DE2337868A1

DE2337868A1 - Verfahren zur entfernung einer gaskomponente und/oder feinen staubpartikeln aus gasen

Info

Publication number: DE2337868A1
Application number: DE19732337868
Authority: DE
Inventors: Shizuoka Hamamatsu; Makio Kobayashi; Naochiko Meno; Teizo Senjo; Hisashi Uchiyama
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd; Fujikasui Engineering Co Ltd
Current assignee: Kubota Kasui Corp
Priority date: 1972-07-25
Filing date: 1973-07-25
Publication date: 1974-02-07
Also published as: FR2193641B1; DE2337868B2; BE802407A; AU5851473A; NL155737B; FR2193641A1; AT361450B; ATA656773A; GB1390163A; NL7310100A; CA1010357A; IT992667B; GB1429653A; DE2337868C3

Description

Verfahren zur Entfernung einer Gas komponente und/oder feinen Staubpartikeln aus Gasen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung einer Gaskomponente und/oder feinen Staubpartikeln aus Gasen, nach dem Gegenstromverfahren, bei dem das zu reinigende Gas aufwärts durch eine Säule oder einen Turm geführt und mit einem abwärts fließenden Absorptionsmittel in Kontakt gebracht wird.

Das Verfahren der Erfindung ist dabei insbesondere zur Entfernung spezieller Gaskomponenten aus Abgasen geeignet, beispielsweise zur Entfernung von Schwefeldioxid, Oxiden des Stickstoffs, Schwefelwasserstoff und dergleichen, sowie ferner zur Entfernung von feinen Staubpartikeln oder Ruß von Ab- oder Verbrennungsgasen unter Verwendung einer sog. Moredana-Platten-Säule oder eines Moredana-Platten-Turms.

Das Verfahren der Erfindung eignet sich insbesondere zur Entfernung von Schwefeloxiden (SO ) aus Verbrennungsabgas en mit einem Gehalt an SO , z.B. aus Abgasen von Heizkesseln, Heizöfen, Sinterofen, Rostöfen, Konvertern, Schmelzofen und Einäscherungsöfen. Ganz speziell eignet sich das Verfahren der Erfindung zur Absorption von SO aus Rauchgasen durch Inkontaktbringen des Gases mit einem flüssigen Absorbens, das aus einer wäßrigen Suspension von im wesentlichen Calciumcarbonat bestehen kann.

Unter einer "Moridana-Platten-Säule" oder einem "Moridana-Platten-Turm" sind hier Plattensäulen, bzw. Plattentürme zu verstehen, die mindestens eine perforierte Platte oder mindestens ein Gitter oder dergleichen aufweisen, und zwar ohne Überlauf (weir) und Gasabzugsrohr (downcomer).

Naß arbeitende Gas-Absorptions- oder S taub-Ent fernungs verfahren bei denen eine spezifische Gaskomponente oder feine Staubpartikel aus Abgasen entfernt werden, in dem das zu reinigende Gas

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in Kontakt mit einem flüssigen Absorbens gebracht wird, sind bekannt.

Besonders in jüngster Zeit haben aufgrund der ansteigenden industriellen Produktion schädliche Gaskomponenten, insbesondere Schwefeloxide und feine Staubpartikel von Abgasen oder Verbrennungsgasen der verschiedensten Industrieanlagen zu schwerwiegenden Problemen infolge der Verunreinigung der Atmosphäre und durcn Luftverschmutzung geführt. Die naß arbeitenden Gas-Ab s ο rp ti ons verfahren und Staub-Ent fernungs verfahren spielen dabei eine wesentliche Rolle bei der Lösung der Umweltverschmutzung.

Zu den typischen naß arbeitenden Gas-Absorptions- und Staub-Entfernungsprozessen gehören insbesondere solche Verfahren, die Füllkörperkolonnen, Sprühwäscher und Rieseltürme und dergleichen verwenden, sowie ferner solche Verfahren, bei denen Gasabsorber verwendet werden, die aus einer Fraktionierbodenkolonne bestehen oder perforierte Platten aufweisen oder aus sog. Siebplattentürmen oder Siebplattensäulen oder Gitterplattentürmen oder Gitterplattensäulen bestehen.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Verfahren, bei denen eine Füllkörperkolonne verwendet wird, bestimmte Nachteile aufweisen. So tritt beispielsweise bei Verwendung derartiger Türme eine Art Kanalbildung der Flüssigkeits- und Gasströme auf. Des weiteren treten oftmals Verstopfungen in derartigen Füllkörperkolonnen auf, wenn Gase oder Flüssigkeiten verwendet werden, die feste Stoffe, Partikel oder dergleichen enthalten. Auch die Sprühwäscher verwendenden Verfahren weisen Nachteile auf. Nachteilig bei der Verwendung derartiger Sprühwäscher ist, daß zum Versprühen der Flüssigkeit ein hoher Energieaufwand erforderlich ist, daß leicht Flüssigkeit mitgerissen wird und daß die Absorptionskapazität in der Regel nicht zufriedenstellt. Des weiteren hat sich gezeigt, daß Verfahren, die mit Gasabsorbern mit Flüssigkeitströpfchen arbeiten, sich im allgemeinen nicht besonders zum

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Absorbieren von Gasen eignen, die durch eine große Flüssigkeitsfilmwiderstandsfähigkeit ausgezeichnet sind.

Plattenttürme oder Plattensäulen, beispielsweise Fraktionierbödenkolonnen oder Fraktionierglockentürme, Türme und Säulen mit perforierten Platten und dergleichen werden im allgemeinen dann verwendet, wenn große Mengen von Gasen zu reinigen sind und wenn eine Füllkörperkolonne deshalb nicht verwendet werden kann, weil hohe oder niedrige Flüssigkeits-Strömungsgeschwindigkeiten angewandt werden müssen oder, wenn Gase oder Flüssigkeiten mit festen Stoffen verwendet werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch die Platten aufweisenden Säulen oder Türme Nachteile aufweisen. Diese Nachteile bestehen im wesentlichen darin, daß der Druckabfall in der Säule oder in dem Turm relativ iioch ist und daß die sog. Plattenwirksamkeit derartiger Türme und Säulen in der Regel gering ist. Überdies hat sich gezeigt, daß, wird eine Phttensäule zur Absorption von Gas einer hohen Flüssigkeitsfilmwiderstandsfähigkeit verwendet, d.h. zur Absorption eines Gases, das in dem flüssigen Absorbens nur wenig löslich ist, nur eine vergleichsweise geringe Absorption erreicht wird. Dies hat zur Folge, daß große Säulen oder Türme angewandt werden müssen, wobei sich jedoch gezeigt hat, daß auch im Falle der Anwendung großer Säulen und Türme, die Absorption unbefriedigend ist.

Des weiteren hat sicn gezeigt, daß bei Durchführung der üblichen industriellen Absorptionsverfahren die Gasgeschwindigkeit (superficial gas velocity) in den Türmen und Säulen in der Regel auf 0,3 bis 2 m/Sek. begrenzt ist. Infolgedessen ist zur Reinigung einer großen Gasmenge ein großdimensionierter Turm oder eine großdimensionierte Säule erforderlich. Aus dem Gesagten ergibt sicn, daß die Entwicklung von Gas-Absorptions- und Staubet fernungs verfahren mit einer großen Gaskapazität für die Industrie sehr erwünscht ist.

Die bisher bekannten Verfahren zur Entfernung von SO aus Abgasen lassen sich in zwei Haupt typen unterscheiden. Der erste

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Typ verwendet feste Absorptionsmittel, z.B. aktivierte Kohle oder aktiviertes Manganoxid. Bei diesem Typ handelt es sich um sog. trockene Entschwefelungsverfahren. Der zweite Typ dieser Verfahren beruht auf der Absorptions reaktion von SO- mit geeigneten flüssigen Absorptionsmitteln, z.B. einer wäßrigen Natriumhydroxidlösung, Milch oder Soda oder dergleichen. Diese Verfahren werden als sog. nasse Entschwefelungsverfahren bezeichnet.

Von diesen Verfahren weist das nasse Verfahren im Vergleich zu dem trockenen Verfahren gewisse Nachteile auf. So hat sich gezeigt, daß die gereinigten Gase, die in die Atmosphäre abgelassen werden, weiße Dämpfe bilden und schlechte Diffusionseigenschaften aufweisen, aufgrund der Abnahme der Temperatur der gewaschenen Gase. Es hat sich jedoch gezeigt, daß das naß arbeitende Verfahren eine besondere Bedeutung erlangt hat, da es folgende Vorteile aufweist. So verläuft die Absorptions reaktion schneller als beim Trockenprozeß, die Gasbehandlungs- oder Gasreinigungsvorrichtung kann eine vergleichsweise geringere Größe aufweisen, die Betriebskosten sind gering und das Verfahren ist leicht durchführbar.

