DE2332402A1

DE2332402A1 - Kontaktverfahren fuer gase und fliessfaehige medien

Info

Publication number: DE2332402A1
Application number: DE2332402A
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: MINERAL CHEM RESOURCE CO
Current assignee: MINERAL CHEM RESOURCE CO
Priority date: 1972-06-26
Filing date: 1973-06-26
Publication date: 1974-01-10
Also published as: CA993175A; JPS4952179A; GB1436454A; AU5723973A; US3791104A; SE402868B; NL7308757A

Description

Kontaktverfahren für Gase und fließfähige Medien

Priorität: 26. Juni 1972 , V.St.A., Nr. 266 333

Die Erfindung betrifft ein Kontaktverfahren für Gase und Flüssigkeiten. Anwendungsgebiet der Erfindung sind Einrichtungen zur Steuerung der Umweltverschmutzung, bei denen der Mechanismus der Berührung eines Gases mit einer Flüssigkeit ausgenutzt wird.

Zur Einschränkung der Umweltverschmutzung nutzen viele Vorrichtungen diesen Mechanismus der Berührung eines Gases mit einer Flüssigkeit aus, um schädliche Bestandteile aus einem Gasstrom oder einem Abwasser zu entfernen. Beispielsweise können gewisse Gasbestandteile wie Schwefeldioxyd aus einem zusammengesetzten Gasstrom bzw. einem Gasgemischstrom oder aus Luft ausgewaschen werden. Auch Feststoffteilchen und flüssige Aerosole, die in einem Gasstrom suspendiert sind, können mit dem Kontakt-

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verfahren für Gase und Flüssigkeiten abgeführt werden» Ruft er dcη können unervriinsehte Bio-Organismen und andere oxidationsfähige Bestandteile in einem Flüssigkeitsstrom dadurch oxidiert werden, daß der Strom mit einem sauerstoffhaltigen Gas in Berührung gebracht wird.

Viele Vorrichtungen und Verfahren, bei denen Gase mit Flüssigkeiten oder mit Flüssigkeiten, die darin suspendierte Feststoffe enthalten, in Berührung gebracht werden, wenden

Gasströmungsgeschwindigkeiten/
hohe / ; und e"ine geringe Berührungszeit zwischen dem Gas und der Flüssigkeit an, um ein Mischen der Flüssigkeit mit dem Gasstrom zu erzielen. Zu solchen Vorrichtungen gehören Benetzungs- oder Ausstoß-Venturirohre, überflutete Scheiben und Füllkörpersäulen. Viele Arten von Flüssigkeitssprüh- und Turbinensprühverfahren in Kombination mit Füllkörperbetten oder Türmen mit Einbauten, denen im allgemeinen zentrifugale Trennverfahren oder Trennverfahren in Türmen mit Einbauten zugeordnet .sind, werden gleichfalls angewandt. Die meisten dieser Vorrichtungen und Verfahren betonen die Notwendigkeit für einen hohen Durchsatz an Gas pro Flüssigkeitsvolumen und eine geringe Gas-Flüssigkeit-Berührungszeit, um große Gasvolumen in verschiedenen industriellen Anwendungsfällen behandeln zu können. Im allgemeinen kann mit diesen Vorrichtungen und Verfahren eine große Menge an Schmutzstoffen pro Zeiteinheit aufgrund der großen Gasströmung entfernt werden; aber sie sind nicht geeignet, den Schrautzgehalt so weit zu reduzieren, daß den neuen und strikteren Abgas- und Abwassernormen entsprochen werderr kann, die von den verschiedensten Regierungsstellen gesetzt werden. In dem Maße,

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In dem die Teilchengröße oder die durchschnittliche Tröpfchengröße von Aerosolnebel in einem"vQn einem Gas mitgerissenen Schmutzstoff abnimmt, werden die Abstreif- oder Wascheinrichtungen nach dem Stand der Technik immer unwirksamer. Auch wenn eine Reihe von solchen Abstreif- oder Wascheinrichtungen anger wandt werden kann, um nacheinander die Gas-.und Flüssigkeiteströme miteinander in Berührung zu bringen, so sind doch die • Installatlonskosten übermäßig hoch, und die schrittweise Verbesserung in der gesamten Schmutzstoffbeseitigung muß nicht einmal zufriedenstellend sein.

Für eine allgemeine Abhandlung, die den Stand der Technik in Sachen Umweltschutz betrifft, sei auf das Buch von Lund "Industrial Pollution Control Handbook", 1971, Kapitel 22 und hingewiesen.

Aufgabe der Erfindung 1st es, . ein verbessertes Verfahren zum Entfernen von Störstoffen aus Gasen oder Flüssigkeiten zu schaffen.

