DE2337868C3 - Verfahren zur Entfernung einer Gaskomponente und/oder von feinen Staubpartikeln aus Gasen - Google Patents
Verfahren zur Entfernung einer Gaskomponente und/oder von feinen Staubpartikeln aus GasenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung einer Gaskomponente und/oder von feinen Staubpartikeln
aus Gasen, bei welchem das die zu entfernende Komponente enthaltende Gas aufwärts durch eine
Plattensäulc mit mindestens einer perforierten Platte oder Gitterplatte ohne Oberlauf- und Gasabweisteil
geführt und im Gegenstrom mit einer abwärts fließenden Absorptionsflüssigkeit in Kontakt gebracht
wird.
Gasabsorption- und Staubentfernungsverfahren zur
Abtrennung spezifischer Gaskomponenten oder feiner Staubpartikel aus Abgasen, insbesondere naß arbeitende
Verfahren dieses Typs, gewinnen zunehmend an Bedeutung, insbesondere im Hinblick auf Umweltversehmutzungsprobleme.
Zur Durchführung dieser Verfahren werden in der Regel Gasabsorber vom Flüssigkeitsrieseltyp, z. B.
Füllkörperkolonnen, Sprühwäscher und Rieseltürme, eingesetzt oder Gasabsorber vom Gasschäumtyp, z, B.
Fraktionierbodenkolonnen oder Perforierplatten-, Sieb-Dlatten- oder GitterDlattentürme.
Füllkörperkolonnen haben jedoch den Nachteil, daß eine Art Kanalbildung der Flüssigkeits- und Gasströme
auftritt und daß oftmals Verstopfungen erfolgen, wenn Gase oder Flüssigkeiten mit einem Gehalt an Fest-Stoffen
eingesetzt werden. Sprühwäscher sind insofern nachteilig, als zum Versprühen der Flüssigkeit ein hoher
Energieaufwand erforderlich ist, leicht Flüssigkeit mitgerissen wird und die Absorptionskapazität in der
Regel nicht zufriedenstellt. Gasabsorber vom Flüssigkeitsrieseltyp
sind ganz allgemein nicht besonder*, gut geeignet zum Absorbieren von Gasen, die eine große
Flüssigkeitsfilm-Widerstandsfähigkeit haben.
Plattentürme des angegebenen Typs, z. B. Fraktionierbödenkolonnen
oder Fraktionierglockentürme, werden in der Regel dar.n verwendet, wenn große
Mengen von Gasen zu reinigen sind und wenn eine Füllkörperkolonne deshalb ausscheidet, weil besonders
hohe oder niedrige Flüssigkeits-Strömungsgeschwindigkeiten angewandt werden müssen, oder wenn Gase
oder Flüssigkeiten mit einem Gehalt an Feststoffen eingesetzt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch
diese Plattentürme Nachteile aufweisen, nämlich insofern, als der Druckabfall in der Säule relativ hoch und
die sogenennte Plattenwirksamkeit in der Regel gering ist, wobei noch hinzu kommt, daß bei Verwendung einer
Plattensäule zur Absorption von Gas einer hohen Flüssigkeitsfilm-Widerstandsfähigkeit, das in dem flüssigen
Absorbens nur wenig löslich ist, nur eine vergleichsweise geringe Absorption erreicht wird,
weshalb große Säulen angewandt werden müssen, die jedoch generell ebenfalls nur eine unbefriedigende
Absorption bewirken.
Als nachteilig erwies sich ferner, daß bei Durchführung der üblichen industriellen Absorptionsverfahren
die Oberflächengasgeschwindigkeit in den Türmen in der Regel auf 0,3 bis 2 m/s begrenzt ist, so daß die
Reinigung einer großen Gasmenge einen großdimensionierten Turm erfordert.
Die bisher bekannten Verfahren zur Entfernung von
■to SO, aus Abgasen bedienen sich entweder fester
Absorptionsmittel, ζ. B. vom Typ Aktivkohle oder aktiviertes Manganoxid (trockene Entschwefelungsverfahren),
oder flüssiger Absorptionsmittel, ζ. B. vom Typ einer wäßrigen Natriumhydroxidlösung, Kalkmilch oder
Soda (Naßverfahren).
Von diesen Verfahren weist das Naßverfahren im Vergleich zum Trockenverfahren den Nachteil auf. daß
die gereinigten Gase, die in die Atmosphäre abgelassen werden, weiße Dämpfe bilden und schlechte Diffusionseigenschaften
haben auf Grund der Temperaturabnahme der gewaschenen Gase. Andererseits hat jedoch
das naß arbeitende Verfahren eine besondere Bedeutung erlangt, da es den Vorteil hat. daß die
Absorptionsreaktion schneller verläuft als beim Trockenprozeß, die Gasbehandlungs- oder Gasreinigungsvorrichtung
eine vergleichsweise geringere Größe aufweisen kann, die Betriebskosten gering sind und
das Verfahren leicht durchführbar ist.
Bei den bekannten nassen Entschwefelungsverfahren wird das einen Gehalt an SO, aufweisende Abgas mit
einem flüssigen Absorbens in Lösung oder Suspension in Kontakt gebracht unter Verwendung einer Absorptionsvorrichtung,
ζ. Β. eines Sprühwäschers, einer Füllkörperkolonne oder eines Plattenturms, wobei als
flüssiges Absorptionsmittel ζ. Β. wäßrige Lösungen oder Suspensionen von Oxiden, Hydroxiden, Carbonaten und
Sulfiten von Alkali- oder Erdalkalimetallen, wie auch Ammoniak und seinen Derivaten dienen. AbsorDtions-
mittel mit einem Gehalt an Calciumverbindungen, z. B.
Calciumoxid, Calciumhydroxid und Calciumcarbonat, haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen, da sie
billig und leicht zugänglich sind und das absorbierte SO» in Form von Gips, d. h. einem gewerblich verwertbaren
Stoff, binden.
Bei den üblichen bekannten Verfahren, die flüssige Absorptionsmittel, einschließlich Calciumverbindungen
in Suspension, verwenden, erwies sich jedoch als nachteilig, daß in den Absorptionsvorrichtunger. und
den damit in Verbindung stehenden Einrichtungen leicht Verstopfungen auftreten und daß eine kontinuierliche
Durchführung des Reinigungsverfahrens schwierig ist. Es zeigte sich ferner, daß das Calciumabsorptionsmittel
in unerwünschter Weise nut dem Kohlendioxid des Abgases unter Bildung von Calciumcarbonat reagiert
und somit statt zur Entfernung von SO» anderweitig verbraucht wird. Als weiterer Nachteil kommt hinzu,
daß die Absorptionsgeschwindigkeit von SO» im allgemeinen nicht zufriedenstellt, was sowohl auf die
Absorptionsvorrichtung selbst als auch auf die verwendete Calciumverbindung zurückzuführen ist. Da ein
zufriedensteüender Gas-Flüssigkeiiskontakt i- den
üblichen Absorptionsvorrichtungen nicht erzielbar ist, müssen eine großdimensionierte Vorrichtung oder zwei
oder mehr hintereinandergeschaltete Absorptionsvorrichtungen verwendet werden. Wird ferner zur Erhöhung
des Gas-Flüssigkeitskontaktes der Absorptionsprozeß unter Anwendung eines hohen Verhältnisses
von Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Absorbens L (kg/m2 pro Stunde) zur Strömungsgeschwindigkeit
des Gases G (kg/m2 pro Stunde), z. B. bei einem UG-Verhältnis von 10 bis 20 durchgeführt, so steigt der
Druckabfall in der Kolonne merklich an, was eine starke Erhöhung der Installierungs- und Betriebskosten zur
Folge hat.
