DE2253539C2

DE2253539C2 - Verfahren zum Waschen eines Gases mit einer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE2253539C2
Application number: DE2253539A
Authority: DE
Inventors: David Nicholson Wilmington Del. Low
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1971-05-10
Filing date: 1972-11-02
Publication date: 1985-07-18
Also published as: DE2253539A1; FR2191935A2; DE2222561A1; NL174224B; FR2191935B2; NL174224C; DE2222561B2; NL7206261A; GB1356744A; LU65318A1; FR2147920B1; CA980242A; FR2147920A1; DE2222561C3; US3803805A; LU66436A1

Description

Die vorliegende Erfindung ist eine weitere Ausbildung des Verfahrens des Hauptpatentes und bezieht sich auf ein Verfahren ζιτ Entfernung bzw. Auswaschen von mitgeführten Feststoffen und Flüssigkeiten aus einem Gas.

Gegenstand des Hauptpatentes ist ein Verfahren zum Waschen eines Gases durch Berührung des durch eine Leitung fließenden Gases mit mindestens einem aus einer Düse austretenden Strahl einer im Gegenstrom zum Gas fließenden Flüssigkeit, bei dem die Durchschnittsgeschwindigkeit des durch die Leitung fließenden Gases auf mindestens 300 m/min gehalten wird und die Geschwindigkeit der aus der Düse austretenden Flüssigkeit ausreicht, um eine Leistung von mehr als 0,81 kW pro 1000 cm² Leitungsquerschnitt zu ergeben.

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-, Boden- oder gefüllten Wäschern. Elektrostatische Abschcidungsvorrichtcn 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 Materials 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 μπι in Konzentrationen unter 20 g/m³ sind besonders schwer zu entfernen. Leider sind gasförmige Suspensionen dieser Art für zahlreiche Industrieabfälle charakteristisch, die als biologisch und ästhetisch unannehmbar angesehen werden. Die Entfernung dieser fein zerteilten Materialien auf annehmbare Werte kann in uelen FaI- len 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 Marterials tragen zu schlechten Wirksamkeiten bei, wo Teälchen-Wachstumsverfahren, wie Ultraschallagglomeration oder Wasserdampfeinspritzung zwecks Verbesserung der Sammelwirksamkeit angewendet werden.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf eine Weiterentwicklung des oben genannten Verfahrens des Hauptpatentes und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Durchschnittsgeschwindigkeit des durch die Leitung fließenden Gases auch auf mindestens der Flutungsgeschwindigkeit gehalten wird. Das heißt also, daß die . Durchschnittsgeschwindigkeit über 300 m/min liegt und Ober der Flutungsgeschwindigkeit gehalten wird. Die hierin verwendete Bezeichnung »Flutungsge sch windigkeit« (»flooding velocity«) bezieht sich auf das bekannte Phänomen, das auftritt, wenn die Gasgeschwindigkeit ausreicht, eine Flüssigkeit in einem offenen Rohr aufzuhalten und schließlich umzukehren (siehe z. B. US-PS 33 50 075). Diese Flutungsgeschwindig- ketten treten gewöhnlich bei Gasgeschwindigkeiten zwischen etwa 300—600 m/min auf, der tatsächliche Wert hängt jedoch vom besonderen Gas und der jeweiligen Flüssigkeit ab. Im Fall der in den folgenden Beispielen dargestellten Gas/Flüssiglesits-Systeme wurde

■40 durch Versuche festgestellt, daß die Flutungsgeschwindigkeit bei etwa 450 m/min auftritt- In jedem Fall ist es wesentlich, daß diese Flutungsgeschwindigkeit erreicht oder überschritten wird, damit die aus dem Strahl austretende Flüssigkeit ihre Richtung ändert. Für den ent- sprechenden Strahl wird daher in der vorliegenden Anmeldung die Bezeichnung »Umkehr-Strahl« verwendet Das oben beschriebene »Umkehrstrahl-Verfahren« eignet sich besonders zum Waschen für Industrieabfälle; und obgleich es 'ür manche Zwecke allein verwendet

so werden kann, kann es auch in Verbindung mit bekannten Gasbehandlungsverfahren betrieben werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden brfindung wird das neue Verfahren in Systemen verwendet, die llmenitteilchen und Schwefelsäure enthai- ten und aus der Reaktion von llmeniterz und Schwefelsäure zur Titandioxidherstellung nach dem Sulfatverfahren stammen.

Wie aus der folgenden Beschreibung hervorgeht, hat sich das »Umkehrstrahl«-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.