Die Erfindung beruht In der Anwendung der Berührung zwischen Gasen und Flüssigkeiten unter hoher Energie, mit der Schmutzstoffe aus Gasen oder Flüssigkeiten durch das Erzeugen einer inneren wiederholten Zirkulation mit hoher Geschwindigkeit und einer Innigen Berührung zwischen dem Gas und der Flüssigkeit entfernt werden. Dabei wird der Gasstrom mit hoher Energie in das fließfähige Medium, beispielsweise die Flüssigkeit,dispergiert und die mit Gas versetzte Flüssigkeit im

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Innern innerhalb eines geschlossenen Behälters immer wieder in Zirkulation versetzt, um den Gasstrom und die Flüssigkeit wiederholt miteinander in Berührung zu bringen. Im Fall von Verunreinigungen in Form fester Teilchen oder eines Aerosolnebels wird dabei ein Bestandteil.des Gasgemischstromes von der Flüssigkeit absorbiert oder mit der Flüssigkeit bzw. einem darin dispergierten Feststoff umgesetzt.

Mit dem e'rfindungsgemäJSen Verfahren werden durch eine

Verringerung der Abhängigkeit der Absorptionsleistung von der

Gasdiffusionsgeschwindigkeit/

/ außerordentlich hohe Prozentsätze an Verunreinigungen oder Reaktionsteilnehmern in wirksamer Weise aus dem Gasstrom in die Flüssigkeit übertragen.

Gemäß der Erfindung werden Gase und Flüssigkeiten mit oder ohne in der einen oder anderen Phase suspendierten Feststoffen innerhalb einer geschlossenen Kammer unter großer Scherenergie miteinander in Berührung gebracht und im Innern umgewälzt, um wiederholten Kontakt innerhalb der geschlossenen Kammer zu erzielen. Der Grenzflächenbereich zwischen dem Gas und der Flüssigkeit wird vergrößert, wodurch die Gasdiffusionsrate in die Flüssigkeit erhöht und die Absorption von Bestandteilen des Gasstromes in die Flüssigkeit bzw. die Umsetzung von Feststoffen innerhalb der Flüssigkeit mit einem gasförmigen Bestandteil gefördert wird.

Die Erfindung wird nachfolgend mit vorteilhaften Einzel-309882/1188

heiten anhand schematlscher Zeichnungen eines gegenwärtig bevorzugten AusfUhrungsbeispiels einer Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens näher erläutert. Bs zeigen*

Pig. 1 eine teilweise im Schnitt und teilweise unter Weglassungen dargestellte perspektivische .Ansicht einer einzigen Einheit zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung;

Pig, 2 eine perspektivische Ansicht einer Anordnung aus mehreren Einheiten, bei der eine Reihe der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtungen verwendet 1st.

Das bevorzugte Ausführungsbeisplol der Erfindung Bieht vor, unter hoher Scherleistung einen Gasstrom in eine Flüssigkeit einzuleiten und die mit Gas versetzte Flüssigkeit wiederholt dem Elnleltungsschrltt innerhalb der Kammer zu unterwerfen und dadurch den Gasstrom und die Flüssigkeit über eine längere Zeit hinweg in inaiger Berührung zu halten. Der Gasstrom kann nach dem Abtrennen von der Flüssigkeit im Innern erneut in Zirkulation ge? setzt und mit unbehandeltem Gas noch einmal durch die Einleitungsstufe geführt werden.

Eine mögliche Vorrichtung, mit der dies Verfahren wirksam ausgeführt werden kann, 1st in Pig. 1 gezeigt. Eine geschlossene Kammer 11 hat einen Einlaß 12 für Flüssigkeit, durch den ein flüssiges Absorptionsmittel bzw. eine Flüssigkeit mit darin suspendierten Feststoffen in einen Trübe- bzw. Schlammkasten 13 eingepumpt wird, von wo aus sie durch eine Öffnung 14 in die

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Kammer 11 gelangt. JEs₁ sei darauf hingewiesen, daß der Ausdruck "Flüssigkeit" hier für eine breiige Masse aus in einer Flüssigkeit dispergierten Feststoffteilchen, eine Emulsion, eine Flüssigkeit oder ein Gemisch aus Flüssigkeiten verwendet wird. Es können nämlich unterschiedliche Anwendungsfälle der Erfindung verschiedene Arten von Flüssigkeiten als Absorptionsmittel oder Reaktionsteilnehmer erfordern.

. Die Kammer 11 ist auch mit einem Gaseinlaß 15 versehen, durch den ein unbehandelter Gasgemischstrom zu einer Zufuhrkammer 16 gelangt. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung soll unter "Gasgemischstrom" ein Gasstrom verstanden werden, der eine Anzahl verschiedener Gasbestandteile oder Gase plus darin dispergierter Feststoffteilchen oder feiner Flüssigkeitströpfchen enthält.- Das unbehandelte Gas strömt unter der Ansaugwirkung

mit Flügeln versehenen
eines sich drehenden,/Laufrades 18 in Zusammenarbeit mit einem Flügelrad 19 aus der Zufuhrkammer 16 durch eine in der-Bodenplatte 32 -der Kammer ausgebildete Öffnung 17. Ein kleiner senkrechter Abstand zwischen der Bodenplatte 32 und dem Laufrad 18 fördert das Einleiten des zugeführten Gases. Die Wirkung des Flügelrades 19 erzeugt eine im wesentlichen quer zur Ebene der Umdrehung des Laufrades 18 gerichtete Strömung der Flüssigkeit und bildet eine Flüssigkeitsdichtung, ähnlich wie beim Gehäuse einer Zentrifugalpumpe. Dann wird die Flüssigkeit durch Zentrifugalkraft insgesamt radial zur Drehebene des Laufrades 18 getrieben. Während die Flüssigkeit und das durch die Öffnung 17 eingeleitete Gas durch die Wirkung des Laufrades 18 gemischt werden, wird das Gemisch nach außen angetrieben und prallt auf eine radial innere