Unterschiede ergeben sich dabei in bezug auf Druckabfall und Gasgeschwindigkeit je nach Typ der
verwendeten Absorber, wobei solche vom Typ der Plattenkolonnen aus den angegebenen Gründen bevorzugt
/um Ein'itz gelangen. So ist es z. B. aus der Diplomarbeit von E. Z el fei, Berechnung und
Konstruktion von Siebboden, Bd. 1, München 1962, Seiten 118 bis 119 und Abb. 61 ab. bekannt, daß bei
Verwendung von Kolonnen mit Loch- oder Gitterplatten, die jeweils einen Überlauf und Gasabweiser
sowie ein vergleichsweise sehr nied. ges Freiraumverhältnis (Verhältnis der Löcherfläche zur Plattenoberfläche)
von etwa 0,08 haben, der Druckabfall mit der Gasgeschwindigkeit exponentiell zunimmt in einer
Weise, wie sie durch die in Abb. 61a dieser Druckschrift
gezeigten Kurven, die hochgradig Kurve (a) der vorliegenden 17Jg-I entsprechen, wiedergegeben wird.
Die mit derartigen Plattentürmen erzielbaren Strömungsgeschwindigkeiten
und Gas-Flüssigkeitskontakte sind jedoch vergleichsweise niedrig, weshalb auch die
Produktionsraten nicht zu befriedigen vermögen.
Werden derr^rpenüber sogenannte Moredana-Piattentürme
verwendet, die mindestens eine Lochoder Gitterplatte ohne Überlauf· und Gasabweiserteil
aufweisen, wie dies z. B. aus Journal of Applied Chemistry of the USSR, Bd. 36, Nr. 8, 1963, Seiten
1674-1680, Bd. 36, Nr. 10, 1963, Seiten 2136-2142, Bd.37, Nr,8, 1964, Seiten 1750-1759, Bd.40, Nr. 12,
1967, Seiten 2624-2626 und Bd. 41, Nr. I1 1968, Seiten
74- 77, bekannt ist, so hat dies den Vorteil, daß ein
gleichförmiger Gas-Flüssigkeitskontakt auch bei geringer Strömungsgeschwindigkeit der verwendeten
Flüssigkeit erreichbar, großdimensionierte Vornchiun
gen verwendbar, der Druckabfall durch die Säule relativ gering und Gas-Flüssigkeitssysteme mit einem Gehalt
an Feststoffen einsetzbar sind. Die bekannten Verfah-) ren, die sich derartiger Plattensäulen ohne Oberlauf und
Gasabweiser bedienen, kranken jedoch daran, daß die maximale Gasgeschwindigkeit in der Säule auf höchstens
etwa 2 m/s begrenzt ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß eine großdimensionierte Vorrichtung
in verwendet werden muß, wenn Gas einer hohen
Strömungsgeschwindigkeit gereinigt werden soll.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Entfernung von Gaskomponenten und/oder von feinen
Staubpartikeln aus Gasen unter Verwendung eines derartigen Moredana-Plattenturms mit Sieb- oder
Gitterplatten ohne Oberlauf und Gasabweiser anzugeben, das sich durch eine verbesserte Effektivität
auszeichnet und bei dem das Gas bei einer erhöhten Strömungsgeschwindigkeit in einer kompakten Abscrp-
JO tionsvorrichtung, die kontinuierlich über einen langen
Zeitraum hinweg betrieben werden kar\ behandelbar
ist, wobei insbesondere eine Verbessern» der Entschwefelung
von Abgasen erreicht werden soll.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch ge-
>'i kennzeichnet, daß man
a) eine P atte mit einem Freiraumverhältnis (Verhältnis der Löcherfläche in der Platte zur Plattenoberfläche)
von 0,25 bis 0,60 einsetzt,
b) das Gas durch die Säule mit einer Oberflächengasgeschwindigkeit
führt, die in den undulationsbereich fällt, und
c) die Absorptionsflüssigkeit durch die Plattensäule bei einem Flüssigkeits-Gasverhältnis (UG) von 0.5
oder darüber führt.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung, bei der zur Entfernung von Schwefeloxiden aus
schwefeloxidhaltigen Verbrennungsabgasen als Absorptionsflüssigkeit eine wäßrige Suspension "on
Calciumcarbonat eingesetzt wird, ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß man
zusätz''ch zu den Verfahrensstufen a) bis c)
d) jeweils am Auslaß der Säule sowohl
1) den pH-Wert der zirkulierender. Absorotions-4'
flüssigkeit bei 6 bis 8 hält, als auch
2) den Gesamtfeststoffgehalt in der Absorptionsflüssigkeit bei 3 bis 15 Gew.-% hält sowie
3) das Verhältnis des Gehaltes an festem Calciumcarbonat zum Gesamtfeststoffgehalt in der
Absorptionsflüssigkeit bei 5 bis 35 Gew-% hält.
durch Zufuhr mindestens einer aus Calciumoxid. Calciumhydroxid oder Calciumcarbonat bestehenden
Calciumverbindung zur zirkulierenden Absorptions-
v-, flüssigkeit.
Durch die Erfindung wird erreicht, daß aus Ab- unü
Verbrennungsgasen spezielle Gaskomponenten, z. B. Schwefeldioxid, Oxide des Stickstoffs, Schwefelwasserstoff
und dergleichen, sowie feine Staubpartikel oder
en Ruß in besonders ein'icher, wirksamer und wirtschaftlicher
Weise entfernbar sind, wobei die Entfernung von Schwefeloxiden (SO,^ aus Verbrennungsabgasen, z. B.
aus Abgasen von Heizkesseln, Heizöfen, Sinterofen, Konvertern, Schmelzofen und Einäscherungsofen, in
ν-, besonders vorteilhafter Weise gelingt. 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
IO
wäßrigen Suspension von im wesentlichen Calciumcarbonat
besteht.
Die Erfindung wird durch die Zeichnung näher veranschaulicht, in der darstellt
Fig. 1 ein Diagramm, aus dem sich der Druckabfall
AP durch eine Platte in Abhängigkeit von der Gasgeschwindigkeit Ugm einer Moredana-Plattensäule
ergibt,
Fig.2A1 2B und 2C Photographien, welche den
Zustand der Gas-Flüssigkeitsmischung auf der Moredana-Plalte
veranschaulichen,
F i g. 3 sin Diagramm, aus dem sich die Abhängigkeit des Verhältnisses des Gehalts an festem Calciumcarbohat
zum Gesamtfeststoffgehalt vom pH-Wert des flüssigen Absorptionsmittels beim Austritt aus der
Moredana-Plattensäule während eines Entschwefelungsprozesses unter Verwendung einer wäßrigen
Calciumcarbonatsuspension ergibt,
Fig.4 ein schematiscner Schnitt durch eine fvioredaha-Plattensäule,
die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendbar ist,
Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Moredana-Platte der in F i g. 4 dargestellten Säule und
Fig.6 ein Fließschema des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Entfernung von SO* aus einem
Kaminabgas.