Bei den bekannten, bisher durchgeführten nassen Entschwefelungsverfahren wird das Abgas mit einem Gehalt an SO mit einem flüssigen Absorbens in Lösung oder Suspension zum Zwecke der Entfernung des SO in Kontakt gebracht und zwar durch Verwendung einer Absorptionsvorrichtung, beispielsweise eines Sprühwäschers, einer Füllkörperkolonne, einer Plattenkolonne oder einer Plattensäule, einer Gitterplatten aufweisenden Kolonne oder anderen Wäschern. Als flüssige Absorptionsmittel werden dabei beispielsweise wäßrige Lösungen oder Suspensionen von Oxiden, Hydroxiden, Carbonaten und Sulfiten von Alkali- oder Erdalkalimetallen, wie auch Ammoniak und seinen Derivaten verwendet.

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Von diesen bekannten Verfahren haben die Verfahren, bei denen Calciumverbindungen, z.B. Calciumoxid, Calciumhydroxid und Calciumcarbonat als Absorptionsmittel verwendet werden, aus mehreren Gründen eine besondere Bedeutung erlangt. So ist das Absorptionsmittel billig und leicht zugänglich und das absorbierte SO kann in Form von Gips, d.h. einem nützlichen Stoff gebun-

den werden.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß die üblichen bekannten Verfahren, die flüssige Absorptionsmittel, einschließlich Calcium-verbindungen in Suspension verwenden, bestimmte schwerwiegende Nachteile aufweisen. So hat sich gezeigt, daß in den Absorptionsvorrichtungen und den hiermit in Verbindung stehenden Vorrichtungen leicht Verstopfungen auftreten und daß eine kontinuierliche Durchführung des Reinigungsverfahrens schwierig durchzuführen ist. Des weiteren hat sich gezeigt, daß das Calciumabsorptionsmittel in unerwünschter Weise mit dem Kohlendioxid des Abgases unter Bildung von Calciumcarbonat reagiert, so daß das Calcium-Absorptionsmittel, das für die Entfernung SO bestimmt ist, in unerwünschter Weise verbraucht wird. Schließlich hat sich gezeigt, daß die Absorptionsgeschwindigkeit von SO im allgemeinen nicht zufriedenstellt. Die Ursachen hierfür liegen in der Absorptionsvorrichtung selbst als auch in der verwendeten Calciumverbindung. So hat sich gezeigt, da ein zufriedenstellender Gas-Flüssigkeitskontakt in den üblichen Absorptionsvorrichtungen nicht erzielt werden kann, eine großdimensionierte Vorrichtung verwendet werden muß oder zwei oder mehr hintereinandergeschaltete Absorptionsvorrichtungen verwendet werden müssen. Überdies hat sich gezeigt, wenn der Absorptionsprozeß unter Anwendung eines hohen Verhältnisses von Strömungsgeschwindigkeit

des flüssigen Absorbens L(kg/m pro Stunde) zur Strömungsgeschwindigkeit des Gases G (kg/m pro Stunde) d.h. beispielsweise bei einem Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeit von Flüssigkeit und Gas (L/G) von 10 bis 20 zur Erhöhung des Gas-Flüssigkeitskontaktes, der Druckabfall in der Kolonne oder dem Turm merklich ansteigt. Demzufolge steigen die Installierungs- und Betriebskosten stark an.

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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Entfernung einer Gaskomponente und/oder feinen Staubpartikeln aus Gasen unter Verwendung eines Moredana-Plattenturmes oder einer Moredana-Plattensäule anzugeben, welches die Entfernung einer speziellen Gaskomponente und/oder feinen Staubpartikeln mit verbesserter Wirksamkeit ermöglicht und bei welchem das Gas bei einer erhöhten Strömungsgeschwindigkeit behandelt werden kann.

Ganz speziell lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Entschwefelung von Abgas, bei dem SO aus Abgasen mit verbesserter Wirksamkeit entfernt und bei dem das Gas in ökonomischer Weise in einer kompakten Vorrichtung aufgearbeitet werden kann, die kontinuierlich über einen langen Zeitraum hinweg betrieben werden kann, zu entwickeln.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Entfernung einer Gaskomponente und/oder feinen Staubpartikeln aus Gasen, nach dem Gegenstromverfahren, bei dem das zu reinigende Gas aufwärts durch eine Säule oder einen Turm ge-führt und mit einer abwärts fließenden Absorptionsflüssigkeit in Kontakt gebracht wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man das zu reinigende Gas aufwärts durch eine Plattensäule oder einen Plattenturn mit mindestens einer perforierten Platte oder Gitterplatte ohne Überlauf (weir) und Gasabzugsrohr (downcomer) mit einem "Freien Raumverhältnis¹¹ (Verhältnis der Fläche der Löcher in der Platte zur Plattenoberfläche) von 0,25 bis 0,60 bei einer Gasgeschwindigkeit (superficial gas velocity) führt, die innerhalb eines sog. Undulationsbereiches liegt, der im folgenden beschrieben werden wird, wohingegen die Absorptionsflüssigkeit abwärts im Gegenstrom durch die Plattensäule bei einem Flüssigkeits-Gasverhältnis (L/G) von 0,5 oder darüber geführt wird.

Das Verfahren der Erfindung eignet sich insbesondere zur Entfernung von Schwefeloxiden aus Verbrennungsabgasen mit einem Gehalt an Schwefeloxiden, wobei als flüssiges Absorbens eine wäßrige Suspension mindestens einer Calciumverbindung, bestehend aus Calcium«.1, Calciumhydroxid und Calciumcarbonat verwendet

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wird. Vorzugsweise wird dabei der pH-Wert der im Kreislauf zirkulierenden Absorptionsflüssigkeit beim Austritt aus der Säule oder dem Turm bei 6 bis 8 gehalten. Vorzugsweise liegt des weiteren die Konzentration an Feststoffen der Absorptionsflüssigkeit beim Austritt aus der Säule oder dem Turm bei 3 bis 15 Gew.-%. Schließlich wird vorzugsweise ein Verhältnis von festen Calciumcarbonat zum Gesamtfeststoffgehalt im flüssigen Absorbens beim Austritt aus der Plattensäule oder dem Plattenturm von 5 bis 35 Gew.-% aufrechterhalten, und zwar durch Zufuhr der Calciumverbindung in das flüssige Absorbens, das rezirkuliert wird.

Die Zeichnungen dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung. Im einzelnen sind in den Zeichnungen dargestellt in :

Figur 1 ein Diagramm, aus dem sich der Druckabfall ΔΡ durch eine Platte in Abhängigkeit von der Gasgeschwindigkeit Ug in ■ einer Moredana-Plattensäule oder einem Moredana-Plattenturm ergibt;

Figuren 2A, 2B und 2C Photographien, welche den Zustand der Gas-Flüssigkeitsmischung auf der Moredana-Platte veranschaulichen;

Figur 3 ein Diagramm, aus dem sich die Abhängigkeit des pH-Wertes des flüssigen Absorptionsmittels (wäßrige Calciumcarbonatsuspension) beim Austritt aus der Moredana-Plattensäule vom Verhältnis vom festen Calciumcarbonatgehalt zum Gesamtfeststoffgehalt des flüssigen Absorptionsmittels beim Austritt aus der Moredana-Plattensäule, während eines Entschwefelungsprozesses ergibt;

Figur 4 ein schematischer Schnitt durch eine Moredana-Plattensäuia, wie sie zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung verwendet werden kann;

Figur 5 eine Aufsicht auf eine Moredana-Platte der in Figur 4

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dargestellten Säule;

Figur 6 die schematische Darstellung eines Verfahrens zur Entfernung von SO aus einem Kaminabgas gemäß der Erfindung.

Gas-Absorptionsverfahren unter Verwendung einer Plattensäule oder eines Plattenturmes ohne Oberlauf und Gasabzugsrohr, d.h. Gas-Absorptionsverfahren unter Verwendung einer Moredana-Plattensäule oder eines Moredana-Plattenturmes sind an sich bereits bekannt. Verfahren dieses Typs haben sich in jüngster Zeit als von großem Interesse erwiesen. Die Ursachen hierfür liegen darin, daß derartige Verfahren folgende Vorteile aufweisen: es kann ein gleichförmiger Gas-Flüssigkeitskontakt auch bei einer geringer Strömungsgeschwindigkeit der verwendeten Flüssigkeit erreicht werden; es können großdimensionierte Vorrichtungen verwendet werden; der Druckabfall durch die Säule oder den Turm ist relativ gering und es können Gas-Flüssigkeitssysteme in vorteilhafter Weise angewandt werden, welche feste Stoffe enthalten. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei den bekannten Verfahren, bei denen Plattensäulen ohne Oberlauf und Gasabzugsrohr verwendet werden, die maximale Gasgeschwindigkeit in der Säule (maximum superficial gas velocity) auf höchstens ungefähr 2 m/Sek. begrenzt ist. Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, daß eine großdimensionierte Vorrichtung verwendet werden muß, wenn Gas von einer hohen Strömungsgeschwindigkeit gereinigt werden soll.

Im Falle einer Plattensäule ohne Gasabzugsrohr (downcomer) wird bei Aufzeichnung des Druckabfalles ΔΡ durch ein Platte in Abhängigkeit von der Gasgeschwindigkeit Ug in der Säule oder dem Turm im Falle eines Gegenstromkontaktes in typischer Weise eine gerade Linie/mit zwei Knickstellen bei den Punkten A und B erhalten, wie sich aus der Kurve (a) der Figur 1 ergibt.

