Instabilitäten im V/asserstrahl zu vermeiden, sind jedoch Gasgeschwindigkeiten von

mindestens mindestens 300 m/rain, vorzugsweise/450 m/min, zweckmäßig.

Die Geometrie des Wasserstrahls, wie er au3 der Düse austritt, und die genaue Orientierung der Düse in Bezug auf die Rohre bzw. Leitungen des Wäschers sind nicht entscheidend. Offensichtlich ist eine maximale Energieübertragung vom Strahl auf den Luftstrom und ein möglichst kleiner Verlust zur Leitungsv/andung zweckmäßig und diese hängen etwas von der Geometrie der Leitungen im ^"äscher und den Gasgeschwindigkeiten ab. So ist z.B. eine Düse, die einen konisch geformten, zentral in der Leitung lokalisierten Strahl bildet, besonders vorteilhaft für eine ausreichende Abdeckung über eine 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. Die ^Leitung ist selbstverständlich frei von irgendwelchen Püllmaterialien.

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Für den Umkehr strahl-W^" scher können selbstverständlich auch andere Flüssigkeiten als Wasser verwendet werden; d.h. in Erdölrraffinerien, wo die Verfahrensströme vorherrschend wasserfrei sind, werden zweckmciSig 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 vorteilhaft sein, Alkalien, Säuren und andere Materialien zur

die

besseren Entfernung der gewählten Materialien in /Waschflüssigkeit zuzugeben.

Beispiel 1 .

In einem Ilmeniterz-Aufscblußsystem der in Fig. 1 gezeigten Art wurde der Wascher 13 mit einem Durchmesser von 1,5 m mit einem Auslaßrohr 15 von 75 cm Durchmesser versehen. Im Rohr ist eine Strahldüse 14 mit einer derartig konstruierten Öffnung angebracht, daß sie das Wasser bei einer Geschwindigkeit von 855 m/sec in einem 20 breiten Konus in das Rohr versprüht Das Wasser spritzt daher aufwärts und im Gegenstrom zum Gasfluß Der Urakehrstrahl ist so beschaffen, daß er einen Druckabfall von 21,6 cm Wasser bei einem Strahl HP/sq.ft. von 2,8 ergibt. Der Druckabfall, der durch den im Gegenstrora fliessenden Strahl bei dessen Richtungsumkehrung erzeugt wird, ermöglicht eine Verrain-

"2.

derung des Gasflusses auf 780 m /min während des Erzzugabe-Zyklus trotz des großen Durchmessers äes Auslaßrohres 15, der zum entsprechenden Abschrecken notwendig ist. Hierdurch wird die Notwendigkeit der Verwendung größerer Gebläse und Motoren umgangen und es wird eine" wesentlich verbesserte Wirksamkeit bei der

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™ 15 - ·

Staubentfernung erzielt. Tatsächliche Messungen der Erzstaubentfernung durch Luftuntersuchung mit Gelman-Vorrichtungen und Gasfaserfiltern vom Typ A unmittelbar vor dem Wäscher und am Gebläsekatnin zeigten Entfernungswirksamkeiten von 92-98 $. Die Analyse von wässrigen Suspensionen des gesammelten Erzstaubes auf die Teilchengröße mittels eines Coulter-Zählers zeigten, daß das den käscher betretende Material einen mittleren Gewichtsdurchmesser von 1,1 Micron hatte; das aus dem 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" in Form von Säurenebel im Gebiet nahe des Erzaufschlußgebäudes, selbst während des Aufschlusses, festgestellt. Dieses Fehlen eines"Regens" wird der besseren Berührung von warmen, gesättigtem Gas und kaltem V/asser mit dem Qmkehr- strahl zugeschrieben, wo das Temperaturgleichgewicht zwischen den beiden Phasen vor dem Flüssigkeitsabscheider erreicht wird. Wassertröpfchen, die sich beim Abkühlen des Gebläses durch den Strahl 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 Zweckmäßigkeit des Umkehrstrahl-Verfahrens als Maßnahme zur Flüs s i gke it s/Gas-Be rührung ο de r Ga s ab s ο r ρ tiο η,