Die Kurve (a) der Fig. 1 zeigt, daß bei einer Plattensäule mit Sieb- oder Gitterplatten ohne Überlauf-
und Gasabweisteil der Druckabfall 4P durch eine Platte in Abhängigkeit von der Gasgeschwindigkeit Ug
in der Säule im Falle eines Gegenstromkontaktes in typischer Weise eine gerade Linie mit zwei Knickstellen
bei den Punkten A und B ergibt.
Die Kurve (a) der F i g. 1 wurde erhalten bei einem Freiraumverhältnis der Platte von 0,20 und bei
Verwendung einer Absorptionsflüssigkeit, die aus einer 5gew.-°/oigen wäßrigen Na2CO3-Lösung bestand.
Am Punkt A der Kurve faj beginnt die Flüssigkeit auf
der Platte zurückzubleiben. Ist die Gasgeschwindigkeit Ug geringer als die beim Punkt A, so fällt die Flüssigkeit
durch die Löcher in der Platte und ein Durchtropfen oder Durchregnen ist die Folge. 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 Zustand (Blasenbildung), worauf allmählich
ein schäumender Zustand eintritt 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 DruckabfJI zl P durch die Platte und die Höhe
der Flüssigkeits-Gasmischungsschicht auf der Platte rasch an und es erfolgt schließlich eine Überflutung. In
diesem Überflutungszustand kann das Verfahren nicht mehr richtig durchgeführt werden, weshalb bisher der
Punkt B als der Punkt der maximal möglichen Gasgeschwindigkeit angesehen und die Gasgeschwindigkeit
beim Punkt B als maximal mögliche Gasgeschwindigkeit erachtet wurde. Im Falle einer Plattensäule
ohne Gasabweiser und Kennwerten, wie sie sich aus der Kurve (a) der Fig. 1 ergeben, ist der Bereich
zwischen den Punkten A und B der stabile Arbeitsbereich.
Eine Platte ohne Gasabweiser mit einem Freiraumverhältnis von ungefähr 0,08 bis 0,20 liefert im
allgemeinen Kurven des Typs der Kurve (a) der F i g. 1.
Erfindungsgemäß wird demgegenüber eine Moredana-Platte
mit einem Freiraumverhältnis von 0,25 bis 0,60
35
40
45
50
60
65 verwendet, was eine Druckabfallkurve zur Folge hat, die der Kurve (b)\n F i g. 1 entspricht.
Die Kurve (b) in F i g. 1 zeigt die Abhängigkeit des Druckabfalles AP durch eine Platte von der Gasgeschwindigkeit
Ug bei einem Freiraumverhältnis von 0,31 und bei Verwendung einer 5gew.-%igen
Na2CO3-Lösung als Absorptionsflüssigkeit
Gemäß Kurve (b)der Fig. 1 wird die Flüssigkeit auf
der Platte in einem Bereich außerhalb des Punktes Λ zurückgehalten und der Druckabfall 4Psteigt bei einem
Anstieg der Gasgeschwindigkeit Ug zwischen den Punkten A und B allmählich an, ähnlich wie im Falle der
Kurve (α) der Fig. 1. Gemäß Kurve (b) erfolgt jedoch
die Überflutung nicht beim Überschreiten des Punkte1= B, sondern bis zum Punkt C wird eine Gerade erhalten
mit einer etwas höheren Neigung als derjenigen der Geraden zwischen den Punkten A und B. Erst bei
Erreichen des Punktes Cerfolgt ein rascher Anstieg des
Druckabfalles ΔF und eine Überflutung, wegen der
Schwierigkeit, den exakten Überflutungspunkt genau festzustellen soll der Punkt C der Einfachheit halber
hier als Überflutungspunkt bezeichnet werden.
Der Zustand der Gas-Flüssigkeitsmischung auf der Moredana-Platte zwischen den Punkten B und C ist
derart, daß Flüssigkeitsstrom und Gasstrom wirksam miteinander vermischt vorliegen und auf der Platte eine
Gn'ppe von aus dei Gas-Flüssigkeitsmischung bestehenden
Bkicken in Form eines Schaumes gebildet wird. Diese Blöcke bewegen sich wiederholt kräftig auf und
nieder, ein Teil der niederfallenden Blöcke wird aufgebrochen, und neue Blöcke entstehen die unmittelbar
aufsteigen. Das Vermischen der Gasphase mit der flüssigen Phase erfolgt daher äußerst wirksam, wobei
die Grenzfläche zwischen Gas und Flüssigkeit erhöht wird und sich sowohl die Ausbildung eines laminaren
Flüssigkeitsfilms als auch der Gas-Flüssigkeitsgrenzschicht unaufhörlich erneuern. Der Bereich zwischen
den Punkten Sund Ceiner Kurve des Typs der Kurve
(b)von Fig. 1 wird als Undulationsbereich bezeichnet,
wobei der Punkt B die Minimum-Gasgeschwindigkeit und der Punkt C die maximale Gasgeschwindigkeit des
Undulationsbereiches kennzeichnet
In Fig. 1 zeigt die Kurve (c) den Druckabfall 4P bei
einem Freiraumverhältnis der Moredana-Platte von 0,35 und bei Verwendung einer wäßrigen 5gew.-°/oigen
CaCO3-Suspension als Absorptionsflüssigkeit In Kurve (c) hat der Undulationsbereich BCdas gleiche Aussehen
wie in Kurve (b)azr F i g. 1.
Die F i g. 2A und 2B zeigen Zustände bei einer Gasgeschwindigkeit von 4,0 m/s, d. h. einem Punkt im
Undulationsbereich zwischen den Punkten Bund C, und
die F i g. 2C zeigt einen Zustand bei einer Gasgeschwindigkeit Ug von 1,8 m/s, d.h. im sogenannten stabilen
Arbeitsbereich zwischen den Punkten A und B der Kurve (b) der Fi g. 1.
In den Fig.2A und 2B ist einer der angegebenen
Blöcke aus kleinen Schaumpartikeln durch das Bezugszeichen 1 gekennzeichnet In den Photographien hat ein
derartiger Block das Aussehen einer Wolke. In F i g. 2A befindet sich der Block 1 in der höchsten und in F i g. 2B
in der niedrigsten Position, die er bei seiner Bewegung erreichen kann.
Im Gegensatz hierzu befindet sich die Gas-Flüssigkeitsmischung bei einer Gasgeschwindigkeit von 1,8 m/s
in dem bisher als stabiler Arbeitsbereich bezeichneten Bereich zwischen den Punkten A und B der Kurve (b) im
Zustand des Schäumens oder Aufschäumens, der in F i g. 2C durch das Bezugszeichen 3 gekennzeichnet ist
In den Fig. 2A, 2B und 2C kennzeichnet das
Bezugszeichen 2 die an der inneren Oberfläche der Säule nach abwärts gerichtete Flüssigkeitsbewegung.