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

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Umkehrstrahl-Verfahrens, insbesondere im Vergleich mit bekannten Venturi- oder Öffnungswäschern, besteht in seiner Fähigkeit ein hohes »turn-down« 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 SO2, aus Gasen in Flüssigkeiten oder zum Erreichen einer Gleichgewichtstemperatur zwischen einem G?.s 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 kondensierbaren Gases. Dies kann selbstverständlich von besonderen Vorteil in Systemen sein, wo breite Variationen in der Gasfließgeschwindigkeit auftreten.

Die vorliegende Erfindung wird durch die Zeichnungen weiter veranschaulicht

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

F i g. 2 ist eine vergrößerte schematische Darstellung der in F i g. 1 gezeigten Waschanlage mit »Umkehrstrahl« (»revrse jet scrubber«).

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

F i g. 4 ze?gt in schematischer Form eine modifizierte Umkehrstrahl-Waschanlage zur Aufrechterhaltung eines konstanten Druckabfalles.

Fig. 5 zeigt graphisch die experimentell bestimmte Beziehung zwischen kW pro 1000 cm² Leitungsquerschnitt und dem Druckabfall. Die Kurve stellt lediglich einen Ausschnitt dar.

Das erfindungsgemäße Umkehrstrahl-Verfahren wird mit Bezug auf F i g. 1 beschrieben, die seine Verwendung bei der Herstellung von Titandioxid nach dem Sulfatverfahren veranschaulicht. Selbstverständlich sind alle Einzelelemente des dargestellten Systems mit 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 Titundioxids wird Schwefelsäure, z. B. von 78 Gew.-%, in ausreichender Menge /um Benetzen der anschließend zugefügten Erzbeschickung in das Reaktionsgefäß 10 gepumpt. Das Ilmenif.rc besitzt eine Teilchenverteilung. daß ein beträchtlicher Anteil der Teilchen (meist etwa 95%) vorzugsweise kleiner als 44 Jim 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 103gew.-%iges Oleum zugefügt damit sich ein stöchiometrischer Oberschuß von Schwefelsäure in der Beschickung von 60 Gew.-°/o (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— 110⁰C zu erhöhen, worauf die Reaktion zwischen Erz und Schwefelsäure beginnt Nach der Einleitung verläuft die Reaktion exotherm und heftig, und es werden große Mengen an Erzstaub, Säurenebel und Wasserdampf in den Luftraum des Reaktionsgefäßes 10 sowie in den Kamin 11 abgegeben.

Durch dai Zentrifugalgebläse 12 wird atmosphärische Luft in den Kamin 11 gezogen. <,nd trägt die im Reaktionsgefäß gebildeten Feinstteilchei: in den Wäscher 13. Während der Erzzugabe, wenn die fein zerteilte Beladung hauptsächlich aus Erzfeinstteilchen besteht wird der verunreinigte Luftstrom mit einem Sprühwasser aus E.'üse 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.

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, wird 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 Fig.2 werden Einzelheiten des Umkehrstrahl-Waschverfahrens 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 und mindestens der Flutungsgeschwindigkeit wobei die Geschwindigkeit der Waschflüssigkeit durch die Düse 14 ausreicht, um mehr als 0,81 kW/ 1000 cm² der Querrchnittsfläche zu ergeben, wird eine Zone intensiver Turbulenz 26 geschaffen.

Zur weiteren Veransehauliehung wird bemerkt, daß der Umkehrstrahl-Wascher vorgesehen wurde, um die bei bestehenden Waschsystemen auftretenden Schwierigkeiten zu lösen, und zwar dadurch, daß der im Gegenstrom zum Hauptga^fluß fließende Wasserstrahl, der dann durch den Gasfluß in die umgekehrte Richtung gezwungen wird, mehr als die kinetische Energie des Systems zur Verringerung der Größe der Wassertröpf-

chen verbraucht; durch eine 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 wurde konzentrisch in die untere Öffnung des Glasrohres angebracht und zeigte in Gegen-Stromrichtung 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 dem Druck des Strahls zu messen und den Wasserfluß durch die Düse zu überwachen. Es wurde eine Testreihe unter Verwendung von Glasiohrcn mit einem inneren Durchmesser von 19,05 und 24,61 mm, in welchen sowohl die Wassergeschwindigkeiten zur Düse und der Luftfluß zum Rohr systematisch variiert wurden, durchgeführt. Für jede Testreihe (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/ 283 m³ Luft/min variiert.

Diese Teste ergaben, daß die Volumengeschwindigkeit des Wasserflusses pro Volumen Luftfluß kein regelnder Faktor 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 Funktion der kW des Strahls pro Einheit des Querschnittsgebictes der Luftzufuhr oder des Luftrohres ist. Diese letztgenannte Menge wird aus der Gleichung berechnet:

Dabei bedeutet:

W Wassergeschwindigkeit aus der Düse in kg/sec,

V Strahlgeschwindigkeit in m/sec,

g 9,8 m/sec²,

A Führungsquerschnittsgebiet in m² (im Zentrum der durch das Mischen von Gas und Wasser geschaffenen Turbulenzzone).