Die Kurve (a) der Figur 1 wurde erhalten bei einem freien Raumverhältnis der Platte von 0,20 und bei Verwendung einer Absorptionsflüssigkeit die aus einer 5 g3W.-$ wäßrigen Na-CO^-Lösung

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bestand. Der Punkt A der Kurve (a) ist der Punkt, bei dem die Flüssigkeit beginnt auf der Platte zurückzubleiben. Ist die Gasgeschwindigkeit Ug geringer als die bei dem Punkt A, so fällt die Flüssigkeit durch die Löcher in die Platte, ohne daß sie auf der Platte zurückgehalten wird. Dieser Zustand kann als sog. Tropfen bezeichnet werden. Wenn die Gasgeschwindigkeit vom Punkt A bis zum Punkt B ansteigt, so befindet sich das durch die Flüssigkeitsschicht auf der Platte hindurchtretende Gas zunächst in einem aufwallenden oder aufbrodelnden Zustand, worauf es allmählich in einen schäumenden oder aufschäumenden Zustand übergeht. Zwischen den Punkten A und B steigt der Widerstand oder der Druckabfall relativ schwach an.

Erreicht die Gasgeschwindigkeit Ug den Punkt B,so steigt der Druckabfall ΔΡ durch die Platte und die Höhe der Flüssigkeits-Gasmischungsschicht auf der Platte rasch an und es erfolgt schließlich eine Überflutung. In diesem sog. Oberflutungszustand kann das Verfahren nicht mehr richtig durchgeführt werden. Infolgedessen wurde bisher der Punkt B als der Punkt der maximal möglichen Gasgeschwindigkeit bezeichnet und die Gasgeschwindigkeit bei dem Punkt B wurde als maximal mögliche Gasgeschwindigkeit erachtet. Im Falle einer Plattensäule ohne Gasabzugsrohr und Kennwerten wie sie sich aus der Kurve (a) der Figur 1 ergeben, ist der Bereich zwischen den Punkten A und B der stabile Arbeitsbereich, wobei der Punkt B praktisch dem Überflutungspunkt entspricht.

Eine Platte ohne Gasabzugsrohr (downcomer) mit einem freien Raumverhältnis (Verhältnis der Gesamtfläche der Löcher in der Platte zur Gesamtplattenfläche) von ungefähr 0,08 bis 0,20, liefert im allgemeinen Kurven des Typs der Kurve (a) der Figur 1.

Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß, wird eine Moredana-Platte mit einem freien Raumverhältnis von 0,25 bis 0,60 verwendet, eine entsprechende Kurve bei auftragen des Druckabfalles ΔΡ durch eine Platte in Abhängigkeit von der Gasgeschwindigkeit Ug erhalten wird, die ώτ Kurve (b) in Figur 1 entspricht

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Die Kurve (b) in Figur 1 zeigt die Abhängigkeit des Druckabfalles ΔΡ durch eine Platte von der Gasgeschwindigkeit Ug, wenn das freie Raumverhältnis der Moredana-Platte 0,31 beträgt und wenn als Flüssigkeit eine 5 gew.-%ige Na2C0,-Lösung verwendet wird.

Im Falle der Kurve (b) der Figur 1 wird die Flüssigkeit auf der Platte in einem Bereich außerhalb des Punktes A zurückgehalten und der Druckabfall ΔΡ steigt allmählich bei einem Anstieg der Gasgeschwindigkeit Ug zwischen den Punkten A und B an, ähnlich wie im Falle der Kurve (a) der Figur 1. Im Falle der Kurve (b) jedoch erfolgt die Überflutung nicht beim Überschreiten des Punktes B, d.h. bis zum Punkt C der Kurve (b) wird beim Auftragen von ΔΡ gegen Ug eine gerade Linie erhalten, die eine etwas höhere Neigung aufweist, als die gerade zwischen den Punkten A und B. Bei erreichen des Punktes C erfolgt ein rascher Anstieg des Druckabfalles ΔΡ und eine Überflutung. Da es normalerweise schwierig ist, den exakten Überflutungspunkt genau festzustellen, soll der Punkt C aus Vereinfachungsgründen hier als Überflutungspunkt bezeichnet werden.

Der Zustand der Gas-Flussigkeitsmischung auf der Moredana-Platte zwischen den Punkten B und C ist wie folgt:

In diesem Bereich liegen auf der Platte Flüssigkeitsstrom und Gasstrom wirksam vermischt miteinander vor und auf der Platte wird eine Gruppe von Blöcken jeweils aus der Gas-Flüssigkeitsmischung in den Zustand eines Schaumes überführt. Diese Blöcke bewegen in der Flüssigkeits-Gasschicht auf der Platte kräftig wiederholt auf und nieder. Ein Teil der niederfallenden Blöcke wird aufgebrochen und neue Blöcke entstehen, die unmittelbar aufsteigen. Infolgedessen kann das Vermischen der Gasphase mit der flüssigen Phase wirksam erfolgen, wobei die Grenzfläche zwischen Gas und Flüssigkeit erhöht wird und sich sowohl die Ausbildung eines laminaren Flüssigkeitsfilmes als auch der Gas-Flüssigkeitsgrenzschicht unaufhörlich erneuern. Der Bereich zwischen d?n Punkten B und C einer Kurve des Typs der Kurve (B) von

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Figur 1 wird hier als sog. Undulationsbereich bezeichnet, wobei der Punkt B die Minimum-Gasgeschwindigkeit des Undulationsbereiches kennzeichnet und der Punkt C die maximale Gasgeschwindigkeit.

Im Falle der Figur 1 zeigt die Kurve (c) den Druckabfall ΔΡ in einer Moredana-Platte in Abhängigkeit von der Gasgeschwindigkeit Ug bei einem freien Raumverhältnis der Platte von 0,35 und bei einem freien Raumverhältnis der Platte von 0,35 und bei Verwendung einer wäßrigen 5-gew.-ligen CaCO,-Suspension als Absorptionsflüssigkeit. Die Kurve (c) der Figur 1 weist ebenfalls den Undulationsbereich BC auf und zeigt das gleiche Aussehen wie die Kurve (b) der Figur 1.

Die Figuren 2A und 2ß zeigen Zustände bei einer Gasgeschwindigkeit von 4,0 n/Sek., d.h. einem Punkt im Undulationsbereich, d.h. zwischen den Punkten B und C der Kurve (b) der Figur 1. Die Figur 2C zeigt einen Zustand bei einer Gasgeschwindigkeit Ug von 1,8 m/Sek. im stabilen Arbeitsbereich, d.h. zwischen den Punkten A und B der Kurve (b) der Figur 1.

Wie bereits dargelegt, bewegt sich die Gas-Flüssigkeitsmischung im Undulationsbereich wiederholt auf und nieder, und zwar in Form von Gruppen von Blöcken, die jeweils aus kleinen Schaumpartikeln bestehen. Ein solcher Block ist in den Figuren 2A und 2B durch das Bezugskennzeichen 1 gekennzeichnet und hat in den Photographien ein Aussehen ähnlich einer Wolke. In den Figuren 2A und 2B befindet sich der Block 1 in seiner höchsten bzw. niedrigsten Position, die der Block bei seiner Bewegung erreichen kann.

Im Gegensatz hierzu befindet sich die Gas-Flüssigkeitsmischung bei einer Gasgeschwindigkeit von 1,8 m/Sek. in dem Bereich, der bisher als stabiler Arbeitsbereich bezeichnet wurde, d.h. zwischen den Punkten A und B der Kurve (b) im Zustand des Schäumens oder Aufschäumens, welcher Zustand durch das Bezugszeichen 3 in Figur 2C gekennzeichnet ist. In den Figuren 2A, 2B und 2C

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kennzeichnet das Bezugszeichen 2 die Flüssigkeitsbewegung abwärts an der inneren Oberfläche der Säule.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß eine ausgezeichnete Gas-Absorption und eine ausgezeichnete Staubentfernung dann erhalten wird, wenn das Inkontaktbringen von Gas und Flüssigkeit im Gegenstrom innerhalb des Undulationsbereiches erfolgt, d.h. dem Bereich zwischen den Punkten B und C der Kurve (b) von Figur 1.

Es hängt insbesondere von dem freien Raumverhältnis der Platten, wie auch den physikalischen Eigenschaften von Gas-Flüssigkeitsmischungen und der Strömungsgeschwindigkeit von Gas-und Flüssigkeit ab, ob die hydrodynamische Beziehung, xvie sie in der Kurve (b) von Figur 1 dargestellt ist, auftritt oder nicht. Dies ergibt sich aus den folgenden Erläuterungen, welche die Beziehung zwischen der Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit L (kg/m /Std.) und dem freien Raumverhältnis einer Moredana-Platte veranschaulichen. Diese Beziehung führt zu einem relativ breiten Undulationsbereich, ähnlich dem Bereich zwischen den Punkten B und C der Kurve (b) von Figur 1. In diesem Beispiel wurde Schwefeldioxid (SO-) mittels einer wäßrigen Natriumcarbonatlösung (Na₂CO,-Lösung) ausgewaschen, und zwar unter Verwendung verschiedener Moredana-Platten mit einem jeweils unterschiedlichen freien Raumverhältnis.