Erfindungsgemäu werden Gas und Flüssigkeit im Gegensfförn innerhalb des Undülationsbereiches, d. h.
im Bereich zwischen den Punkten Bund Cder Kurve (b) von Fig. 1 in Kontakt gebracht. Es hängt insbesondere
vom Fffcräumverhältnis der Platten wie auch von den
physikalischen Eigenschaften der Gas-Flüssigkeitsmischungen
und der Strömungsgeschwindigkeit von Gas Und Flüssigkeit ab, ob die hydrodynamische Üeziehung,
wie sie in der Kurve (b) von Fig. 1 dargestellt ist, auftritt
oder nicht. Die Beziehung zwischen der Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit L (kg/m2 · h) und dem
Fri.raumverhältnis einer Moredana-Platte führt nämlich
zu einem relativ breiten Undulationsbereich, ähnlich demjenigen zwischen den Punkten Bund Cder Kurve
(b)von Fig. 1.
(SO,) mittels einer wäßrigen Natriumcarbonatlösung ausgewaschen unter Verwendung verschiedener Moredana-Platten
mit einem jeweils unterschiedlichen Freiraumverhältnis.
Bei der Verwendung einer Moredana-Plattensäule
mit 3 perforierten Platten mit jeweils einem Freiraumverhältnis von 0,31 wurde der Undulationsbereich BC
der Kurve (b)von F i g. 1 bei einer Strömungsgeschwindig...it
der Flüssigkeit von 9000 bis UO 000 kg/m2 · h erhalten. Es wurden 95 bis 99% SO2 bei einer
Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit von über iO 700 .g/m2 · h und einer Gasgeschwindigkeit zwischen
den Punkten B und C absorbiert. War die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit jedoch geringer
als 9000 kg/m2 · h, so lag die Gasabsorption bei 90 bis 88% oder darunter bei einer Gasgeschwindigkeit
unter dem Punkt B bzw. bei weniger als 85% bei einer Gasgeschwindigkeit oberhalb des Punktes B.
Die Ursache hierfür ist darin zu sehen, daß der Grad der Massenübertragung auf der Platte beträchtlich
abnimmt und eine geeignete Flüssigkeitsaufstockung auf der Platte für die Massenübertragung nicht erreicht
werden kann auf Grund der relativ geringen Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Vergleich zur
Strömungsgeschwindigkeit des Gases. Es zeigte sich, daß dann, wenn die Gasgeschwindigkeit den Punkt B
überschreitet, der Gasstrom direkt durch die Flüssigkeitsschicht auf der Platte hindurchströmte und die
Flüssigkeit auf der Platte in Form feiner Tröpfchen nach oben verspritzt wurde. Lag die Strömungsgeschwindigkeit
der Flüssigkeit über 40 000 kg/m2 · h, so trat zwar der Bereich BCauf, doch lag der Wert des Druckabfalles
durch die Platte bei 40 mm H2O oder darüber,
infolgedessen handelt es sich bei diesen Bedingungen nicht jeweils um bevorzugt gute Arbeitsbedingungen.
Der Bereich optimaler Flüssigkeitsströmung (L) liegt bei 20 000 bis 30 000 kg/m2 · h im Falle einer perforierten
Platte mit einem Freiraumverhältnis von 0,31.
Bei einer Platte mit einem Freiraumverhältnis von 0,25 kann der Undulationsbereich BC bei einer
Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit von über 25 000 kg/m2 · h nicht auftreten, und es wird eine der
Kurve (a) von F i g. 1 entsprechende Kurve erhalten. Liegt die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit
unterhalb 9300 kg/m2 · h, so tritt zwar der Undulationsbereich BC auf, doch handelt es sich hierbei nicht um
bevorzugte Bedingungen, weil die Absorptionsgeschwindigkeit bei einer Gasgeschwindigkeit, die oberhalb
des Punktes B liegt, beträchtlich vermindert wird.
Der bevorzugte Bereich der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in der Platte mit einem Freiraumverhältnis
von 0,25 liegt zwischen 9300 und 22 000 kg/ m2 · h. Dieser Bereich ist somit enger als derjenige einer
Platte mit einem Freiraumverhältnis von 0,31.
Bei einer Platte mit einem Freiraumverhältnis von 0,20 tritt der Undulationsbereich BC bei einer
Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit (L)\on über
7500 kg/m2 ■ h nicht auf, und es Wird eine Kurve
ίο entsprechend der Kurve (a) von Fi g. 1 erhalten Liegt
die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit (L) bei
5000 kg/m2 · h, so wird zwar eine der Kurve (b) von Fig. 1 entsprechende Kurve erhalten, doch nimmt die
Geschwindigkeit der Massenübertragung auf der Platte stark ab, wenn die Gasgeschwindigkeit über den Punkt
B hinaus ansteigt, und zwar auf Grund der geringeren Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit. Demzufolge
können diese Bedingungen in der Praxis nicht
Auf Grund dieser Gegebenheiten liegt das Minimum-Freiraumverhältnis
der Moredana-Platte bei 0,25. Im Falle einer Platte mit einem Freiraumverhältnis von
über 0.35 tritt der Undulationsbereich BCimmer auf bei
einer Flüssigkeits-Strömungsgeschwindigkeit unterhalb 60 000 kg/m2 · h, die als die für die Praxis geeignete
Strömungsgeschwindigkeit gelten kann. Übersteigt jedoch das Freiraumverhältnis der Platte 0,60, so ist der
Freiraum so groß, daß es schwierig wird, die flüssige Schicht auf der Platte zu halten. Eine Platte mit einem
Freiraumverhältnis von über 0,60 ist daher für die Praxis ungeeignet.
Liegt das Freiraumverhältnis 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
andererseits das Freiraumverhältnis größer als 0,60, so tritt der Undulationsbereich BC lediglich im Falle
extrem hoher Gasgeschwindigkeiten auf, und der Druckabfall durch die Platte steigt stark an.
Vorzugsweise werden Plattensäulen mit mindestens einer perforierten Platte mit einem Freiraumverhältnis
von 0,30 bis 0,50 verwendet.
Aus der folgenden Tabelle 1 ergibt sich die Beziehung zwischen dem Freiraumverhältnis einer Moredana-PIatte
und Mindest-Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeiten, bei denen effektive Undulationsbereiche BC
ausgenutzt werden können, wie sich aus Daten ergibt, die erhalten wurden durch Behandlung eines SO2haltigen
Gases mit einer 5%igen Na2CO3-Lösung unter
Verwendung einer perforierten Moredana-Platte bei einem Flüssigkeits-Gasverhältnis (LSG)von 0,5.