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Kante eines von mehreren nach unten herabhängenden Ständern 20. Die radiale Länge eines jeden Ständers oder Stators 20, kann nach praktischen Erwägungen bemessen sein. Zweck des Ständers 20 ist es, eine Oberfläche zu schaffen, an der das Gemisch einer Scherwirkung ausgesetzt werden kann, bei der sich Bläschen bilden, zerbrechen und erneut bilden. Bei einer verlängerten radialen Abmessung des Ständers 20 kann sich zwar ein geringfügig geändertes Zirkulationsschema innerhalb der Kammer 11 ergeben, aber man kann das Gas-FlUssigkeit-Gemisch auf Ständer von beliebiger radialer Länge aufprallen lassen, die die Turbulenz innerhalb der Flüssigkeit nicht wesentlich verringern.

Durch die kombinierte schnelle Drehung des Laufrades 18 und den Aufprall des zentrifugal angetriebenen Flüsslgkelt-Gas-Gemisches auf die Ständer 20 wird das Gemisch unter hoher kinetischer Energie einer Scherwirkung ausgesetzt und bildet in dem Gemisch kleinste Bläschen. Das der Scherwirkung ausgesetzte Flüsslgkeit-Gas-Gemlsoh (und Feststoffe, falls vorhanden) zirkuliert dann Innerhalb der Kammer 11 längs der allgemein durch die Pfeile In der Zeichnung angedeuteten Bahn In der Flüssigkeit '

ι 27. Die den zentrifugalen Ausstoß bewirkende Geschwindigkeit des j Laufrades 18 für die Zirkulation der Flüssigkeit 1st groß und liegt Im Bereich von 12,2 m/sec (40 Fuß/sec). Die mit· Gas versetzte Flüssigkeit prallt nach außen ab oder wird nach außen ausgestoßen und Innerhalb kurzer Zelt vom Flügelrad 19 nach oben an-

getrieben, durch das Laufrad 18 nach außen geschleudert und mit Gas aus der öffnung 17 vermischt und durch das Laufrad 18 und die

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Ständer 20 einer Scherwirkung unterworfen. Die wiederholte innere Umwälzung der Flüssigkeit und die verlängerte Berührungsdauer des Gasstroms mit der Flüssigkeit fördern die Entfernung von Verunreinigungen odor gasförmigen Reaktions-teilnehmern aus dem durch den Gaseinlaß 15 strömenden Gas.

Das Laufrad 18 ist von einer Welle 21 abgestützt, die aus der Zufuhrkammer 16 durch ein gasdichtes Lager 22 herausragt, und ist mit einer imtriebsriemenscheibe 23 verbunden. Diese Riemenscheibe 23 wird durch einen V-Riemen bzw. Keilriemen 24 in Umdrehung versetzt, der seinerseits von einem Motor 26 und einer Motorriemenscheibe 25 angetrieben wird. Der Motor 26 läuft mit so großer Geschwindigkeit, daß die ¥elle 21 mit dem Laufrad 18 und mit dem Flügelrad 19 mit so großer Umdrehungszahl pro Minute angetrieben wird, daß die gewünschte Umfangsgeschwindigkeit dos Laufrades 18 ersielt wird. Die Geschwindigkeit, mit der das Laufrad 18 in Umdrehung versetzt wird, hängt in gewissem MaSe nicht nur vom Durchmesser des Laufrades 18 sondern auch von der Größe der Kammer 11, der Viskosität der Flüssigkeit sowie von Suspensionsmerkmalen der möglicherweise in der Flüssigkeit vorhandenen Feststoffe ab.

Die Flüssigkeit 27 füllt die Kammer 11 bis zum Flüssigkeitspegel 28. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, liegen das Flügelrad 19, das Laufrad 18, und die Öffnung 17 völlig unterhalb des Flüssigkeitspegels 28, wodurch gewährleistet ist, daß das aus der Öffnung I7 austretende Gas in die Flüssigkeitsmenge 27

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hinein dispergiert wird. Vorzugsweise wird nach einer gewissen Dauer des Verfahrens die Kammer 11 bis zum Flüssigkeitspegel 28 im wesentlichen mit einem Schaum gefüllt. Die Bildung eines Schaums gewährleistet die maximale Oberflächenausdehnung der Gas-Flüssigkeit-Grenzflache bzw. Zwischenfläche in der mit Gas. versetzten Flüssigkeit und reduziert den Kraftverbrauch durch eine Verringerung der scheinbaren Dichte und Viskosität der Flüssigkeit. Allerdings kann eine angemessene Umwälzung und die benötigte Dauer der innigen Berührung mit dem Verfahren auch ohne Bildung eines Schaums erzielt werden.

