DE2616620A1

DE2616620A1 - Verfahren zur reinigung von gasstroemen

Info

Publication number: DE2616620A1
Application number: DE19762616620
Authority: DE
Inventors: Walter H Williamson
Original assignee: United Air Specialists Inc
Current assignee: United Air Specialists Inc
Priority date: 1976-04-15
Filing date: 1976-04-15
Publication date: 1977-10-27

Description

Verfahren zur Reinigung von Gasströmen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Gasströmens bei welchem saure Gase, wie zeB. Stickoxide, Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxid, Halogengase, Halogensäuregase, organische SäuredamyfeX wie z.B. Ameisensaure, Essigsäure und dergleichen, oder deren Gemische, in einer Dampfphasenreaktion zwischen den sauren Gasen und einem Amin entfernt werden, worauf die Reaktionsprodukte aus dem Gasstrom abgetrennt werden.
Das Verfahren ist von besonderem Nutzen zum Entfernen von Stickoxiden aus bei chemischen Prozessen anfallenden Abgasen, aus Verbrennungsprodukten von mit Gas,. Kohle und Öl beheizten Stromgeneratoren und dergleichen1 aus Abgasen von Metallbeizvorgängen und aus anderen emittierten Gasen, bei denen das Problem der Verunreinigung durch Stickoxid besteht.
Immer strengere Anforderungen an die Entfernung verunreinigender Bestandteile aus Gasen, die in die Atmosphäre entlassen werden, haben viele herkömmliche Systeme und Verfahren zur Reinigung von Abgasen aus Industrieprozessen veralten lassen, die doch bis zu einer etwa 98 zeigen Ent fermuig der verunreinigenden Bestandteile wirksam waren. Zum Entfernen saurer Gase war es lange üblich, einen Gasstrom rnit alkalischen Wasch- oder Riesellösungen in Berührung zu bringen, die Ammoniak, Amine, Harnstoff, Alkalimetallhydroxide uitd/oder alkalische Salze enthielten.
Repräsentative Patentschriften, die Verfahren dieser Art offenbaren, sind beispielsweise die US-Patentschriften 2 608 462, 2 613 132 , 2 638 405, 2889 197, 2 955 909, 3 161 46i, 3 329 478, 3 463 603, 3 502 428, 3 635 657, 3 653 809 und 3 653 810.
Die Entfernung saurer Gase aus einem Gasstrom durch Hindurchleiten dieses Gasstroms durch ein Zeolit-Molekularsieb oder ein Wirbelsehichtbett eines mit einem hoch-siedenden Amin imprägnierten Absorptionsfeststoffs ist in den US-Patentschriften 2 818 323 und 3 508 382 offenbart.
Die katalytische Umwandlung von Stickoxidgasen ist in den US-PS'en 3 425 893 und 3 567 367 offenbart.
Die wirksame Entfernung von Stickoxiden (d.h. mit einem Wirkungsgrad von wenigstens 99 %) hat sich als schwieriger erwiesen als die Entfernung anderer saurer Gase, wie z.B. Kohlendioxid, Schwefelasasserstoff und Schwefeldioxid.
Diesem Problem ist in jüngerer Zeit beträchtliche Beachtung zugewandt worden, wobei auf die folgenden Veröffentlichungen im Journal Of The Air Pollution Coiitrol Association Bezug genommen werden kann: Band 199 Nr. 10 S. 791-79t+ Oktober 1969 Band 20, Nr. 5, S. 303-306, Mai 1970 Band 21, Nr. 3 S. 122-127, März 1971 Band 22 Nr. 6, S. 871-472 Juni 1972 Zu den Referaten der Chemical Abstracts aus jüngerer Zeit, die sich mit der Steuerung und der Kontrolle von Stickoxidemissionen belassen, gehören folgende: Band 74, Nr. 4, 15556n, 250 Januar 1971 Band 74, Nr.24, 140021w, 14. Juni 1971 Band 76, Nr.14 76090u, 3. April 1972 Band 77, Nr.22, 143502r, 27. November 1972 Band 78, Nr. gX 19849r, 29. Januar 1973 Band 78, Nr. 6, 33476y, 12. Februar 1973 Band 78, Nur.10 61806z, 12. März 1973 Band 78, Nr.18 7. Mai 1973 Der vorstehend genannte Artikel im Journal Of The Air Pollution Control Association, Band 21, Nr. 3, S. 122-127, März 1971, diskutiert die Umwandlungsgeschwindigkeit von NO in N02 weist darauf hin, daß die Geschwindigkeit bei geringen Konzentrationen viel kleiner ist, daß die Löslichkeitsgeschwindigkeit von N02 in Wasser oder alkalischen Lösungen bei geringen Konzentrationen viel langsamer ist und zieht den Schluß, daß die Senkung der Stickoxidlconzentrationen in Essen- oder Gichtgasen unter etwa 200 TpM in Flüssigkeitsabsorptionsanla gen praktischer Abmessungen unpraktisch ist.