FreiraumverhäUnis
Minimum-Strömungsgeschwindigkeit
der Flüssigkeit
der Flüssigkeit
(kg/m2.h)
60
0,25 0,31 0,35 0,40 65 0,45 0,50 0,55 0,60 9 300
10 700
11600
12 800
14000
10 700
11600
12 800
14000
15 100
16 300
17 100
Zur Erzielung einer der Kurve (b) von Fig. 1 entsprechenden Kurve war es bisher erforderlich, die
Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit Lzu vermindern,
weil eine Platte mit einem geringen Freiraumverhältnis zum Einsatz gelangte. Demzufolge sank die
Geschwindigkeit der Massenübertragung stark ab, wenn die Gasgeschwindigkeit auf einen über der
maximal möglichen Gasgeschwindigkeit liegenden Wert anstieg, infolgedessen galt bisher, daß die
Geschwindigkeit oder das Ausmaß der Massenübertragung abnimmt, wenn die Gasgeschwindigkeit auf
einen Wert oberhalb der maximal möglichen Gasgeschwindigkeit ansteigt. Wird andererseits die Strömungsgeschwindigkeit
der Flüssigkeit erhöht, um die Absorptionsgeschwindigkeit zu steigern, so ergibt sich 15 <j
eine Kurve ähnlich der Kurve (a) von F i g. 1. In diesem α
Falle ist überdies die Gasbehandlungskapazität einer Vorrichtung gering auf Grund der niedrigen maximal
möglichen Gasgeschwindigkeit, die praktisch gleich ist
Es war bisher unbekannt, daß man bei Verwendung einer Moredana-Säule zu optimalen Ergebnissen dann
gelangt, wenn man ein großes Freiraumverhältnis und eine hohe Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit wählt.
Beim erfindungsgemäßen Gasabsorptions- und/oder Staubentfernungsverfahren, z. B. einem Entschwefelungsprozeß,
bei dem der Undulationsbereich BC gemäß den Kurven (b) oder (c) von F i g. 1 angewandt
wird, ist das Flüssigkeits/Gas-Verhältnis (UG) 0,5 oder
höher und liegt in der Praxis vorzugsweise bei 1 bis 20, jo
insbesondere bei 1 bis 5. Liegt der Wert von UG unter 0,5, so nimmt die Geschwindigkeit der Massenübertragung
auf Grund einer zu geringen Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit ab, wenn die Gasgeschwindigkeit
einen Wert über der Mindest-Undulationsge- js schwindigkeit hat, d. h. oberhalb dem Punkt B in den
Kurven (b) und (c) von F i g. 1 liegt, weshalb eine zufriedenstellende Geschwindigkeit der Entschwefelung
nicht erreicht werden kann. Steigt andererseits der Wert UG auf einen extrem hohen Wert an, so wird der
Druckabfall durch die Platte größer. Infolgedessen ist der maximale L/G-Wert auch für praktische Zwecke
vorzugsweise begrenzt auf ungefähr 20.
Die Punkte B und C, welche den Undulationsbereich einer Moredana-Plattensäule kennzeichnen, lassen sich
leicht durch Versuche ermitteln.
Die Kurven (b) und (c) von Fig. 1 wurden auf experimentellem Wege bestimmt, und zwar unter
Verwendung einer perforierten Platte bei einer Flüssigkeits-Strömungsgeschwindigkeit von 20 000 kg/ to
m2 · h.
Die Geschwindigkeit beim Punkt B (Ugm) kann aus den folgenden vier Gleichungen, wie von H. U c h i y a ma,
K. H i r a ο und N. M e η ο in Kagaku Kogaku, 35, 116-122 (1971) angegeben wird; berechnet werden:
worin bedeuten:
-IJ55
Ugm = die Oberflächengasgeschwindigkeit
Punkt Sin m/s;
Punkt Sin m/s;
— die Fallbeschleunigung in m2/s;
= das Freiraumverhältnis der perforierten Platte
oder Gitterplatte (—);
= die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit
= die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit
in kg/m2 · s;
— die Strömungsgeschwindigkeit des Gases in kg/m2 · s;
= die Flüssigkeitsdichte in kg/m3;
= die Gasdichte in kg/m3;
= die Gasdichte in kg/m3;
/—— = Kapillarkonstante (m) und
Oberflächenspannung in kg/s2.
Oberflächenspannung in kg/s2.
Die oben angegebene Gleichung (1) ist anwendbar auf eine perforierte Platte im Falle von
FcS 0,16
iQ3> 0,838.
Die Gleichung (2) ist anwendbar auf eine perforierte Platte im Falle von
Fc ä 0,16
'Jg'.'1 · 103 < 0,838.
'Jg'.'1 · 103 < 0,838.
Die Gleichungen (3) und (4) sind anwendbar auf perforierte Platten von
Fc S 0,16
und Gitterplalien, wobei für die Gleichungen (3) und (4)
gilt
ijg/:>i ■ 103 ä; 1,20
ng/ij, 103<1,20.
ng/ij, 103<1,20.
Die Gasgeschwindigkeit Ugc (m/s) beim Punkt C der
Kurve (b) oder (c) in F i g. 1, d. h„ die Gasgeschwindigkeit
beim Überflutungspunkt, läßt sich nach den beiden folgenden Gleichungen ermitteln:
Ugm
= 7,509· IO2
A = 3,434
Ugm
Ugm
(6)
Ugm
Fc \g,
Ugm
Fc sie.
Ugm
Fc |/gf
( 'Jg
^ (D
,2)
60
65
(3)
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 · IO4- II 104kg/m2-h
und die Gleichung (6) für
und die Gleichung (6) für
L= 104-6 104kg/m2-h.
Zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung sind Plattensäulen mit üblichen perforierten Platten oder
G?terplatten üblichen Aufbaus, z. B. vom Gattertyp oder vom Typ paralleler Streben und dergleichen, mit
einem Freiraumverhältnis 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 bei 2 bis 16,
. orzugsweise 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 ßCder Kurve (b)von Fig. 1 liegt sowie bei dem
angegebenen Flüssigkeits-Gasverhältnis (L/C).
Des weiteren ermöglicht es die Erfindung, das zu reinigende Gas in eine Vorrichtung zur Entfernung
eines spezifischen Gases und/oder von feinem Staub mit einer Gasgeschwindigkeit einzuführen, die mehrfach
größer ist als die Geschwindigkeit üblicher bekannter Verfahren, so daß die Größe der zur Durchführung des
Verfahrens der Erfindung verwendeten Vorrichtung um ein mehrfaches kleiner ausgestaltet werden kann als die
Vorrichtungen üblicher bekannter Verfahren, wobei ein hochökonomischer Gas-Absorptions- oder 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 auf Grund 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 .licht 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 gestartet und leicht
beendet werden kann und weil schließlich eine praktisch konstante Gasabsorption oder Staubentfernung bei
konstanter Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit
selbst bei Änderung der Beschickungsrate des Gases erreicht werden kann, ist die Durchführung des
Verfahrens der Erfindung sehr einfach.
Das Absorbens zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung und das 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. Das 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) ausdrucken:
CaCO., + SO, = CaSO, + CO2
Ein Teil des auf diese Weise gebildeten Calciumsulfites
wird zu Calciumsulfat oxidiert, und zwar durch den Sauerstoff der Abgase, die in der Moredana-PIatter,-säule
zu reinigen sind. Die Oxidation läßt sich durch folgende Gleichung (8) wiedergeben:
CaSO., + ';2 O2 = CaSO4
Infolgedessen enthält die durch die Moredana-Plattensäule zirkulierende Absorptionsflüssigkeit
in wäßriger Suspension des weiteren Calciumsulfit, Calciumsulfat und Kohlendioxid, wie auch die bereits
erwähnten Verbindungen. Ein Teil des Kohlendioxids, das in der Absorptionsflüssigkeit gelost ist, hat seinen
Ursprung in dem Kohlendioxid des zu reinigenden Abgases, welches normalerweise mehrere bis etwa 10
und mehr Prozent Kohlendioxid enthält. Wird KaIkmilch 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 Reaktion durch die folgenden Gleichungen
(9J und (10) wiedergegeben werden können:
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO., + H2O
Ca(OH)2 + Ca(HCO.,)2 = 2CaCO., + 2H2O (10)
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
jo die Säule oder den Turm gelangt, erfolgt eine Umsetzung des in dem aufzuarbeitenden Abgas
enthaltenen Kohlendioxids mit Calciumhydroxid oder Calciumoxid praktisch nicht im Inneren der Moredana-Plattensäule.