Bei Verwendung einer Moredana-Plattensäule mit 3 perforierten Platten von jeweils einem freien Raumverhältnis von 0,31 wurde der Undulationsbereich BC der Kurve (b) von Figur 1 bei einer Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit von 9000 bis 110 000 kg/m /Std. erhalten. Es warden 95 bis 99% SO₉ mittels einer wäß-

rigen Na₉CO,-Lösung bei einer Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit von über 10 700 kg/m /Std. und einer Gasgeschwindigkeit zwischen den Punkten B und C absorbiert. War die Strömungsge-

2 schwindigkeit der Flüssigkeit jedoch geringer als 9000 kg/m /Std., so lag die Gasabsorption bei 90 bis 88$ oder darunter bei einer Gasgeschwindigkeit unter dem Punkt B und bei weniger als 851 bei einer Gasgeschwindigkeit oberhalb des Punktes

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B. Die Ursache hierfür ist darin zu suchen, daß der Grad der Massenübertragung auf der Platte beträchtlich abnimmt. Eine geeignete Flüssigkeitsaufstockung auf der Platte für die Massenübertragung kann nämlich nicht erreicht werden, und zwar aufgrund der relativ geringen Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Vergleich zur Strömungsgeschwindigkeit des Gases. Es wurde insbesondere festgestellt, daß, wenn die Gasgeschwindigkeit ofen Punkt B überschreitet, daß der Gasstrom direkt durch die Flüssigkeitsschicht auf der Platte hindurchströmte und daß die Flüssigkeit auf der Platte durch den Gasstrom in Form feiner Tröpfchen nach oben verspritzt wurde. Lag die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit über 40 000 kg/m²/Std., so trat der Bereich BC auf, jedoch lag der Wert des Druckabfalles durch die eine Platte bei 40 mm H₂O oder darüber. Infolgedessen handelt es sich bei diesen Bedingungen nicht jeweils um bevorzugt gute Arbeitsbedingungen. Infolgedessen liegt der Bereich optimaler Flüssigkeitsströmung (L) bei 20 000 bis 30 000 kg/m²/Std. im Falle einer perforierten oder durchbohrten Platte mit einem freien Raumverhältnis von 0,31.

Bei einer Platte mit einem freien Raumverhältnis von 0,25 kann der Undulationsbereich BC bei einer Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit von über 25000 kg/m²/Std. nicht auftreten und es wird eine Kurve, entsprechend der Kurve (a) von Figur 1 erhalten. Liegt die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit unterhalb 9300 kg/m /Std., so tritt der Undulationsbereich BC ebenfalls auf. Bei diesen Bedingungen handelt es sich jedoch nicht um bevorzugte Bedingungen, weil die Absorptionsgeschwindigkeit bei einer Gasgeschwindigkeit, die oberhalb des Punktes B liegt, beträchtlich vermindert wird. Demzufolge liegt ein bevorzugter Bereich der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in der Platte bei einem freien Raumverhältnis von 0,25 zwischen 9300 und 22 000 kg/m /Std. Dieser Bereich ist enger als der Bereich einer Platte mit einem freien Raumverhältnis von 0,31, wie sie oben beschrieben wurde.

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Andererseits tritt bei einer Platte mit einem freien Raumverhältnis von 0,20 der Undulationsbereich BC bei einer Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit (L) von über 7500 kg/m²/Std. nicht auf und es wird eine Kurve entsprechend der Kurve (a) von Figur 1 erhalten. Liegt die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit (L) bei 5000 kg/m^/Std., so wird eine Kurve, entsprechend der Kurve (b) von Figur 1 erhalten. In diesem Falle jedoch nimmt die Geschwindigkeit der Massenübertragung auf der Platte stark ab, wenn die Gasgeschwindigkeit über den Punkt B hinaus ansteigt, und zwar aufgrund der geringeren Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit. Demzufolge können diese Bedingungen in der Praxis nicht angewandt werden.

Aus dem beschriebenen Beispiel ergibt sich, daß das minimale freie Raumverhältnis der Moredana-Platte bei 0,25 liegt. Im Falle einer Platte mit einem freien Raumverhältnis von über 0,35 tritt der Undulationsbereich BC immer bei einer Flüssigkeits-Strömungsgeschwindigkeit unterhalb 60 000 kg/m /Std. auf, die als für die Praxis geeignete Strömungsgeschwindigkeit betrachtet werden kann. Wenn jedoch das freie Raumverhältnis der Platte über 0,60 liegt, ist der freie Raum so groß, daß es schwierig wird, die flüssige Schicht auf der Platte zu halten. Demzufolge ist eine Platte mit einem freien Raumverhältnis von 0,060 für die Praxis nicht geeignet.

Vorzugsweise werden somit Plattensäulen mit mindestens einer perforierten Platte oder Gitterplatte mit einem freien Raumverhältnis von 0,30 bis 0,50 verwendet.

Liegt das freie Raumverhältnis unter 0,25, so ist der zur Verfügung stehende Bereich der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit eng und der Druckabfall durch die Platte steigt in unerwünschter Weise an. Ist im Gegensatz hierzu das freie Raumverhältnis größer als 0,60, so tritt der Undulationsbereich BC ledig lich im Falle extrem hoher Gasgeschwindigkeiten auf und der Druckabfall durch die Platte steigt ebenfalls an.

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Aus der folgenden Tabelle 1 ergibt sich die Beziehung zivischen dem freien Raumverhältnis einer Moredana-Platte und Mindest-Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeiten, bei denen effektive Undulationsbereiche BC ausgenutzt werden können.

Tabelle 1

"Freies Raum-Verhältnis" der Mindest-Strömungsgeschivindigkeit

Platte der Flüssigkeit

(kg/_m2/Std.)

0,25 9 300

0,31 10 700

0,35 11 600

0,40 12 800

0,45 14 000

0,50 15 100

0,55 16 300

0,60 17 100

Die in der Tabelle widergegebenen Daten wurden erhalten durch Behandlung eines Gases mit SO₂ mit einer 5$igen Na₂CO,-Lösung und einer perforierten Moredana-Platte bei einem Flüssigkeits-Gasverhältnis (L/G) von 0,5.

Bisher war es, um eine Kurve entsprechend der Kurve (b) von Figur 1 zu erzielen, erforderlich, die Fließgeschwindigkeit oder Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit L zu vermindern und zwar deshalb, weil eine Platte mit einem geringen freien Raumverhältnis verwendet wurde. Demzufolge sank die Geschwindigkeit der Massenübertragung stark ab, wenn die Gasgeschwindigkeit auf einen Wert über der maximal möglichen Gasgeschwindigkeit anstieg. Infolge-dessen galt bisher, daß die Geschwindigkeit oder das Maß der Massenübertragung abnimmt^ wenn die Gasgeschwindigkeit auf einen Wert oberhalb der maximal möglichen Gasgeschwindigkeit ansteigt. Wenn desjweiteren die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit erhöht wird, um die Absorptionsgeschwindigkeit zu erhöhen, so wird eine Kurve, ähnlich der Kurve (a) von Figur 1 erhalten. In

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diesem Falle ist überdies die Gasbehandlungskapazität einer Vorrichtung gering und zwar aufgrund der niedrigen maximal möglichen Gasgeschwindigkeit, welche praktisch gleich ist der Uberflutungsgeschwindigkeit.

Es war bisher unbekannt, daß man bei Verwendung einer Moredana-Säule oder eines Moredana-Turmes zu maximalen Ergebnissen dann gelangt, wenn man ein großes freies Raumverhältnis wählt und eine hohe Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit.

Bei Durchführung des Gas-Absorptions- und/oder Staub-Entfernungsprozesses, z.B. eines Entschwefelungsprozesses der Erfindung, bei dem der Undulationsbereich BC, wie er in den Kurven (b) oder (c) von Figur 1 dargestellt ist, angewandt wird, ist das Flüssigkeits-Gas-Verhältnis (L/G) 0,5 oder höher. Vorzugsweise liegt es in der Praxis bei 1 bis 20, insbesondere bei Ibis 5. Liegt der Wert von L/G unter 0,5, so nimmt die Geschwindigkeit der Massenübertragung ab, wenn die Gasgeschwindigkeit einen Wert über der Mindest-Undulationsgeschwindigkeit hat, d.h. den Punkt B in der Kurve (b) oder (c) von Figur 1 aufgrund einer zu geringen Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit, weshalb eine zufriedenstellende Geschwindigkeit der Entschwefelung oder Desulforisation nicht erreicht werden kann. Steigt andelrseits der Wert L/G auf einen extrem hohen Wert an, so wird der Druckabfall durch die Platte größer. Infolgedessen ist der maximale L/G-Wert vorzugsweise begrenzt auch für praktische Zwecke ungefähr20.