Die in F i g. 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 Umkehrstrahl verliehene Druckabfall eine fast direkte Funktion der vorgesehenen kW des Strahls ist Die Längen der entsprechenden Markierungen auf der Kurve (F i g. 5) stellen die Änderung im Druckabfall über den untersuchten Bereich von Luftgeschwindigkeit dar (450— 1200 m/ min). Unter Verwendung der Daten von F i g. 5 kann der Fachmann ohne weiteres — bei gegebener Wasserquelie — eine Waschanlage zur Erzielung eines vorherbestimmten Druckabfalles konstruieren.

Der obige Versuch zeigt, daß das Umkehrstrahl-Verfahren neben der Entfernung fein zerteilter Materialien aus Gasströmen zwei wesentliche Vorteile besitzt. Es kann in einem Gasflußsystem verwendet werden, um ■ einen relativ konstanten Druckabfall in einem System mit stark variierenden FlieQgcschwindigkeiten aufrechtzuerhalten, wobei sich im Gasstrom keine sich bewegenden Teile befinden. Dazu sollte der Querschnitt der Leitung zweckmäßig — wie in Fig. 2 — konstant sein und nicht, wie in F i g. 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

is 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 den Umkehrstrahl auf 17,8 cm Druckabfall konstruiert. Hann erhöh! eine Verdopplung der Fücßgc schwindigkeit 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 ein- j stellt. Der Druckabfall über die Turbulenzzone ist eine Funktion der kW des Strahls, ungeachtet der Forderungen für das Waschen oder Berühren des Gasstromes mit

jo der Flüssigkeit. Eine Form einer solchen Anlage ist in 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 Über- ' lauf 31 zum Wäscher. Ein Paar von Drucksensoren 32 und 33 signalisieren jede Veränderung im Druckabfall zur Kontrolleinhcit 34, die dann das automatische Ventil 35 betätigt. Wenn z. B. das Druckdifferential unter einen festgesetzten Wert fällt, bewegt sich das Ventil 35 gegen eine geschlossene Stellung und führt dadurch weiteres Wasser zur Düse 14, wodurch sich der Duckabfall 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 Wasserabfuhrdrucke variieren.

Versuche haben gezeigt, daß praktisch die gesamte Energie des Umkehrstrahls zum Waschen verwendet

so wird. Aufgrund dieser hohen Energieübertragung pro Einheit Druckabfall zeigt der Umkehrstrahl Vaschwirksamkeiten, die denen von wesentlich komplizierteren Vorrichtungen mit wesentlich höheren Druckabfall gleich sind. In den im folgenden angegebenen Beispielen kann die Verwendung des Umkehrstrahls 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 0,81 vorzugsweise mindestens 1.21 Strahl-kW/lOOOcm² Querschnittgebiet der Leitung ausgespritzt wird. Die Wirksamkeit der Entfernung des fein zerteilten Materials neigt mit erhöhten ___' kW/1000 cm² zu einer Erhöhung auf einen praktischen ; Grenzwert, wo eine weitere Erhöhung der kW nur zu _: ;< einer unbedeutenden Erhöhung der Wasch Wirksamkeit ';-'-

führt. Wenn auch in manchen Systemen ein gewisser Flüssigkeits/Gas- Kontakt erreicht werden kann, wenn mit weniger als 0,81 kW/1000 cm² 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 Wasserstrahl zu vermeiden, sind jedoch Gasgeschwindigkeiten von mindestens 300 m/min, vorzugsweise mindestens 450 m/min, zweckmäßig.

Die Geometrie des Wasserstrahls, wie er »us 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 Leitungswandung zweckmäßig, und diese hängen etwas von der Geometrie der Leitungen im Wäscher 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 Füllrri^tertalien.

Für den Umkehrstrahl-Wäscher können selbstverständlich auch andere Flüssigkeiten als Wasser verwendet we-den; d. h. in Erdölraffinerien, wo 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 vorteilhaft sein. Alkalien, Säuren und andere Materialien zur besseren Entfernung der gewählten Materialien in die Waschflüssigkeit zuzugeben.