Aus diesem Grund wird die Bildung
j-, oder Ablagerung von Kesselstein wirksam vermieden.
Es wurde gefunden, daß die Feststoffkonzentration der Absorptionsflüssigkeit beim Austritt aus der
Moredana-Plattensäule (d.h. die Konzentration von Gesamtfeststoffen an CaSO3. CaSO4 und CaCO3). das
Verhältnis von Gehalt an festen Calciumcarbonat zum erwähnten Gesamtfeststoffgehalt beim Austritt aus der
Moredana-Plattensäule und der pH-Wert der Absorptionsflüssigkeit beim Austritt aus der Säule einen großen
Einfluß auf die Entschwefelungsgeschwindigkeit, x trstopfungsprobleme
der Entschwefelungsvorrichtung und den Einheitenverbrauch an Calciumverbindung
(Absorbens) haben.
Im Falle des erfindungsgemäßen Entschwefelungsprozesses soll der ρ H-Wert der Absorptionsflüssigkeit
so 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 Entschwefelungsgeschwindigkeit ab. Der Grund hierfür liegt darin, daß Calciumbisulfit
Ca(HSO3)2 unter einem pH-Wert von 6 in der
Absorptionsflüssigkeit erzeugt wird und Schwefeldioxidgas aus der schwefeligen Säure entsteht, welche
durch die im folgenden wiedergegebene Gleichgewichtsreaktion aus dem Bisulfition HSO3" erzeugt
bo wird:
HSO," + H +
H2SO, (II)
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-PiattensäuIe
bei 5 bis 35 Gew.-%, vorzugsweise bei 5 bis 20 Gew.-%, 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
.-ufriedenstellende Entschwefelungsgeschwindigkeit zu
gewährleisten. Ein Verhältnis von weniger als 5 Gew.-°/o hat sich daher in der Praxis als nicht geeignet erwiesen,
und zwar uui Grund eines Anstieges des Druckabfalls in
der Säule oder dem Turm. Wird in diesem Falle das Flüssigkeits-Gasverhältnis (L/C) vermindert, um den
Druckabfall in der Säule oder dem Turm zu vermindern, so nimmt die Cnischwefelungsgeschwindigkeii ab.
Wenn andererseits das Verhältnis von Gehalt an festem Calciumcarbonat zum Gesamtfeststoffgehalt ansteigt,
so steigt die Menge an verlorenem Calciumcarbonat in unerwünschter Weise an. weil ein Teil der Absorptions- >ί
flüssigkeit, 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 Absorptions- jo flüssigkeit von bis zu 35 Gew. % für praktische Zwecke
als geeignet erwiesen. Beim erfiridungsgemäßen Entschwefelungsverfahren
wird des weiteren die Feststoffkonzentration der zirkulierenden Absorptionsflüssigkeit
beim Austritt aus der Moredana-Plattensäule auf 3 $5 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 15 Gew %, gehalten.
Liegt die Feststoffkonzentration unter 3 Gew.-%. so nimmt die Entschwefelungsgeschwindigkeit aufgrund
eines Abfalls 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 /u 4>
erreichen. Liegt andererseits die Feststoffkon/entration der Absorptionsflüssigkeit bei über 15 Gew.%. so steigt
der Druckabfall durch die Säule b<°i einem konstanten Flüssigkeits-Gasverhältnis (UG). Wird das Flüssigkeits-Gasverhältnis
(L/C) vermindert, um den Druck -,0
abfall /u vermindern, so nimmt der Entschwefelungs grad ab.
Die Steuerung des pH-Wertes der Absorptions flüssigkeit, 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 F i g, 3 Veranschaulichen die drei Kurven (ä), (b)üna
(c) die Beziehung zwischen dem pH^Wert der Absorptionsflüssigkeit zum Zeitpunkt des Austrittes aus
der Säule und dem Verhältnis Von festem Calciumcarbonatgehalt zu Gesamtfeststoffgehalt in der Absorptions*
flüssigkeit zum Zeitpunkt des Austrittes aus der Säule, wobei die Feststoffkonzentrationen der Absorptions^
flüssigkeiten aufgetragen wurden. Die Beziehung dieser drei Fraktoren in Fig.3 ergab sich durch Auftragen
experimenteller Daten bei einem Entschwefelungsgrad von fast 100%. Die Daten wurden erhalten durch
Behandlung von Gas, enthaltend SO1 und bei Verwendung von Kalkmilch als Absorptionsmittel, das in eine
Moredana-Plattensäule mit drei perforierten Platten eingespeist wurde, wobei jede der drei perforierten
Platten ein Freiraumverhältnis von G.35 aufwies und wobei des weiteren ein Flüssigkeits-Gasverhältnis (L/C)
von 3 bis 4 aufrechterhalten wurde und die Gasgeschwindigkeit ungefähr 3 m/s betrug.
In F i g. 3 liegen den Kurven (a), (b) und (c) Versuche
mit Absorptionsflüssigkeiten zugrunde, deren Feststoffgehalt 5,10 bzw. 15 Gew.-°/o betrug.
Erfindungsgemäß ist es möglich, einen praktisch 100°/oigen Entschwefelungsgrad zu erreichen, indem das
zu reinigende Gas im Gegenstrom mit einem flüssigen Absorptionsmittel in Kontakt gebracht wird, und zwar
bei einer hohen Gasgeschwindigkeit, weiche in den Undaiaiiunsbcfcich BC der Kurve (c) von Fig. ί fällt,
ferner bei Anwendung eines der angegebenen Flüssigkeits-Gasverhältnisse
(L/C) 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 Säule.
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
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 /u
üblichen bekannten Verfahren das zu reinigende Gas mit hoher Geschwindigkeit in die Säule eingeführt
werden kann, sind die Betriebskosten eines erfindungsgemäßen
Entschwefelungsverfahrens gering, und der für die Erstellung einer Entschwefelungsvorrichtung
benötigte Raum ist gering.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung soll an Hand der F1 g. 4. 5 und 6
näher erläutert werden.
Gemäß Fig 4 kann zur Durchführung des Verfahrens
der Erfindung eine Moredana-Plattensäule 4 verwendet werden, die drei perforierte Platten 5 ohne
Überlauf und Gasabweisteil aufweist. Gemäß Fig. 5 weist eine Platte 5 eine Vielzahl von Öffnungen oder
Löchern 11 auf, wobei das Freiraumverhältnis (die Gesamtoberfläche der Öffnungen in der Platte zur
Gesamtplatlenfläche) bei ungefähr 031 liegt. Die
Moredana-Plattensäule 4 ist ferner gekennzeichnet durch: ein Gaseinleitungsrohr 6 zur Einspeisung des zu
reinigenden Gases, ein Gasausleitungsrohr 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.