Wenn sich da3 Laufrad 18 dreht und die Flüssigkeit mit dem durch die Öffnung 17 in den Kontaktbereich eintretenden Gas in Berührung bringt, wird die scheinbare Dichte der Flüssigkeit27 durch das Einleiten des Gases in Form kleinster Bläschen reduziert. Die gleiche Bedingung besteht natürlich auch wenn die Flüssigkeit eine Dispersion von Feststoffteilchen oder-Reaktloncteilnehraern enthält. Die scheinbare Dichte einer solchen breiigen Masse oder Aufschlämmung würde ebenso verringert, wie die einer reinen'Flüssigkeit, und die ausgedehnte Berührung an der Zwischenfläche oder Grenzfläche zwischen dem Gas und der Flüssigkeit wird durch die hohe Scherleistung gefördert, die die Bildung von Gasbläschen in der Flüssigkeit verursacht.

Die meisten Umsetzungen, die das bevorzugte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erleichtert, erfolgen in der Flüssigkeitsphase. Wenn eine breiige Masse oder Aufschlämmung als Flüssigkeit verwendet wird, können die in dieser

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breiigen Masse dispergieren' Feststoffteilchen Reaktionsteilnehmer für die Lösung oder Ionen an der Oberfläche der Peststoffteilchen liefern, die mit .den Bestandteilen des Gasstromes umgesetzt werden. Diese Umsetzungen oder Reaktionen kann man deshalb als Gas-Plüssigkeit-Reaktionen bezeichnen, obwohl ein fester Stoff in Breiform vorhanden sein kann., der Reaktionsteilnehmer liefert.

Wenn die-breiige Masse oder Flüssigkeit 27 eine für wirkungsvoll oder wirtschaftlich gehaltene Menge des gewünschten Bestandteiles des- Gases absorbiert hat, verläßt die verbrauchte Flüssigkeit bzw. die verbrauchte breiige Masse die Kammer 11 durch eine Ausflußöffnung 29 und gelangt in einen Auffangkasten 30, den sie als Abwasser oder zur erneuten Verwendung in einem Verfahrenszyklus durch das Ausflußrohr 31 verläßt. Das Gas wird von der Flüssigkeit 27 am Flüssigkoitspegel 28 dadurch getrennt, daß es allmählich durchsickert bzw. die Flüssigkeit durchdringt und daß die innerhalb der Kammer 11 gebildeten kleinen Bläschen aufbrechen und das Gas aus einem Auslaß 32 zur Atmosphäre hin entweicht oder in anschließenden Verfahren weiteren Verarbeitungsschritten unterworfen wird. ^;

Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung ist ein System aus vier der in Fig. 1 gezeigten Einheiten und kann zur schrittweisen nacheinander erfolgenden Behandlung verschmutzter Flüssigkeiten oder Gase oder zum Umsetzen breiiger Massen mit Gasen wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben verwendet werden. Die Vor-

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richtung 40 umfai3t vier geschlossene Kammern 41a, 41 b, 41c und 41 d, in denen Gaszufuhrkamraern, Gaszufuhröffnungen, Laufräder, ,Flügelräder, und Ständer (von denen hier keine gezeigt sind) ähnlich wie im Zusammenhang mit der Vorrichtung gemäß Fig. 1 beschrieben, dazu dienen, eine Flüssigkeit und ein Gas. miteinander in Berührung zu bringen. Die Vorrichtung 40 umfaßt eine Gaszufuhrleitung 42 und eine Flüssigkeitszufuhrleitung 43 für einen Gegenstromfluß von Gas und Flüssigkeit. . Die Flüssigkeit wird in die Flüssigkeitszufuhrleitung 43 geleitet und fließt dann weiter durch die Kammer 41a, wo sie mit dem Gas in Berührung gebracht wird, welches "bereits vorher in der Kammer 41 b einem Kontaktverfahren ausgesetzt und dann abgetrennt und durch eine Leitung 44 in die Kammer 41a geleitet wurde. Wenn die Flüssigkeit mit dem Gas aus der Gasleitung 44 In der Kammer 41a ausreichend kontaktiert wurde, wird sie in die Kammer 41b weitergeleitet und dann nacheinander in die Kammer 41c und 41 d. Die verbrauchte Flüssigkeit wird dann einem Flüssigkeitsauslaufkasten 45 zugeleitet und kann dann durch eine Abwasserleitung 46 entweder einem erneuten Verfahren zugeführt oder als Abwasser abgeleitet werden. Zufuhrgas wird durch die Zufuhrgasleitung 42 zugeführt und nacheinander mit der zirkulierenden Flüssigkeit in den Kammern 41 d, 41 c, 41b und 41a In Berührung gebracht und von der Flüssigkeit wieder getrennt, bis das behandelte bzw. umgesetzte Gas durch ein Gasrohr 47 für umgesetztes Gas von der Anlage abgeführt wird. Es sei darauf hingewiesen, daß das Gas der Vorrichtung gemäß Flg. 1 oder Flg. 2 entweder unter Druck oder als Saugströmung mit Hilfe einer Vakuumvorrichtung zugeführt werden kann, die in Strömungsrichtung hinter dem