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Für Vergleichszwecke wurde ein identisches System verwendet, wobei jedoch der Wasserstrahl in eine Stellung im obersten !Teil des Wäschers "bewegt wurde, um so das Wasser im Gleichstrom mit dem Gas zu richten. In diesem EaIl 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 ]?luß dazu, das Auslaßrohr 15 teilweise zu "blökkieren und vermindert so die Kapazität des Systems auf 850 m /min vom normalen Wert von 1132 m /min. Manchmal wird die Kapazität auch überschritten, so daß überschüssiger Wasserdampf und fein zerteiltes Material direkt vom Aufschlußgefäß an die Atmosphäre entlüftet werden;; dies ergibt einen "Regen" von sauren Wasser— tröpfchen und einen Ausstoß von Erzteilchen in der Nachbarschaft um das Erzreaktionsgebäude.

Mit dem vergleicnweise verwendeten System mit Gleichstrom führt die Erhöhung der Rohrgröße 15 des Wäschers 13 zwecks Kapazitäts-

erhöhung während der Abschreckphase des Zyklus zu einer unerwünschten Erhöhung des Luftflusses, wenn die Abschreckung an einen Punkt gelangt 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 Investitions- und Betriebskosten rühren.

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Beispiel 2

Dieses Beispiel zeigt die Anwendung des Urokehrstrahls zur Entiernung eines ausgewählten Gases, nämlich hier SOp, 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 SOp vom fließenden Gasstrom absorbiert hat. Das zu behandelnde Gas ist Luft, der bekannte Mengen SOp zugefügt wurden. Die Gasgeschwindigkeit betrug

13.5 m/sec. Die Umkehrstrahl-Anlage ist gleich der für das II-menitverfahren in Fig. 1 und 2 beschriebenen Anlage.

Bei einer derartigen Absorption erfolgt eine chemische Reaktion zwischen dem S0_? und NaOH unter bildung von löslichen NapSO-z, das das SOp in wirksamer Weise im Wasser zurückhält.

TJm die Wirksamkeit des Absorptionssystem zu testen, wurde die Konzentration an SOp im Gas von 0 auf 290 Mol ppm innerhalb von 30 Minuten erhöht. Während dieser Zeit wurde das zum Umkehrstrahl 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 AuslaS zu messen.

Der Druckabfall über -ie Umkehrdüse betrug während des Tests

21.6 cm, was 2,8HP/sq.ft. entsprach.

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Die folgende Tabelle zeigt die SO₂ Konzentrationen in den den Wäscher gemäß Fig. 2 während des Testes "betretenden und verlassenden Gasströmen. Alle SO₂ Messungen erfolgten unter Verwendung von MSA Detektorrohren Nr. 92623.

Zeit in min	ppm 8O2 am	ppm SO2 am
	Eintritt	Auslaß
0,00	60	12
2,30		9
5,00		8
8,00		11
8,30	85
13,00		0
13,15	122
17,00		0
17,30	175
21,00		• 8
21,30	290
24,00		16

Diese graphische Darstellung dieser Daten zeigt, daß der Urakehrstrahl 80$ SO₂ hei einer Eintrittskonzentration von 60 ppm absorbierte, und daS diese Wirksamkeit mit einer Eintrittskonzentration von 290 ppm SO₂ auf 97,2.$ erhöht wurde. Der obige Test gibt keine Grenze bezüglich des Absorptionsbereiches, sondern dient nur dazu, den Tlmkehrstrahl als Absorber zu zeigen.

= 19 - ■
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Claims (7)

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 entsprechend Anmeldung P 22 22 561.2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchschnittsgeschwindigkeit des Gases durch die Leitung auf mindestens 300 m/min und mindestens der Flutungsgeschwindigkeit gehalten wird und die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahls 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 man in einem Gas mitgeführtes Material auswäscht

3.) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Wasser als Flüssigkeit verwendet.

4.) Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Ilmenitteilchen und Schwefelsäurenebel enthält, wie sie aus der Reaktion von Ilmeniterz und Schwefelsäure erhalten werden.

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5.) Verfahren nach Anspruch 1-4 > dadurch gekennzeichnet, daß die Gasgeschwindigkeit mindestens 450 m/min "beträgt und die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahls wenigstens 1,5 HP/ sq.ft Querschnittsgehiet der Leitung ergiot. '

6.) Verfahren nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Gas ein Material oder Stoff ahsorMert wird«'

7.) Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das assortierte Material SO₂ ist.

•'Der Patentanwalt

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