Die erwähnten Punkte B und G, welche den Undulationsbereich einer Moredana-Plattensäule kennzeichnen, lassen sich leicht durch Versuche ermitteln.

Die Kurve (b) oder (c) von Figur 1 wurde auf experimentellem Wege bestimmt und zwar unter Verwendung einer perforierten Platte bei einer Flüssigkeits-Strömungsgeschwindigkeit von 20000 kg/m²/Std.

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Die Geschwindigkeit beim Punkt B (Ugm) kann aus den folgenden vier Gleichungen* wie von H. Uchiyama, K. Ilirao und N. Meno in Kagaku Kogaku, 35, 116-122 (1971) angegeben wird, berechnet werden:

CD _U£2L_ _m

t/17

(2) _Ugm_ . _4O)92Fc -0,30 ₍^g_ _χ ^S₃"¹'⁵³⁵ L₃ Fc/77 ⁹I

ιιστη * *V σ ^ -U,5/0

FcjTgJ

PC |Π^ ^^Γ ^

worin bedeuten:

Ugm = die Gasgeschwindigkeit (superficial gas velocity) beim Punkt B in m/Sek.;

g - die Fallbeschleunigung in m /Sek. ;

Fc « das freie Raumverhältnis der perforierten Platte oder Gitterplatte (-);

L » die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in kg/m /Sek. ;

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2 G = die Strömungsgeschwindigkeit des Gases in kg/m /Sek. ;

= die Flüssigkeitsdichte in kg/m ;

= die Gasdichte in kg/m ; 2 <T~

)±= Kapillarkonstante (m) und

2 = Oberflächenspannung in kg/Sek. .

Die oben angegebene Gleichung (1) ist anwendbar auf eine perforierte Platte im Falle von Fc ^ 0,16 und Vgp£ χ 10³ >_ 0,838. Die Gleichung (2) ist anwendbar auf eine perforierte Platte im Falle von Fc ^ 0,16 und "Pg Yg x10³ <^ 0,838. Die Gleichungen (3) und (4) sind anwendbar auf perforierte Platten von Fc <^ 0,16 und Gitterplatten, wobei für die Gleichungen (3) und (4) gilt 10³ >_ 1,20 bzw. 9%ΙΫ£ x 10³ < 1,20.

Die Gasgeschwindigkeit Ugc (m/Sek.) beim Punkt C der Kurve (b) oder (c) in Figur 1, d.h. die sog. superficial gas velocity d.h. die Gasgeschwindigkeit beim Oberflutungspunkt läßt sich des weiteren nach den beiden folgenden Gleichungen ermitteln:

-0,5704

Ugc	_	,509	χ	10² χ	L
Ugm		,434	χ	-0 L	,0807
Ugc	= 3

Ugm

worin Ugm und L die gleiche Bedeutung haben, wie in den Gleichungen (1) bis (4). Die Gleichungen (5) und (6) sind anwendbar auf Moredana-Platten, die zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung geeignet sind und zwar die Gleichung (5) für L - 6 χ 10⁴ - 11 χ 10⁴ kg/m²/Std. und die Gleichung (6) für L = 10⁴ - 6 χ 10⁴ kg/m²/ Std.

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Zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung sind Plattensäulen mit üblichen perforierten Platten oder Gitterplatten üblichen Aufbaues, z.B. vom Gattertyp oder vom Typ paralleler Streben (parallel bars) und dergleichen mit einem freien Raumverhältnis von 0,25 bis 0,60 geeignet. Der Durchmesser der Löcher oder Öffnungen in einer Platte ist nicht kritisch. Im allgemeinen liegt der Durchmesser der Löcher oder öffnungen bä 2 bis 16, vorzugsweise bei 3 bis 10 mm. Im Falle einer Gitterplatte liegt die Breite der Schlitze oder öffnungen im allgemeinen bei 3 bis 10 mm.

Das Verfahren der Erfindung ermöglicht somit eine sehr effektive Gasabsorption und/oder Staubentfernung durch Inkontaktbringen eines Gases mit einer Flüssigkeit im Gegenstrom unter Anwendung einer hohen Gasgeschwindigkeit, die in dem Undulationsbereich BC der Kurve (b) von Figur 1 sowie bei dem angegebenen Flüssigkeits-Gasverhältnis (L/G).

Des weiteren ermöglicht es die Erfindung das zu reinigende Gas in eine Vorrichtung zur Entfernung eines spezifischen Gases und/oder feinem Staub mit einer Gasgeschwindigkeit einzuführen, die mehrmals größer ist als die Geschwindigkeit üblicher bekannter Verfahren, so daß die Größe der zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung ve rwende ten Vorrichtung um ein mehrfaches kleiner ausgestaltet werden kann als die Vorrichtungen üblicher bekannter Verfahren, wobei ein hochökonomischer Gas-Absorptionsoder Staub-Entfernungsprozeß durchgeführt werden kann.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens der Erfindung liegt darin, daß es leicht zu überwachen ist, weil die Möglichkeit der Verstopfung der Säule oder Kolonne durch Feststoffe aufgrund der Einfachheit seiner Struktur sehr gering ist. Da der Druckabfall durch die Säule oder den Turm relativ gering ist und ein Versprühen von flüssigem Absorbens nicht erforderlich ist, weil des weiteren der Energieaufwand für das Einblasen des Gases und die Flüssigkeitspumpe "gering ist, sind die Betriebskosten der Vorrichtung gering. Da des weiteren das Verfahren leicht gestar-

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tet und leicht beendet werden kann und weil schließlich eine praktisch konstante Gasabsorption oder Staubentfernung bei konstanter Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit des Gases erreicht werden kann, ist die Durchführung des Verfahrens der Erfindung sehr einfach.

Als Absorbens zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung und als Absorbens, das dem zirkulierenden flüssigen Absorptionsmittel bei Durchführung eines Entschwefelungsverfahrens zugesetzt werden kann, kann aus Calciumoxid, Calciumhydroxid und Calciumcarbonat bestehen. Diese Calciumverbindungen können allein oder in Kombination miteinander verwendet werden. DSs flüssige Absorbens, das durch die Moredana-Plattensäule zirkuliert wird, enthält jedoch hauptsächlich Calciumcarbonat als eine Absorptionskomponente, wie später beschrieben wird, und wenn Calciumoxid und/oder Calciumhydroxid als Absorbens zugeführt werden, enthält das flüssige Absorbens zusätzlich zum Calciumcarbonat, geringe Mengen von Calciumoxid und/oder Calciumhydroxid. Das flüssige Absorbens kann des weiteren geringe Mengen von Calciumbicarbonat enthalten, welches im Gleichgewicht mit gelöstem Calciumcarbonat in dem flüssigen Absorptionsmittel vorliegen kann. Demzufolge läßt sich die wesentlichste Reaktion des Entschwefelungsprozesses durch die folgende Gleichung (7) ausdrücken:

(7) CaCO₃ + SO₂ = CaSO₃ + CO₂

Ein Teil des auf diese Weise gebildeten Calciumsulfites wird zu Calciumsulfat oxidiert und zwar durch den Sauerstoff der Abgase, die in der Moredana-Plattensäule zu reinigen sind. Die Oxidation läßt sich durch folgende Gleichung (8) wiedergeben:

(8) CaSO₃ + 1/2 O₂ = CaSO₄

Infolgedessen enthält die durch die Moredana-Plattensäule zirkulierende Absorptionsflüssigkeit in wäßriger Suspension

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des weiteren Calciumsulfit, Calciumsulfat und Kohlendioxid, wie auch die bereits erwähnten Verbindungen. Ein Teil des Kohlendioxides, das in der Absorptionsflüssigkeit gelöst ist, hat seinen Ursprung in dem Kohlendioxid des zu reinigenden Abgases, welches normalerweise mehrere bis etwa 10 und mehr Prozent Kohlendioxid enthält. Wird Kalkmilch in das zirkulierende flüssige Absorptionssystem eingeführt, so wird das Calciumhydroxid der Kalkmilch durch Umsetzung mit dem gelösten Kohlendioxid und dem Calciumbicarbonat in Calciumcarbonat überführt, wobei diese Reaktionen durch die folgenden Gleichungen (9) ' und (10) wiedergegeben werden können:

(9) Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃ + H₂O

(10) Ca(OH)₂ + Ca(HCO₃)₂ - 2CaCO₃ + 2H₂O

In der zirkulierenden Absorptionsflüssigkeit liegt somit das Calcium hauptsächlich in Form von Calciumcarbonat vor. Da die Reaktionen (9) und (10) im wesentlichen ablaufen, bevor das flüssige Absorbens in die Säule oder den Turm gelangt, erfolgt eine Umsetzung des in dem aufzuarbeitenden Abgas enthaltenen Kohlendioxid mit Calciumhydroxid oder Calciumoxid praktisch nicht im inneren der Moredana-Plattensäule. Aus diesem Grund wird die Bildung oder Ablagerung von Kesselstein wirksam vermieden.