Bei ortsfesten Stromgeneratoranlagen, die mit fossilem Brennstoff betrieben werden, scheint sich aus den obigen Litcraturquellen zu ergeben, daß sich das Schwergewicht eher auf Änderungen in der Gestaltung und in den Verbrennungstechniken verschoben hat, als sich auf eine Absorptionsanlage zu verlassen, um die Emissionen an Stickoxiden herabzusetzen.
Die Verwendung von Ammoniak gemäß dem Stand der Technik, entweder in wässriger Lösung oder in Gegenwart eines festen Katalysators, zur Verminderung der Stickoxide bringt notwendigerweise in gewissem Umfang eine Reaktion in der Dampfphase aufgrund der Flüchtigkeit von Ammoniakgas mit sich.
Die exotherme Reaktion von Ammoniak mit Stickoxiden ist jedoch völlig verschieden von der von Aminen mit Stickoxiden.
Nach Air Pollution Control, Teil 1, Wiley Interscience Series of Texts and Monographs, S. 80 - 88, 1971 führt die katalytische Reduktion von Stickoxiden durch Ammoniak zu einem in die Atmosphäre abgeblasenen Gasstrom mit 80 TpM Stickoxiden und 10 TpM Ammoniak. Daraus ergibt sich, daß Ammoniak nicht die praktisch vollständige Entfernung von Stickoxiden in einem Reaktor praktischer Größe zu erreichen vermag.
Derzeit geht die übereinstimmende Meinung der Fachleute dahin, daß die bekannten Verfahren zum Entfernen von Stickoxiden aus Gasströmen durch Absorption in Lösungen oder durch Feststoffe nicht wirksam sind, den Anforderungen einer kontrollierten Luftverunreinigung der jüngsten Zeit zu genügen.
Die katalytische Reduktion von Stickoxiden wird zwar als wirtschaftlich gangbar angesehen, es ist aber auch wohl bekannt, daß solche Katalysatoren kostspielig sind, der Vergiftung durch andere verunreinigende Bestandteile unterliegen, die in dem gerade zu reinigenden Gasstrom vorhanden sind, und sehr genaue Überwachung und Wartung erfordern.
Deshalb besteht offenbar ein eindeutiges Bedürfnis nach einem einfachen, wirksamen und verläßlichen Verfahren zum Entfernen saurer Gase aus Gasströmen vor dem Abblasen in die Atmosphäre.
Allgemein soll durch die Erfindung ein Verfahren geschaffen werden, welches das Problem einfacher, wirtschaftlicher und zuverlässiger, praktisch vollständiger Entfernung saurer Gase aus Gasströmen löst.
In der Praxis wird dies dadurch erreicht1 daß der Gasstrom, der saure Gase enthält, mit einem Amindampf in einer Reaktionszone in Berührung gebracht wird, wobei der Partialdruck des in dieser Zone vorhandenen Amindampfs ausreicht, um wenigstens 5 Vo des Gesamtdrucks innerhalb der Zone auszumacllen, daß der Gasstrom und der Amindampf zur Durchführung einer Dampfphasenreaktion zwischen dem Amin und den sauren Gasen gemischt werden, wobei gegebenenfalls zusätzlich eine Flüssigphasenreaktion zwischen dem Amin und sauren Gasen bewirkt wird, daß die Reaktionsprodukte aus dem Gasstrom abgetrennt werden und daß der gereinigte Gasstrom in die Atmosphäre abgelassen wird.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann von herkömmlichem Aufbau sein, mit der Ausnahes daß eine Reaktionskammer vorgesehen ist, in der der eintretende Gasstrom mit Amindampf zum Auslösen der Dampfphasenreaktion in Berührung gebracht wird. Darauf folgt der Kontakt des Gasstroms in einem herkömmlichen Skrubber mit einem wässrigen Sprühnebel und/oder mit einem wässrigen Sprühnebel einer Aminlösung unter Bedingungen, die Reaktionen sowohl in der Dampfphase als auch in der flüssigen Phase durchzuführen erlauben.
Nie zuvor ist nach bestem Wissen die Dampfphasenreaktion von Aminen mit sauren Gasen vorgeschlagen worden, und die gemäß dem Stand der Technik eingesetzten Amine besaßen so geringe Flüchtigkeit, daß ihre Lösungen in der Reaktionszone nicht zwangsläufig einen Partialdampfdruck des Amins von wenigstens 5 O/o des Gesamtdrucks innerhalb der Zone aufbauten.
Es wurde gefunden, daß die Reaktion in der Dampfphase rascher und vollständiger abläuft als eine Reaktion in der flüssigen Phase; dies ermöglicht die Entfernung von wenigstens 99 % der sauren Gase, d.h.1 bis auf einen Wert von weniger als 10 TpM, in einem Reaktor praktischer Abmessung.