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Gasrohr 47 angeordnet ist, oder daß die Gasströmung durch die Wirkung des Laufrades 18 von selbst eingeleitet "werden, kann (Fig. 1 ). Ferner sei noch erwähnt, daß die Strömungsgeschwindigkeiten zwischen den einzelnen Kammern. 41a, 41b, 41c, 41 d innerhalb der Vorrichtung 40 durch entsprechende hier nicht gezeigte Flüssigkeitspegelsteuerungen und gleichfalls nicht gezeigte Gasventile gesteuert- sein, können, um die optimalen Bei.werte für die Flüssigkeitspegel und Gasströmungsgeschwindigkeitcn beizubehalten.

Für die Absorption eines Bestandteiles eines Gasstromes durch eine Flüssigkeit sind zwei Phänomene zu berücksichtigen, nämlich die chemische Reaktionsgeschwindigkeit oder Lö'sllchkeitsgesohwindiskeit des Gases in der Flüssigkeit und die GasdiffusionsgeEehränaigkeit·. Die chemische Reaktions- oder Löslichkeitsgescliv/indigkeit für o-.in spezifisches Gas und eine spezifische Flüssigkeit ist durch die Konzentration, die Temperatur und äen Druck des System« festgelegt. Die Diffusionsgeschwindigkeit jedoch kann unter den gleichen Bcdingunge'n erheb] ich gesteigert werden, durch eine kontinuierliche, rasche und wiederholte Scherwirkung zur Bildung von Bläschen. Box bekannten Absorptionsvorrichtungen mit Venturirohr oder Aufprall ·- bzw. Berührungswirkung hängt der Ger.amtprozeß von der Diffusion ab. Die vorliegende Erfindung kann mit ihrer ungeheuren Leistungsfähigkeit hinsichtlich der Bildung von Bläschen durch Schorvrirkung das gesamte Verfahren nahezu völlig reaktionspVih'-'ngij";; machen.

Bei einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens, bei dem ί?0.-> 309882/1188

aus einem Gasstrom entfernt werden soll, beispielsweise aus don aus Schornsteinen eines Hüttenwerkes oder einer anderen industriellen Anlage entweichenden Gasen,kann die Vorrichtung nutzvoll eingesetzt werden, um das Abgas mit einem wässrigen Brei eines Stoffes in Berührung zu bringen, der mit SO₂ umgesetzt wird, beispielsweise Kalkstein, Dolomit, ein Alkalihydroxid oder ein Absorptionsmittel wie Aktivkohle. Unter Hinweis auf Fig. 1 würde das zu behandelnde SOg-haltige Gas in die Vorrichtung durch den Gaseinlaß 15 in die Zufuhrkammer 16 eingepumpt und unter der Wirkung des Laufrades 18 und des Flügelrades I9 durch die Öffnung 1? in die breiige Masse eingeleitet. Die teilweine mit Gas versetzte Flüssigkeit läßt man dann auf die Ständer 20 aufprallen, und di-e von dem das Gas in die Flüssigkeit einleitenden Laufrad 18 erzeugten Bläschen werden aufgebrochen, einer Scheruirkung ausgesetzt und erneut geformt. Die mit Gas versetzte Flüssigkeit wird, wie durch die Pfeile angezeigt, in der Flüssigkeit 27 in Zirkulation versetzt, damit das SO₂ mit den geringfügig löslichen Calcium- oder Magnesiumverbindungen in innige Berührung gelangt. DaiJ bei dieser Ausführungsform des Verfahrens gebildete Calciumsulfit wird dann durch das Ausflußrohr 31 aus der Anlage entfernt. Die durch das Einleiten gebildeten sehr kleinen Bläschen des S0₂~haltigon Gases sorgen für ein sehr hohes Verhältnis zwischen der Grenzflächenausdehnung und dem Gasvolumen und fördern die Absorption von SO₂ durch die Flüssigkeit.

Die hochleistungsfähige Zirkulation der Flüssigkeit

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innerhalb des Behälters 11 hat einen zusätzlichen Vorteil, wenn eine flüssige Aufschlämmung als Absorptionsmittel oder Reaktionsteilnehmer für einen Bestandteil des Gasstromes verwendet wird. Die gemäß der Lehre der Erfindung erzielte hochleistungsfähige Scherwirkung und Zirkulation sorgt nämlich für einen Ibrieb der umgesetzten äußeren Schichten auf Feststoffoberflächen, so daß ständig neue, noch nicht umgesetzte Feststoffoberflächen dem einströmenden Gas und der Flüssigkeit, in der dac Teilchen suspendiert ist, ausgesetzt worden. Diese Abriebwirkung an der Oberfläche der Teilchen erhöht noch zusätzlich die Leistungsfähigkeit hinsichtlich des Abzugs des Gasbestandteiles und der Ausnutzung des festen Reaktionsteilnehmers. Hin weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die mit hoher Geschwindigkeit erfolgende Zirkulation verhindert, daß sich unlösliche Reaktionsprodukte, beispielsweise Calciumsulfit oder Calciumsulfat an der Vorrichtung und an Oberflächen der Gefäße als Kesselstein oder Krusten ansammeln.