Beispiel 1

In einem Ilmeniterz-Aufschlußsystem der in Fig. 1 gezeigten Art wurde der Wäscher 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 Umkehrstrahl ist so beschaffen, daß er einen Druckabfall von 21,6 cm Wasser bei einem Wert von 2,25 kg/1000 cm² ergibt Der Druckabfall, der durch den im Gegenstrom fließenden Strahl bei dessen Richtungsumkehrung erzeugt wird, ermöglicht eine Verminderur.g des Gasflusses auf 780 m³/min während des Erzzufc. '-e-Zyklus trotz des großen Durchmessers des Ausiaßrohres 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 Staubentfernung erzielt. Tatsächliche Messungen der Erzstaubentfernung durch Luftuntersuchung mit Geiman-Vorrichtungen und Gasfaserfiitern vom Typ A unmittelbar vor dem Wäscher und am Gebläsekamin zeigten Entfernungswirksamkeiten von 92 -98%. Die Analyse von wäßrigen Suspensionen des gesammelten Erzstaubes auf die Teilchengröße mittels eines Coulter-Zählers zeigten, daß das den Wäscher betretende Material einen mittleren Gewichtsdurchmesser von 1,1 μπι hatte; das aus dem Kamin gehende Material hatte einen solchen von 0,8 μιτι. Dies zeigt die wirksame Entfernung von Materialien mit einem Teilchengrößenbereich, die durch bisherige Verfahren nur schwer zu entfernen waren. Über längere Betriebspe-

!0 rioden 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 wannen, gesättigtem Gas und kaltem Wasser mit dem Umkehrstrahl 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 Flüssigkeits/Gas-Berührung oder Gasabsorption.

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 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 850 mVmin vom normalen Wert von 1132m³/min. Manchmal wird die Kapazität auch überschritten, so daß überschüssiger Wasserdampf und fein zerteiltes Materia! direkt vom Aufschlußgefäß an die Atmosphäre entlüftet werden; dies ergibt einen »Regen« von sauren Wassertröpfchen und einen Ausstoß von Erzteilchen in der Nachbarschaft um das Erzreaktionsgebäude.

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 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, würden zu noch erheblicheren Investitions- und Betriebskosten rühren.

Beispiel 2

Dieses Beispiel zeigt die Anwendung des Umkehrstrahls zur Entfernung eines ausgewählten Gases, nämlich hier SO?, aus der Mischung von Gasen durch Absorption in eine geeignete Flüssigkeit, nämlich eine verdünnte wäßrige NaOH-Lösung ausreichender Aikaiinität, um das verbrauchte Wasser auf einem pH-Wert über 8,0 zu halten, nachdem es etwa 300 ppm SO2 vom

fließenden Gasstrom absorbiert hat. Das zu behandelnde Gas ist Luft, der bekannte Mengen SO2 zugefügt wurden. Die Gasgeschwindigkeit betrug 13,5 m/sec. Die Umkehrstrahl-Anlage ist gleich der für das Ilmenitverfahren in F i g. 1 und 2 beschriebenen Anlage.

Bei einer derartigen Absorption erfolgt eine chemische Reaktion zwischen dem SO2 und NaOH unter Bildung von löslichen Na2SOj, das das SO2 in wirksamer Weise im Wasser zurückhält.

Um die Wirksamkeit des Absorptionssystem zu testen, wurde die Konzentratiop an SO2 im Gas von O 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 S02-Konzentrationen an Eintritt und Auslaß zu messen.

Der Druckabfall uber die Ümkchrdüse betrug während des Tests 21,6 cm, was 2,25 kW/1000 cm² entsprach.

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

Zeit in min	ppm SO2 am	ppm SO2 am	30
	Eintritt	Auslaß
0,00	60	12
2,30		9
5,00		8	35
8,00		U
830	85
!3,00		0
13,15	122
17,00		0	40
1730	175
21,00		8
2130	*)0
24,00		16

Diese graphische Darstellung dieser Daten zeigt, daß der Umkehrstrahl 80% SO2 bei einer Eintrittskonzentration von 60 ppm absorbierte und daß 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 Umkehrstrahl als Absorber zu zeigen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Waschen eines Gases durch Berührung des durch eine Leitung fließenden Gases mit mindestens einem aus einer Düse austretenden Strahl einer im Gegenstrom zum Gas fließenden Flüssigkeit, wobei die Durchschnittsgeschwindigkeit des durch die Leitung fließenden Gases auf mindestens 300 m/min gehalten wird, und die Geschwindigkeit der aus der Düse austretenden Flüssigkeit ausreicht, um eine Leistung von mehr als 0,81 kW pro 1000 cm² Leitungsquerschnitt zu ergeben, nach Patent2222561, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchschnittsgeschwindigkeit des durch die Leitung fließenden Gases auch auf mindestens der Flutungsgeschwindigkeit gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchschnittsgeschwindigkeit des durch die Leitung fließenden Gases auf mindestens 450 m/roingehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der aus der Düse austretenden Flüssigkeit ausreicht, um eine Leistung von mindestens 1,21 kW pro 1000 cm² Leitungsquerschnitt zu ergeben.