Es wurde gefunden, daß die Süßstoffkonzentration der Absorptionsflüssigkeit beim Austritt aus der Moredana-Plattensäule (d.h. die Konzentration von Gesamtfeststoffen an CaSO₃, CaSO. und CaCO₃), das Verhältnis von Gehalt an festem Calciumcarbonat zum erwähnten Gesamt feststoff gehalt beim Austritt aus der Moredana-Plattensäule und der pH-Wert der Absorptionsflüssigkeit beim Austritt aus der Säule einen großen Einfluß auf die Entschwefelungsgeschwindigkeit, Verstopfungsprobleme der Entschwefelungsvorrichtung und den Einheitenverbrauch an Calciumverbindung (Absorbens) haben.

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Im Falle des erfindungsgemäßen Entschwefelungsprozesses soll der pH-Wert der Absorptionsflüssigkeit beim Austritt aus der Moredana-Plattensäule vorzugsweise bei 6 bis 8, insbesondere zwischen 6,5 und 7,5 liegen. Liegt der pH-Wert der Absorptionsflüssigkeit bei unter 6, so nimmt die Entschwefdungsgeschwindigkeit ab. Der Grund hierfür liegt darin, daß Calciumbisulfit Ca(HSCU)₂ unter einem pH-Wert von 6 in der Absorptionsflüssigkeit erzeugt wird und Schwefeldioxidgas aus der schwefeligen Säure entsteht, welche durch die im folgenden widergegebene Gleichgewichtsreaktion aus dem Bisulfition HSO,~ erzeugt wird:

(11) ^HS03~ ⁺ H⁺ ( ) ^H2^SO3

Liegt andererseits der pH-Wert über 8, so nimmt die Entschwefelungsgeschwindigkeit ebenfalls ab, wobei jedoch das Verhältnis von festen Calciumcarbonat zu dem Gesamtfeststoffgehalt in der Absorptionsflüssigkeit ansteigt. Steigt das Verhältnis an, so wird das Absorptionsmittel unnütz verbraucht und es besteht die Gefahr des Verstopfens der Vorrichtung durch überschüssige Calciumionen in der Absorptionsflüssigkeit. ·

Bei dem Entschwefelungsverfahren der Erfindung wird das Verhältnis von Gehalt an festem Calciumcarbonat zum Gesamtfeststoffgehalt in der Absorptionsflüssigkeit beim Austritt aus der Moredana-Plattensäule,bei 5 bis 35 Gew.-!, vorzugsweise bei 5 bis 20 Gew.-I gehalten. Obgleich der Einheitsverbrauch des Calcium-Absorptionsmittels in vorteilhafter Weise abnimmt, wenn das erwähnte Verhältnis kleiner ist, muß die Feststoffkonzentration des flüssigen Absorbens erhöht werden, um eine zufriedenstellende Entschwefelungsgeschwindigkeit zu gewährleisten. Ein Verhältnis von weniger als 5 Gew.-\ hat sich daher in der Praxis als nicht geeignet erwiesen, und zwar aufgrund eines Anstieges des Druckabfalles in der Säule oder dem Turm. Wird in diesem Falle das Flüssigkeits- Gasverhältnis (L/G) vermindert, um den Druckabfall in der Säule oder dem Turm zu vermindern, so nimmt die Entschwefelungsgeschwindigkeit ab. Wenn andererseits das

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Verhältnis von Gehalt an festem Calciumcarbonat zum Gesamtfeststoffgehalt ansteigt, so steigt die Menge an verlorenem Calciumcarbonat in unerwünschter Weise an, weil ein Tei-1 der Absorptionsflüssigkeit, welche durch die Säule oder dem Turm zirkuliert würde, im allgemeinen kontinuierlich oder chargenweise abgepumpt würde. Demzufolge hat sich ein maximales Verhältnis von festem Calciumcarbonatgehalt zu Gesamtfeststoffgehalt in der Absorptionsflüssigkeit von bis zu 35 Gew.-I für praktische Zwecke als geeignet erwiesen. Beim erfindungsgemäßen Entschwefelungsverfahren wird des weiteren die Feststoffkonzentration der zirkulierenden Absorptionsflüssigkeit beim Austritt aus der Moredana-Plattensäule auf 3 bis 15 Gew.-$, vorzugsweise 5 bis 15 Gew.-I gehalten. Liegt die Feststoffkonzentration unter 3 Gew.-I, so nimmt die Entschwefelungsgeschwindigkeit aufgrund eines Abfalles des pH-Wertes der Absorptionsflüssigkeit ab, wenn nicht das Verhältnis von festem Calciumcarbonatgehalt zu Gesamtfeststoffgehalt in der Absorptionsflüssigkeit erhöht wird. Infolgedessen wird das zuzuführende Absorbens im Überschuß benötigt, um eine zufriedenstellende Entschwefelungsgeschwindigkeit oder einen zufriedenstellenden Entschwefelungsgrad zu erreichen. Liegt andererseits die Feststoffkonzentration der Absorptionsflüssigkeit bei über 15 Gew.-I, so steigt der Druckabfall durch die Säule bei einem konstanten Flüssigkeits-Gasverhältnis (L/G). Wird das Flüssigkeits-Gasverhältnis (L/G) vermindert, um den Druckabfall, zu vermindern, so nimmt der Entschwefelungsgrad ab.

Die Steuerung des pH-Wertes der Absorptionsflüssigkeit, die Steuerung des Feststoffgehaltes der zirkulierenden Absorptionsflüssigkeit und das Verhältnis von festem Calciumcarbonatgehalt zu Gesamtfeststoffgehalt in der Absorptionsflüssigkeit, jeweils beim Austritt der Flüssigkeit aus der Säule ist leicht durchführbar, und zwar durch entsprechende Zufuhr von Absorptionsmittel zur zirkulierenden Absorptionsflüssigkeit.

In Figur 3 veranschaulichen die drei Kurven (a), (b) und (c) die Beziehung zwischen dem pH-Wert der Absorptionsflüssigkeit zum Zeitpunkt des Austrittes aus der Säule und dem Verhältnis von

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festem Calciumcarbonatgehalt zu Gesamtfeststoffgehalt in der Absorptionsflüssigkeit zum Zeitpunkt des Austrittes aus der Säule, wobei die Süßstoffkonzentrationen der Absorptions flüssigkeiten aufgetragen wurden. Die Beziehung dieser drei Fraktoren in Figur 3 ergab sich durch Auftragen experimenteller Daten bei einem Entschwefelungsgrad von fast 1001. Die Daten wurden erhalten durch Behandlung von Gas, enthaltend SO und bei Verwendung von Kalkmifch als Absorptionsmittel, das in eine Moredana-Plattensäule mit drei perforierten Platten eingespeistvurde, wobei jede der drei perforierten Platten ein freies Raumverhältnis von 0,35 aufwies und wobei des weiteren ein Flüssigkeits-Gasverhältnis (L/G) von 3 bis 4 aufrechterhalten wurde und die Gasgeschwindigkeit ungefähr 3 m/Sek. betrug.

In Figur 3 liegen den Kurven (a), (b) und (c) Versuche mit Absorptionsflüssigkeiten zugrunde, deren Feststoffgehalt 5, 10 bzw. 15 Gew.-I betrug.

Erfindungsgemäß ist es möglich, einen praktisch lOOIigen Entschwefelungsgrad zu erreichen, in dem das zu reinigende Gas im Gegenstrom mit einem flüssigen Absorptionsmittel in Kontakt gebracht wird, und zwar bei einer hohen Gasgeschwindigkeit, welche in den Undulationsbereich BC der Kurve (c) von Figur 1 fällt, ferner bei Anwendung eines der angegebenen Flüssigkeits-Gasverhältnisse (L/G) in der Moredana-Plattensäule und durch Steuerung des pH-Wertes der Absorptionsflüssigkeit, durch Steuerung der Feststoffkonzentration in der Absorptionsflüssigkeit und durch Steuerung des Verhältnisses von festem Calciumcarbonat zum Gesamtfeststoffgehalt in der Absorptionsflüssigkeit, jeweils beim Austritt aus der Säle.

Des weiteren ist es erfindungsgemäß möglich, den Entschwefelungsprozeß bei einem sehr niedrigen Flüssigkeits-Gasverhältnis (L/G) im Vergleich zu üblichen bekannten Verfahren durchzuführen, so daß der Druckabfall in der Säule bemerkenswert gering ist.

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Beim Verfahren der Erfindung erfolgt des weiteren keine wesentliche Reaktion von zugeführten Absorptionsmittel und Kohlendioxid des zu reinigenden Gases im innern der Moredana-Plattensäule, so daß der Einheitsverbrauch von Absorptionsmittel, der zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung benötigt wird, gering ist (z.B. ein Einheitsverbrauch von Calcium von 1,05 bis 1,50), weshalb eine Verstopfung der Vorrichtung vermieden werden kann und eine kontinuierliche Verfahrensweise über einen langen Zeitraum hinweg bei nur geringen Kosten gewährleistet wird.