Es sei darauf hingewiesen, daß der Energiebedarf der Erfindung pro Einheit entfernten Schmutzstoffes größer ist als bei bekannten Verfahren. Um über längere Zeit hinweg Flücrsigkeitsmengen wirksam in Umwälzung zu versetzen und die Diffusions™ abhängigkeit der Absorption oder Reaktion auf ein Minimum einzuschränken, wird F.ehr viel Energie gebraucht. Das Steigern der

Di ff UGi onsgeschw.i. n;ii gke i t /

ütui~<J"e"r~Tnjsorptionsleistung steht in direktem

Verhältnis zur Menge, der in das Verfahren eingesetzten Energie durch Mischen, Scheren und Zirkulieren. Die Wirksamkeit des

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Kontaktierens unter hoher Leistung zeigt sich an der Entfernung wesentlich erhöhter Prozentsätze an Schmutzstoffen.

Ein weiteres Beispiel zur Anwendung dos Verfahrens ist die Entfernung von Aerosolnobel oder Teilchen aus einem Gasstrom. Aerosolnebel, die besonders schwer aus einem Gasstrom zu beseitigen sind, beispielsweise aus den von einer Schwefelsäureanlage stammenden Gasströmen, können unter Anwendung des erfindungsgeraäßen Verfahrens, wirksam abgeführt werden. Teilchenförinige Stoffe mit kleinem durchschnittlichem Durchmesser, wie sio aus Schmelzvorgängen oder Metall\^iPerarbeitungsanlagen austreten, können durch dar, erfindungsgemäße Verfahren mit einer Flüssigkeit wirksam absorbiert werden. Die hoehleistungsfähigo Scherwirkung und die Bildung äußerst feiner Bläschen oder die Schaumbildung innerhalb der Flüssigkeit fördert die maximale Oberflächenberührung zum Absorbieren von Nebeln und Teilchen mit sehr kleinom Durchmesser aus dem Gasstrom. Beispielsweise ist Schwefelsäurenebel durch Wassersprühverfahren oder Verfahren unter Anwendung von Füllkörpersäulen und dergleichen sehr schwer aus einem Gasstrom zu entfernen. Die durchschnittliche Größe eines Tröpfchens des Schwefelsäurenebels kann nämlich weniger als ein Mikron betragen. Die ausgedehnte Verweilzeit, die das vorliegende Verfahren vorsieht, bewirkt gemeinsam mit dein hochleistungsfähigen Mischen des Gases und"der Flüssigkeit eine wirksame Entfernung von bis zu 99 % eines solchen Nebels.

Als weiteres Beispiel für die Anwendung des Verfahrens

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sei das Abstreifen schwach löslicher Gase oder von Dampfhochdruckgasen aus ihrer Flüssigkeitslösung in einen Gasstrom genannt. Beispielsweise ist H₀S mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgreich aus saurem !fässer ausgewaschen wo??den, wobei atmosphärische Luft als Zufuhrgas diente, und (Hexa-)Fluorkieselsäure ist erfolgreich aus grüner Phosphorsäure entfernt worden, wobei Luft als Zufuhrgay diente.

Ferner läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren zum Oxydieren von Bio-Organismen in Abwässern, anwenden, wobei die Flüssigkeit, welche Abwasser als feste und kolloidale Suspensionen enthält, mit einem saucrstoffhaltigeo. Gas wie Luft in Berührung gebracht wird. Dies Beispiel ist ;jedoch nicht als Einschränkung des vorliegenden Verfahrens aufzufassen. Alle möglichen, aus einer Fabrik oder Anlage ausströmenden Mittel r.:it hohen cherüschem oder biologischen Sauerstoffbedarf können geuv'iB der Lrfindung wirksam behandelt werden. Brauereiabwässer und- andere Industrieabfall können mit einem sauer stoff halt igen Gas in ."Berührung gebracht werden, um den chemischen-oder biologischen Sauerstoffbedarf zu verringern und die Abfälle oder Abwässer der jeweiligen Anlage für die geltenden Umweltsclvatznornen akzeptabel zu machen. Die Oxydation von Sisen(II)- zu Eisen (Ill)-Ionen, Sulfit- zu Sulfat-jfonen, Kohleunonoxyd zu. Kohlendioxyd und die Hydrolyse gasförmigen Ammoniaks zu Anmoniura-Ionen sind weitere Anwendungsgebiete der Erfindung.

Die ohne- Zuhilfenahme einer äußeren Zusatzeinrichtung ::u\i Verstärken der Gasströmung einleitbare Gasstromungsnenge schwankt

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Je nach der Viskosität der Flüssigkeit bzw. der breiigen Masse, der Gleichgewichtstemperatur, der Laufraddrehzahl und weiteren Parametern von ca. 0-20 m /min Zufuhrgas pro 1m Flüssigkeit.