Gemäß Fig.6 wird das zu reinigende Abgas mit
einem Gehalt an SO2, CO2 und dergleichen kontinuierlich
durch das Gaseinleitungsrohr 6 in die Moredana-PlattensäuIe
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. SO2-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. CaSO3 und CaSO4.
Die die Säule Λ verlassende Abcornt!Qnsflüss!<7ke!t
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 Absorptionsflüssigkeit oder Aufschlämmung kann dann
weiterverarbeitet werden, beispielsweise kann aus dieser Absorptionsflüssigkeit oder Aufschlämmung
Gips gewonnen werden.
Dem Behälter 16 kann demgegenüber eine Calciumverbindung,
und zwar Calciumoxid, Calciumhydroxid und/oder Calciumcarbonat in Form einer wäßrigen
Suspension über die Leitung 17 zugesetzt werden, 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 welches eine 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 4
geführt.
Die Temperatur der zirkulierenden Absorptionsflüssigkeit ist nicht kritisch. In vorteilhafter Weise weist
sie eine Temperatur von 50 bis 80° C auf.
Die folgenden Beispiele sollen das Verfahren der Erfindung näher veranschaulichen.
Ein Gas mit 1,280 ppm Schwefeldioxid (SO2) wurde
kontinuierlich durch eine Moredana-PIattensäule geführt,
welche drei perforierte Platten mit einem Lochdurchmesser von 5 mm und einem Freiraumverhältnis
von 0,31 aufwies. In die Säule wurde eine 5gew.-°/öige wäßrige Na2GO3-LOsUHg eingespeist. Die
Na2CO3'Lösung traf im Gegenstrom auf das in der
Säule aufsteigende Gas, wobei folgende Bedingungen eingehalten wurden:
Strömungsgeschwindigkeit
des Gases 18 300 kg/m2 - h
Gasgeschwindigkeit in der Säule 3,8& m/s
Gastemperatur
Strömungsgeschwindigkeit
der Flüssigkeit
Temperatur der Flüssigkeit
Strömungsgeschwindigkeit
der Flüssigkeit
Temperatur der Flüssigkeit
20°C
19 875 kg/m2
20°C
20°C
Der Absorptionsgrad, d.h. die Menge absorbiertes SOjX 100 dividiert durch die Menge von eingespeisten
SO2 wurde durch kontinuierliche Analyse des SO2-Gehalts
des aus der Säule abgezogenen Gases ermittelt Der Absorptionsgrad lag bei 98,8% und darüber.
Während des Verfahrens betrug die Höhe der Flüssigkeitssäule auf einer Moredana-PIatte 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 una einem
Freiraumverhältnis von 0,31 aufwies.
Der Absorptionsgrad lag in diesem Falle bei 99,8% oder darüber, und der Gesamtdruckabfaü in der Säule
lag bei ungefähr 150 mm H2O.
Vergleichsbeispiel 1
Durch eine Moredana-Plattensäule mit drei perforierten
Platten mit einem Lichtdurchmesser von 5 mm und einem Freiraumverhältnis von 0,31 wurde ein Gas
mit 1340 ppm SO2 mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s geführt. Das Gas wurde in der Säule im Gegenstrom mit
einer wäßrigen 5gew.-%igen Na2CU3-Lösung behandelt.
Der L/C-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).
Durch eine Moredana-Plattensäule (Durchmesser der Säule 400 mm) mit 15 perforierten Platten mit einem
Lochdurchmesser von 5 mm und einem Freiraumverhältnis von 030 wurde kontinuierlich ein Gasstrom
mit 200 ppm Stickstoffoxid (NO1) geführt. Im Gegenstrom
wurde der Gasstrom mit einer wäßrigen 5gew.-%igen Natriumchloritlösung (NaClO2) behandelt
Das in der Säule aufsteigende Gas wurde mit der NaClO2-Lösung von oben berieselt. Dabei wurden die
folgenden Bedingungen eingehalten.
Gasgeschwindigkeit in der Säule 3 m/s
Strömungsgeschwindigkeit
der Flüssigkeit
L/C
30 000 kg/m*
2,2
2,2
Der Absorptionsgrad, der durch Ermittlung der ΝΟτ-Konzentration im Abgas der Säule ermittelt
wurde, betrug 85%. Der Gesamtdruckabfall in der Säule betrug ungefähr 300 mm H2O.
Veigleichsbeispiel 2
Zu Vergleiehszweeken 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 Freiraumverhältnis Von 0,20 aufwies. Die Gasgeschwindigkeit betrug 1 m/s und die Strömüngs-
909 624/163
geschwindigkeit der Absorptionsflüssigkeit lag bei 20 000 kg/m2 · h. In diesem Falle wurden nur etwa 60%
des NO1 entfernt.
Ein Rauchgas mit ungefähr 0,5 g/Nm3 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 Freiraumverhältnis 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/s
Gaseinlaßtemperatur 2000C
Strömungsgeschwindigkeit
des Wassers 20 000 kg/m2 · h
Wassereinlaßtemperatur 400C
UG 1,48
Der durch Ermittlung des Staubes im Abgas ermittelte Staubentfernungsgrad betrug 98%. Der
Gesamtdruckabfall in der Säule lag bei ungefähr 50 mm H2O.
Dies Beispiel zeigt, daß das Verfahren der Erfindung die Entfernung von Staubpartikeki aus Abgasen in
ausgezeichneter Weise ermöglicht und daß das Verfahren der Erfindung ein ausgezeichnetes Verfahren zur
Verhinderung von Luftverschmutzung ist, da im allgemeinen Staubpartikel mit einem Durchmesser von
unter 2 Mikron naui den üblichen bekannten Verfahren nur schwer in hohem Grade entfern, werden können.
Durch eine Moredana-Plattensäule mit 4 perforierten Platten mit einem Lochdurchmesser von 5 mm und
einem Freiraumverhältnis von 0,30 wurde kontinuierlich Gas mit 25 000 ppm H2S geführt. Das Gas wurde in der
Säule mit einer 10gew.-%igen wäßrigen Natriumhydroxidlösung behandelt Die Natriumhydroxidlösung
fiel im Gegenstrom abwärts auf den aufsteigenden Gasstrom, wobei die folgenden Bedingungen eingehalten
wurden:
Gasgeschwindigkeit
Strömungsgeschwindigkeit
der Absorptionsflüssigkeit
L/C
Strömungsgeschwindigkeit
der Absorptionsflüssigkeit
L/C
3,54 m/s
20 000 kg/m* · h 1,25
IO
15
30
35
40 einem Freiraumverhältnis von 0,49 wurde ein Gas mit
1330 ppm SO2 mit einer Geschwindigkeit von 5,8 m/s geführt Das Gas wurde in der Säule mit einer
5gew.-%igen wäßrigen Na?CO3-Lösung behandelt In
der Säule wurde das aufsteigende Gas mit der NajCO3-Lösung berieselt Die Strömungsgeschwindigkeit
der Absorptionsflüssigkeit lag bei 20 000 kg/m2 · h. Die Konzentration des SO2 in dem die Säule
verlassenden Abgas lag bei 8 ppm. Der Gesamtduckabfall
in der Säule lag bei ungefähr 188 mm H2O.