Da der Gesamt-Massenübertragungskoeffizient der Säule oder des Turmes hoch ist und im Vergleich zu üblichen bekannten Verfahren das zu reinigende Gas mit hoher Geschwindigkeit in die Säule eingeführt werden kann, sind die Betriebskosten eines erfindungsgemäßen Entschwefe lungs ve rf ahrens gering und der für die Erstellung einer Entschwefelungsvorrichtung benötigte Raum ist gering.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung soll anhand der Figuren 4, 5 und 6 näher erläutert werden.

Gemäß Figur 4 kann zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung eine Moredana-Plattensäule 4 verwendet werden, die drei perforierte Platten 5 ohne Oberlauf und Gasabzugsrohr aufweist. Gemäß Figur 5 weist eine Platte 5 eine Vielzahl von Öffnungen oder Löchern 11 auf, wobei das freie Raumverhältnis (die Gesamtoberfläche der Öffnungen in der Platte zur Gesamtplattenflache) bei ungefähr 0,31 liegt. Die Moredana-Plattensäule 4 ist ferner gekennzeichnet durch: ein Gaseinleitungsrohr 6 zur Einspeisung des zu reinigenden Gases, ein Gasaus leitungsrohr 7, aus dem das gesäuberte Gas aus . der Säule austritt, eine Einspeisleitung 8 zum Einspeisen der Absorptionsflüssigkeit, einen Verteiler 9 für eine gleichförmige Verteilung der Absorptionsflüssigkeit, die durch die Leitung 8 eingespeist wird und ein Austrittsrohr 10 für die Absorptionsflüssigkeit.

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Gemäß Figur 6 wird das zu reinigende Abgas mit einem Gehalt an SO2, CO₇ und dergl. kontinuierlich durch das Gaseinleitungsrohr 6 in die Moredana-Plattensäule 4 mit drei perforierten Platten 5 eingespeist, wobei das eingespeiste Gas mit abwärtsströmender Absorptionsflüssigkeit in Kontakt gebracht wird, welche Calciumcarbonat in wäßriger Suspension enthält, Das gewaschene, d.h. SO^-freie Gas wird das durch das Austrittsrohr 7 aus der Säule abgezogen. Die in die Säule eingespeiste Absorptionsflüssigkeit wird demgegenüber durch die Leitung 10 abgezogen. Die aus der Säule abgezogene Absorptionsflüssigkeit enthält überschüssiges Calciumcarbonat und aus dem Gas in Lösung gegangenes Kohlendioxid wie auch Reaktionsprodukte, d.h. CaSO und CaSO..

Die die Säule 4 verlassende Absorptionsflüssigkeit gelangt dann über die Leitung 12 in einen Vorratsbehälter 13. Aus diesem wird ein Teil der Flüssigkeit über die Leitung 14 abgezogen, wohingegen der restliche Teil über die Leitung 15 in den Behälter 16 überführt wird. Die über die Leitung 14 abgezogene Absorptions flüsigkeit oder Aufschlämmung kann dann weiterverarbeitet werden, beispielsweise kann aus dieser Absorptionsflüssigkeit oder Aufschlämmung Gips gewonnen werden.

Den Behälter 16 kann demgegenüber eine Calciumverbindung, und zwar Calciumoxid, Calciumhydroxid und/oder Calciumcarbonat in Form einer wäßrigen Suspension über die Leitung 17 zugesetzt vrerden, wodurch innerhalb der angegebenen Bereiche der pH-Wert der Absorptionsflüssigkeit, die Feststoffkonzentration der Absorptionsflüssigkeit und das Verhältnis von festen Calciumcarbonatgehalt zum Gesamtfeststoffgehalt der Absorptionsflüssigkeit zum Zeitpunkt des Austrittes aus dem Austritt 10 der Säule 4 eingestellt werden. Der Vorratsbehälter 16 weist in vorteilhafter Weise ein Rührwerk 18 auf, durch/" gleichförmige Suspension erhalten werden kann. Die eingestellte Absorptionsflüssigkeit wird dann mittels einer Pumpe 19 durch die Leitung 20 in die Säule 4 eingespeist. Demzufolge wird die Absorptionsflüssigkeit kontinuierlich im Kreislauf durch die Säule geführt.

/" welches eine

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Die Temperatur der zirkulierenden Absorptionsflüssigkeit ist nicht kritisch. In vorteilhafter Weise weist sie eine Temperatur von 50 bis 80⁰C auf.

Die folgenden Beispiele sollen das Verfahren der Erfindung näher veranschaulichen.

Beispiel 1

liin Gas mit 1,280 ppm Schwefeldioxid (SO₂) wurde kontinuierlich durch eine Moredana-Plattensäule geführt, welche drei perforierte Platten mit einem Lochdurchmesser von 5 mm und einem freien Raumverhältnis von 0,31 aufwies. In die Säule wurde eine 5 gew.-%ige wäßrige Na₂CO,-Lösung eingespeist. Die Na₂CO_-Lösung traf im Gegenstrom auf das in der Säule aufsteigende Gas, wobei folgende Bedingungen eingehalten wurden:

2 Strömungsgeschwindigkeit des Gases 18 300 kg/m /Std.

Gasgeschwindigkeit in der Säule 3,88 m/Sek.

Gastemperatur 20⁰C

2 Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit 19 875 kg/m /Std.

Temperatur der Flüssigkeit 20⁰C

Der Absorptionsgrad, d.h. die Menge absorbiertes SO» χ 100 div-idiert durch die Menge von eingespeisten SO- wurde durch kontinuierliche Analyse des SO₂~Gehaltes des aus der Säule abgezogenen Gases ermittelt. Der Absorptionsgrad lag bei 98,81 und darüber. Während des Verfahrens betrug die Höhe der Flüssigkeitssäule auf einer Moredana-Platte ungefähr 31 mm und der Gesamtdruckabfall in der Säule lag bei ungefähr 90 mm H₂O.

In einem weiteren Versuch wurde das Verfahren wiederholt, mit der Ausnahme jedoch, daß diesmal eine Säule verwendet wurde, welche 5 perforierte Platten mit einem Lochdurchmesser von 5 mm und einem freien Raumverhältnis von 0,31 aufwies.

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Der Absorptionsgrad lag in diesem Falle bei 99,81 oder darüber und der Gesamtdruckabfall in der Säule lag bei ungefähr 150 mm

Vergleichsbeispiel 1

Durch eine Moredana-Plattensäule mit drei perforierten Platten mit einem Lichtdurchmesser von 5mm und einem freien Raumverhältnis von 0,31 wurde ein Gas mit 1,340 ppm SO2 mit einer Geschwindigkeit von 1 m/Sek. geführt. Das Gas wurde in der Säule im Gegenstrom mit einer wäßrigen 5 gew.-!igen Na₇CO,-Lösung behandelt. Der L/G-Wert lag bei 3,78. Der Absorptionsgrad betrug 92,7%.

Aus den erhaltenen Ergebnissen ergibt sich eindeutig der verbesserte Absorptionsgrad und die verbesserte Gasbehandlungskapazität des Verfahrens der Erfindung (Beispiel 1) gegenüber dem Verfahren des Standes der Technik (Vergleichsbeispiel 1).

Beispiel 2

Durch eine Moredana-Plattensäule (Durchmesser der Säule 400 mm) mit 15 perforierten Platten mit einem Lochdurchmesser von 5 mm und einem freien Raumverhältnis von 0,30 wurde kontinuierlich ein Gasstrom mit 200 ppm Stickstoffoxid (NO ) geführt. Im Gegenstrom wurde der Gasstrom mit einer wäßrigen 5 gew.-Hgen Natriumchloridlösung (NaClO₂) behandelt. Das in der Säule aufsteigende Gas wurde mit der NaClO^-Lösung von oben berieselt. Dabei wurden die folgenden Bedingungen eingehalten. Dabei wurden die folgenden Bedingungen eingehalten:

Gasgeschwindigkeit in der Säule 3 m/Sek.

2 Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit 30 000 kg/m /Std.

L/G 2,2.

Der Absorptionsgrad, der durch Ermittlung der NO -Konzentration im Abgas der Säule ermittelt wurde, betrug 85%. Der Gesamtdruck-

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abfall in der Säule betrug ungefähr 300 mm H₂O. Vergleichsbeispiel 2

Zu Vergleichszwedcen wurde ein Gas mit 200 ppm NO in entsprechender Weise wie in Beispiel 2 beschrieben, behandelt, mit der Ausnahme jedoch, daß diesmal eine Moredana-Plattensäule mit einem Durchmesser von 400 mm verwendet wurde, die 15 perforierte Platten mit einem Lochdurchmesser von 5 mm und einem freien Raumverhältnis von 0,20 aufwies. Die Gasgeschwindigkeit betrug 1 m/Sek. und die Strömungsgeschwindigkeit der Absorptionsflüssigkeit lag bei 20 000 kg/m /Std. In diesem Falle wurden nur etwa 604 des NO entfernt.