(Strömung:-;-) Bei der wahlweisen Verwendung eines äußeren/Vorstärkers kann eine wirksame Absorption bis zu ca. 40ia /min/m Flüssigkeit erreicht werden. Das Durchraesserverhältnis zwischen den Laufradschaufeln und der Kammer sollte auf ca. 0,33 gehalten werden, und die Umfangsgeschwindigkeit des·Laufrades 18 sollte im Bereich von ca. 7,93m/sec - Ί 2,1 9in/s.ee (26-40 Fuß/sec) gehalten werden, um eine ordnungsgemäße Zirkulation der Flüssigkeit innerhalb ,der Kammer beizubehalten. .Aufgabe der Laufrad drehzahl ist es, eine praktische Gaszufuhrgeschwindigkeit zu erzeugen · und eine angemessene Scherraie oder Kennzahl für die Bläschenbildung zu erzielen. Die Bläschenbildungskennzahl wird durch Multiplikation der Anzahl der Schaufeln am Laufrad 18 mit der Drehzahl des Laufrades 18 und der Anzahl Ständer 20 erhalten. Diese Bläschenbildungskennzahl kann zwischen 60.000 und 120.000 schwanken. Die Gestalt des Laufrades 18 1st vorzugsweise im Schnitt dreieckig, wenn auch Jede beliebige Gestalt möglich ist, vorausgesetzt, daß sie eine leistungsfähige Gasströmung in die Flüssigkeit einleitet und für ein ordnungsgemäßes Mischen und Scheren des Gases und der Flüssigkeit innerhalb der Kammer 11.der Vorrichtung sorgt. Es hat sich gezeigt, daß ein angemessenes Verhältnis zwischen den Durchmessern von Laufrad 18 und Flügelrad 19 ca. 4:3· beträgt.

In Laborversuchen wurden bei Anwendung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung Gas3tröme von 8000 und 16000cm /min,

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die 600 Teile pro 1 Million'Teile (ppm) PI₂S und 300 Teile pro 1 Hi 11 ion Teile (ppm.) SO₂ enthielte», in Lösungen dispergiert, die für den SOOOcnrVrain-Test 50 g NaOPI in 1 50OcHT⁵ Wasser und für den 1 6000cm /min-Test ¹OO S KaOIl in 1 500ccr !fässer enthielten.

Sowohl H S als auch SOp waren qualitativ in der WaOH-Lösung 2

fixiert, und es wurde während Versuchszeiten, die zwischen einer' Stunde und 33 Stunden schwankten, kein Austritt von Säuregas in Strömungsrichtung hinter der Hochleistuags-Absorptionseinrichtung festgestellt.

In Vorversuchen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurde in die Vorrichtung ein Zufuhrgas eingeleitet, das 6250 Teile pro 1 Million .Teile (ppm) SOp enthielt, und dieses wurde mit einer breiigen Kasse von 5 Gew,^ gelöschtem Kalk in Wasser in Berührung gebracht. Das Volumen der Kontaktkammer betrug ca. 0,91 m (32 KutikFuß), und zur Umwälzanlage gehörte ein Laufrad mit 6 Schaufeln, einem Durchmesser von 43,18 cm (I7 Zoll) und 24 Ständer. Die Vorrichtung arbeitete mit selbsteingeleiteter Gasströmung von 5,664 m /min ^OQKuUk-ffuß/nin). Eine Analyse ergab, daß das aus dem Verfahren ausströmende Gas im Durchschnitt 120 Teile pro 1 Million Teile (ppm) SO₂ während der Versuchsläufe enthielt. Unter Beibehaltung aller obigen Parameter wurde ein äußerer Strömungnverstärker für den Gasstrom hinzugefügt, um die Gasströmung auf 11,3.28 m /min ^!-OOl'iMk-i'uß/nin) zu steigern. Das Ergebnis während des Betriebes betrug im Durchschnitt ca. 240 Teile pro 1 Million Teile (ppm) S0_p. Ss sei darauf hingewiesen, daß diese einstufigen,/ vorgenommenen Versuche nur als Irläuterungsbeispiele zu verwenden sind und den Bereich

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der Erfindung in keiner Weise einengen sollen. Die Ströraungsge s chwlndi gke i tf

/ cTer Flüssigkeit oder breiigen'Masse hängen von der Menge

löslicher Bestandteile im Zufuhrgas, der erlaubten Konzentration dieses löslichen Bestandteiles in der Flüssigkeit sowie der erlaubten Konzentration des schließlichen Reaktionsproduktes in der Flüssigkeit oder breiigen Masse ab.

Mit der Erfindung wird also ein verbessertes Kontaktverfahren für Gasströmu mit Flüssigkeiten geschaffen, das hier jedoch nur anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiols näher beschrieben wurde. Bs können verschiedene .Abänderungen der Gestalt, Größe und Anordnung von Teilen der Vorrichtung.vorgenommen werden, mit denen das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann. Beispielsweise können statt dor hier gezeigten und beschriebenen Elemente und Verfahrensschritte äquivalente Elemente oder Verfahrensschritte gewählt werden, die.Reihenfolge der Verfahrensschritte kann unigekehrt werden, und gewisse Merkmale der Erfindung können unabhängig von anderen angewandt werden, was für den Fachmann ohne weitere Erläuterung klar ist.