In den Boden einer Moredana-Plattensäule wurden Verbrennungsgase von Heizöl mit 800 bis 1000 ppm
Scnwefeldioxid (SO2), 13% Kohlendioxid (CO2) und 4%
Sauerstoff (O2) einer Temperatur von ungefähr 2300C
nach Abkühlung in einer üblichen Wasserkühlkammer auf 60 bis 65° C eingespeist
Die Moredana-Plattensäule wies einen Durchmesser von 1,5 m auf und enthielt 3 perforierte Platten mit
Löchern eines Durchmessers von 5 mm einem Freiraumverhältnis von 0,35.
Das Gas wurde mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 15 000 bis 17 50ONmVh aufwärts in die Säule
eingespeist, wobei es im Gegenstrom mit einer Absorptionsflüssigkeit berieselt wurde, die aus einer
wäßrigen Suspension von Calciumcarbonat (CaCOs),
Calciumsulfit (CaSO3) und Calciumsulfat (CaSO4)
bestand. Die Absorptionsflüssigkeit wurde durch die Säule mit einer Geschwindigkeit von 60 bis 70 m3/h
geführt. Die Temperatur der Absorptionsflüssigkeit lag bei ungefähr 6O0C. Das Flüssigkeits-Gasverhältnis
(L/C) lag bei 3 bis 4.
Die Entschwefelung erfolgte nach dem in Fig.6 dargestellten Schema. Die Verfahrensbedingungen und
Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 2 zusammengestellt
Der COi-Gehalt des aus der Säule austretenden
gewaschenen Gases lag bei 13%. Dei pH-Wert der Absorptionsflüssigkeit im Inneren der Säule lag bei 9,5
bis 10,5. Des weiteren wurden folgende Bedingungen eingehalten:
Die Konzentration des H2S im Abgas aus der Säule so
lag bei 5 ppm. Der Gesamtdruckabfall in der Säule lag bei ungefähr 120 mm H2O.
Durch eine Moredana-Plattensäule mit 3 perforierten Platten mit einem Lochdurchmesser von 8 mm und
pH-Wert der Absorptionsflüssigkeit beim Austritt aus der Säule
Verhältnis von festem CaCO3-Gehalt zu Gesamtfeststoffgehalt
in der Absorptionsflüssigkeit
zum Zeitpunkt des Austrittes aus
der Säule
Verhältnis von festem CaCO3-Gehalt zu Gesamtfeststoffgehalt
in der Absorptionsflüssigkeit
zum Zeitpunkt des Austrittes aus
der Säule
Feststoffkonzentration
der Absorptionsflüssigkeit
zum Zeitpunkt des Austrittes
aus der Säule
der Absorptionsflüssigkeit
zum Zeitpunkt des Austrittes
aus der Säule
6 bis 8
5 bis 35 Gew.-%
3bisl5Gew.-%
Versuch Nr. | Gasgeschwindigkeit | pH-Wert der | Feststoffkonzentration | Verhältnis von |
in der Säule | Abs.-Flüssigkeit beim | der Abs.-Flüssigkeit | festem CaC03-Gehall | |
Austritt aus der Säule | zu GesamtfeslstofT- | |||
gehalt | ||||
(m/s) | (%) | (%) |
2,9
3,0
3,0
6,9
7,2
5
10,3
10,3
10
5
5
ί i S ί |
Fortsetzung | 19 | 23 37 | 868 | SO2-Gehalt des Gases bei Eintritt in die Säule |
7,9 | 20 | (%) | Verhältnis von festem CaCOrüehalt zu GesamtfeststofT- gehalt |
Versuch Nr. | (ppm) | 7,0 9,0 |
11 | CA) | |||||
■ ■ if |
Gasgeschwindigkeit pH-Wert der in der Säule Abs.-FIQssigkeit beim Austritt aus der Säule |
870 | Fesistoffkonzenirstion der Abs.-Flüssigkeit |
5,5 | 13 | ||||
3 | (m/s) | 960 | SOj-Gehalt des die Säule verlassenden Gases |
CA) | 15 | 2 26 |
|||
4 5 |
3,2 | 910 | (ppm) | 14,8 | 2 | ||||
3,0 3,1 |
890 | 2 | 4,7 19 |
35 | CaCO3 Druckabfall in der Säule |
||||
Tabelle 2 (Fortsetzung) | 930 | 3 | (mm HjO) | ||||||
Versuch Nr. | Spur | Entschwefelungs- Überschuß grad |
75 | ||||||
90 | (%) | 95 | |||||||
1 | 19 | 99,8 | 125 | ||||||
2 | 99,7 | 70 | |||||||
3 | 100 | ca. 250 | |||||||
4 | 90 | ||||||||
5 | 98 | ||||||||
Bemerkung:
Bei den Versuchen Nr. 4 und Nr. 5 handelt es sich um Vergleichsversuche.
Bei den Versuchen 1 bis4 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.
Hierzu 7 Blatt Zeichniiimen
Claims (3)
1. Verfahren zur Entfernung einer Gaskomponente und/oder von feinen Staubartikeln aus Gasen,
bei welchem das die zu entfernende Komponente enthaltende Gas aufwärts durch eine Plattensäule
mit mindestens einer perforierten Platte oder Gitterplatte ohne Oberlauf- und Gasabweisteil
geführt und im Gegenstrom mit einer abwärts fließenden Absorptionsflüssigkeit in Kontakt gebracht
wird, dadurch gekennzeichnet, daß man
a) eine Platte mit einem Freiraumverhältnis (Verhältnis der Löcherfläche in der Platte zur
Plattenoberfläche) von 0,25 bis 0,60 einsetzt,
b) das Gas durch die Säule mit einer Oberflächengasgeschwindigkeit
führt, die in den Undulationsbereich fällt, und
c) die Absorptionsflüssigkeit durch die Plattensäule bei einem FIüssigkeits-Gasverhältnis
(L/G) von 0,5 oder darüber führt
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zur Entfernung von Schwefeloxiden aus schwefeloxidhaltigen
Verbrennungsabgasen als Absorptionsflüssigkeit eine wäßrige Suspension von Calciumcarbonat
eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man zusätzlich zu den Verfahrensstufen a) bis c)
d) jeweils am Auslaß der Säule sowohl
1) den pH-Wert der zirkulierenden Absorptionsflü·
sigkeit bei 6 bis 8 hält, als auch
2) den Gesamtfeststoffgeh^lt in der Absorptionsflüssigkeit
bei 3 bis 15 Gew.-% hält sowie
3) das Verhältnis des Gehaltes an festem Calciumcarbonat zum Gesamtfeststoffgehalt
in der Absorptionsflüssigkeit bei 5 bis 35Gew.-%hält,
durch Zufuhr mindestens einer aus Calciumoxid, Calciumhydroxid oder Calciumcarbonat bestehenden
Calciumverbindung zur zirkulierenden Absorptionsflüssigkeit.
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