Beispiel 3

Ein Rauchgas mit ungefähr 0,5 g/Nm Staubpartikeln mit einem Durchmesser von 0,05 bis 5 Mikron wurde kontinuierlich durch eine Plattensäule mit 2 perforierten Platten mit einem Lochdurchmesser von 5 mm und einem freien Raumverhältnis von 0,25 geführt. Im Gegenstrom wurde der Gasstrom mit Industriewasser behandelt, mit welchem das in der Säule aufsteigende Gas berieselt wurde. Die einzelnen Bedingungen waren wie folgt:

Gasgeschwindigkeit in der Säule 3,0 m/Sek.

Gaseinlaßtemperatur 200⁰C

Strömungsgeschwindigkeit des Wassers 20 000 kg/m /Std.

Wassereinlaßtemperatur 4O⁰C

L/G 1,48.

Der durch Ermittlung des Staubes im Abgas ermittelte Staubentfernungsgrad betrug 981. Der Gesamtdruckabfall in der Säule lag bei ungefähr 50 mm H₂O.

Dies Beispiel zeigt, daß das Verfahren der Erfindung die Entfernung von Staubpartikeln aus Abgasen in ausgezeichneter Weise ermöglicht und daß das Verfahren der Erfindung ein ausgezeich-

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netes Verfahren zur Verhinderung von Luftverschmutzung ist, da im allgemeinen Staubpartikel mit einem Druchmesser von unter 2 Mikron nach den üblichen bekannten Verfahren nur schwer in hohem Grade entfernt werden können.

Beispiel 4

Durch eine Moredana-Plattensäule mit 4 perforierten Platten mit einem Lochdurchmesser von 5 mm und einem freien Raumverhältnis von 0,30 wurde kontinuierlich Gas mit 25 000 ppm H₂S gefükrt. Das Gas wurde in der Säule mit einer 10 gew.-!igen wäßrigen Natriumhydroxidlösung behandelt. Die Natriumhydroxidlösung fiel im Gegenstrom abwärts auf den aufsteigenden Gasstrom, wobei die folgenden Bedingungen eingehalten wurden:

Gasgeschwindigkeit 3,54 m/Sek.

Strömungsgeschwindigkeit der Absοrp- ₇

tionsflüssigkeit 20 000 kg/m /Std.

L/G 1,25.

Die Konzentration des H₂S im Abgas aus der Säule lag bei 5 ppm. Der Gesamtdruckabfall in der Säule lag bei ungefähr 120 mm H₂O.

Beispiel 5

Durch eine Moredana-Plattensäule mit 3 perforierten Platten mit einem Lochdurchmesser von 8 mm und einem freien Raumverhältnis von 0,49 wurde ein Gas mit 1330 ppm SO- mit einer Geschwindigkeit von- 5,8 m/Sek. geführt. Das Gas wurde in der Säule mit einer 5 gew.-!igen wäßrigen Na-CO,-Lösung behandelt. In der Säule wurde das aufsteigende Gas mit der Na₂CO,-Lösung berieselt. Die Strömungsgeschwindigkeit der Absorptionsflüssigkeit lag bei 20 000 kg/m²/Std.

Die Konzentration des SO₂ in dem die Säule verlassenden Abgas lag bei 8 ppm. Der Gesamtdruckabfall in der Säule lag bd ungefähr 188 mm H₂O.

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Beispiel 6

In den Boden einer Moredana-Plattensäule wurden Verbrennungsgase von Heizöl mit 800 bis 100 ppm Schwefeldioxid (SO₂), 133 Kohlendioxid (CO₂) und 41 Sauerstoff (O₂) einer Temperatur von ungefähr 230 C nach Abkühlung in einer üblichen Wasserkühlkammer auf 60 bis 65⁰C eingespeist.

Die Moredana-Plattensäule wies einen Durchmesser von 1,5m auf und enthielt 3 perforierte Platten mit Löchern eines Durchmessers von 5 mm und einem freien Raumverhältnis von 0,35.

Das Gas wurde mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 15 000 bis 17 500 Nm /Std. aufwärts in die Säule eingespeist, wobei es im Gegenstrom mit einer Absorptionsflüssigkeit berieselt wurde, die aus einer wäßrigen Suspension von Calciumcarbonat (CaCO,), Calciumsulfit (CaSO,) und Calciumsulfat (CaSO.) bestand.

durch ^

Die Absorptionsflüssigkeit wurde/die Säule mit einer Geschwindigkeit von 60 bis 70 m /Std. geführt. Die Temperatur der Absorptionsflüssigkeit lag bei ungefähr 60⁰C. Das Flüssigkeits-Gasverhältnis (L/G) lag bei 3 bis 4.

Die Entschwefelung erfolgte nach dem in Figur 6 dargestellten Schema. Die Verfahrensbedingungen und Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 2 zusammengestellt:

Der C02~Gehalt des aus der Säule austretenden gewaschenen Gases lag bei 131. Der pH-Wert der Absorptionsflüssigkeit im inneren der Säule lag bei 9,5 bis 10,5. Des weiteren wurden folgende Bedingungen eingehalten:

pH-Wert der Absorptionsflüssigkeit beim Austritt aus der Säule 6 bis 8

Verhältnis von festem CaCO^-Gehalt zu Gesamtfeststoffgehalt in der Absorptionsflüssigkeit zum Zeitpunkt des Austrittes aus der Säule 5 bis 35 Gew.-I

Feststoffkonzentration der Absorptionsflüssigkeit zum Zeitpunkt des Austrittes aus der 3 bis 15 Gew.-% Säule

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Tabelle 2

Ver	Gasge	ρ H-Wert	Feststoff	5	Verhält	S0_o-GEhalt	SO.-Gehalt	Bntschwe-	Über	Druck
such	schwin	der Abs,-	konzentra	10,3	nis von	L JS λ rt Γη? λ r·	L JX λ ^ JX -i £*	felungs-	schuß	abfall
Nr.	digkeit	Flüssig-	tion der	14,8	festem	Uc5 udbcb Kai F" T Tl —	ClCb UXc Cä'ii 1 fi» Vl^ Τ —	grad in	CaC0_	in der
	in der Säule	keit beim Austritt	Ab s.-Flüs sigkeit in	4,7	CaCO,,- Gehalt	UCi. JLt Λ. XL tritt in	üdUXv VCX lassenden	^%	C⁹O ³	Säule (mm
	(m/Sek.)	aus de r Säule	^%	19	zu Gesamt feststoff	UXc Ow-IAXc (ppm)	(ppm)			H₂O)
				gehalt in
1	2,9	6,9	10	870	2	99,8	11	75
2	3,0	7,2	5	960	3	99,7	5,5	95
3	3,2	7,9	13	910	Spur	100	15	125 '
4	3,0	7,0	2	890	90	90	2	70 S
S	3,1	9,0	26	9 30	19	98	35	ca.250 '

Bemerkung 1:ßei den Versuchen Nr. 4 und Nr. 5 handelt es sich um Vergleichsversuche.

Bei den Versuchen 1 bis 4 wurde keine Verstopfung in der Säule während der Durchführung des Verfahrens festgestellt. Im Falle des Versuches 5 trat jedoch eine
Verstopfung auf und es war außerordentlich schwierig das Verfahren kontinuierlich
durchzuführen.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Entfernung einer Gaskomponente und/oder feinen Staubpartikeln aus Gasen nach dem Gegenstroinverfahren, bei dem das zu reinigende Gas aufwärts durch eine Säule geführt und mit einer abwärts fließenden Absorptionsflüssigkeit in Kontakt gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß man das zu reinigende Gas aufwärts durch eine Plattensäule mit mindestens einer perforierten Platte oder Gitterplatte ohne überlauf und Gasabzugsrohr mit einem "freien Raumverhältnis" (Verhältnis der Fläche der Löcher in der Platte zur Plattenoberfläche) von 0,25 bis 0,60 bei einer Gasgeschwindigkeit, die einem Punkt des Abschnittes B-C einer Kurve £(c), (b)J eines Diagrammes (Fig. 1)»in dem der Druckabfall Δ P durch eine Platte gegen die Gasgeschwindigkeit UG einer Moredana-Plattensäule aufgetragen ist, entspricht, und die Absorptionsflüssigkeit abwärts im Gegenstrom durch die Plattensäule bei einem Flüssigkeits-Gasverhältnis (L/G) von 0,5 oder darüber führt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Entfernung von Schwefeloxyden aus Verbrennungsgasen als Absorptionsflüssigkeit eine wässrige Suspension mindestens einer Calciumverbindung, bestehend aus Calciumoxyd, Calciumhydroxyd oder Calciumcarbonat verwendet, daß man den pH-Wert der zirkulierenden Absorptionsflüssigkeit derart einstellt, daß er beim Austritt der Absorptionsflüssigkeit aus der Säule bei 6 bis 8 liegt, daß der Feststoffgehalt der zirkulierenden Absorptionsflüssigkeit beim Austritt der Flüssigkeit aus der Säule bei 3 bis 15 Gew.-I liegt und daß man durch Zufuhr einer Calciumverbindung in die zirkulierende Absorptionsflüssigkeit das Verhältnis des Gehabtes an festem Calciumcarbonat zum Gesamtfeststoffgehalt der Absorptionsflüssigkeit beim Austritt aus der Säule von 5 bis 35 Gew.-% aufrechterhält.

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