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Claims

Ansprüche

1. Kontaktverfahren für Gase und fließfähige Medien, dadurch gekennzei e h η e t, daß ein mehrkomponentiger Gasstrom einer geschlossenen Kammer zugeführt wird, daß ein fließfähiges Medium der geschlossenen Kammer (11; 4la, 4lb, 4lc, ²JId) zugeführt wird, daß Bestandteile des Gasstroms durch Dispergieren des Gasstroms in eine Menge des, fließfähigen Mediums (27) unter hoher Scherleistung absorbiert v/erden, daß das mit Gas versetzte fließfähige Medium wiederholt dem Absorptionsschritt innerhalb der Kammer ausgesetzt wird, wodurch der Gasstrom und das fließfähige Medium über eine längere Zeitspanne in Berührung gehalten werden, daß Gas, aus dem Bestandteile heraus absorbiert worden sind, von dem fließfähigen Medium getrennt wird, und daß abgetrenntes Gas aus der Kammer geleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des dispergierten und dann abgetrennten Gasstroms innerhalb der Kammer erneut dem Absorptionsschritt zugeführt wird, und daß dieser Teil des Gasstromes wiederholt in das mit Gas versetzte fließfähige Medium dispergiert wird.

j5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim ersten und zweiten Zirkulationsschritt der mehrkornponentige Gasstrom und das fließfähige Medium der Kammer in einem Verhältnis von ca. 8 bis ca. 40 Volumenteile Gas pro.Volumenteil des fließfähigen Mediums pro Zeiteinheit zugeführt werden.

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4. Kontaktverfahren für Gase und fließfähige Medien, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein einen Schmutzstoff enthaltender Gasstrom einer geschlossenen Kammer zugeführt wird, daß ein fließfähiges Medium der geschlossenen Kammer zugeführt wird, daß durch Einleiten des Gasstromsunter.hoher Scherleistung in Form fein dispergierter Bläschen in eine Menge des fließfähigen Mediums die scheinbare Dichte dieser Menge des fließfähigen Mediums reduziert und der Grenzflächenkontakt zwischen dem Gas uid dem fließfähigen Medium vergrößert wird, daß das mit Gas versetzte fließfähige Medium erneut dem Reduzierschritt innerhalb der Kammer zugeführt vjird, wodurch der vergrößerte Grenzflächenkontakt zwischen dem Gas und dem fließfähigen Medium über eine ausgedehnte Zeit hinweg beibehalten wird, daß der eingeleitete Gasstrom von dem fließfähigen Medium, getrennt wird, und daß der abgetrennte Gasstrom aus der Kammer geleitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim ersten und zweiten Zirkulationsschritt der mehrkomponentige Gasstrom und das fließfähige Medium in der Kammer in einem Verhältnis von ca. 8 bis ca. 40 Volumenteile des Gasstroms pro Volumenteil des fließfähigen Mediums pro Zeiteinheit in Berührung gebracht werden.

6. Verfahren nach Anspruch \ oder 5* dadurch gekennzeichnet, daß dem Reduzierschritt innerhalb der Kammer mindestens ein Teil des GasStroms, der in das fließfähige Medium eingeleitet und dann von ihr getrennt wurde, erneut zugeführt wird, und daß der erneut"

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zugeführte Teil des Gasstroms wiederholt in dem mit Gas versetzten fließfähigen Medium dispergiert wird.

/nach 7. Kontaktverfahren für Gase und fließfähige Medien, insbesondere/ einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein mehrkomponentiger Gasstrom einer geschlossenen Kammer zugeführt wird, daß ein fließfähiges Medium der geschlossenen Kammer zugeführt wird, daß der Gasstrom in einer Menge der Flüssigkeit unter hoher Scherleistung dispergiert wird durch a) unmittelbares Auftreffenlassen einer Strömung des fließfähigen Mediums auf ein rotierendes Laufrad (18), im wesentlichen quer zur Drehebene des Laufrads, b) Auftreffenlassen des Gasstroms auf die Drehebene, c) zentrifugales Ausstoßen des durch die Aufprallschritte gebildeten Gemisches radial von der Drehebene, und d) Scheren der in dem Gemisch gebildeten Gasbläschen an in der Nähe des Laufrads(18) und in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten, ortsfesten Gliedern (20), daß das Gemisch wiederholt dem Dispergierschritt innerhalb der Kammer zugeleitet v/ird, wodurch der Gasstrom und das fließfähige Medium während einer ausgedehnten Zeitspanne in Berührung gehalten werden, daß Gas, aus dem Bestandteile entfernt worden sind, von dem fließfähigen Medium getrennt wird, und daß der nicht absorbierte Teil des Gases von der Kammer abgeleitet wird.

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