Weitere Vorteile, Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der einzigen Figur, die eine graphische Darstellung einer vollständigen Anlage zur Behandlung eines ein saures Gas enthaltenden Abgasstroms aus einem industriellen Arbeitsgang zeigt, und zwar eine senlcrechte Schnittansicht einer Dampfphasen-Reaktionszone, einer Riesel- oder Waschkammer und eines Nebelentferners gemäß der Erfindung.
Bei der Durchführung des erfinduiigsgemäßen Verfahrens befindet sich der zu reinigende Gasstrom gewöhnlich auf Raumtemperatur, d.h. im Bereich von etwa 10 bis etwa 400cit und enthält gewöhnlich auch etwas Wasserdampf und Sauerstoff zusätzlich zu den sauren Gasen, die aus ihm entfernt werden sollen. Nach den bisherigen Erkenntnissen macht das Vorhandensein von NO die Reinigung solcher Gase aufgrund der geringeren Löslichkeit und Reaktivität von NO schwieriger. Deshalb liegt bevorzugt genügend Sauerstoff im Gasstrom vor, um im wesentlichen die Umwandlung von NO in N02 zu verursachen. Bekanntlich verschiebt sich bei Raumtemperaturen und in Gegenwart von genügend Sauerstoff das Gleichgewicht der Reaktion nach rechts, so daß die Stickoxide unter diesen Umständen ganz überwiegend in Form von N02 vorliegen. So wird verständlich, daß bei der bevorzugten Durchführung für den Fall, daß der zu reinigende Gasstrom sich auf hoher Temperatur befindet und sehr wenig Sauerstoff enthält, eine Einrichtung zum Zuführen von Luft in den Gasstrom oder in die Dampfphasen-Reaktionskammer vorgesehen ist, wodurch zugleich die Temperatur des Gasstroms gesenkt und genügend Sauerstoff in das System eingeführt wird, um die Umwandlung des größten Teils des NO in N02 sicherzustellen.
Beim Arbeiten bei Raumtemperatur wurde gefunden, daß ein Amin mit einem Siedepunkt nicht höher als etwa 70 OC, und bevorzugt nicht höher als etwa 50 00, beim Einführen in die Reaktionszone in verdampfter oder flüssiger Form oder in Form eines Sprvihnebels einer wässrigen Aminlösung ausreichend flüchtig ist, um einen Partialdampfdruck des Amins von wenigstens 5 74 des Gesamtdrucks innerhalb der Reaktionszone zu entwickeln. In diesem Zusammenhang ist zu erkennen, daß das erfindungsgcmäße System für kontinuierlichen Betrieb bei Atmosphärendruck oder geringfügig darunter liegendem Druck durch die Saugwirkung eines Entlüfters ausgelegt ist. Der Amindampf, die Aminlösung und die Zusatzluft werden bei einem Druck geringfügig über dem Atmosphärendruck eingeführt, und der Ausdruck im wesentlichen atmosphärischer Druck" wie er hier verwendet wird, soll den Atmosphärendruck, den durch die Saugwirkung des Entlüfters erzeugter geringfügig darunter liegenden Druck und den etwas darüber liegenden, zum Einführen des Amins und der Zusatzluft in das System angewandten Druck umfassen.
In der Figur ist bei 10 eine Abzugshaube angegeben, die die Abgase eines typischen industriellen Arbeitsgangs, wie z.B.
eines chemischen Dearbeitungsprozesses, vom Metallbeizen, von Verbrennungsprodukten und dergleichen sammelt. Dieser saure Gase enthaltende Gasstrom wird durch eine bei 11 angegebene Leitung zur Einlaßöffnung 12 einer bei i3 in ihrer Gesamtheit angegebenen Reaktionszone geführt. Die Leitung ist bei 15 mit einem regulierten Einlaß für Zusatzluft versehen.
Die Reaktionszone 13 ist eine Dampfphasen-Reaktionskammer mit Einrichtungen, wie z.B. Sprühdüsen 14 zum Einführen eines Amins. Dies kann durch die Einlaßöffnung 14 bequem in Form von Amindampf, eines Sprühnebels des flüssigen Amins oder dessen wässriger Lösung eingeführt werden, und das Amin wird so gewählt, daß seine Flüchtigkeit und sein Dampf druck bei der in der Reaktionszone herrschenden Temperatur sicherstellen daß das Amin in der Kammer 13 in Dampfform vorliegt. Wie bereits angedeutet, wird das Amin unter einem Druck geringfügig über Atmosphärendruck eingeführt.
Die Kammer 13 weist einen Bodenbereich 16 auf, der so angeordnet ist, daß restliches fliissiges Mnin oder Aminlösung gesammelt wird, um es erneut durch die Reaktionskammer in Umlauf zu bringen. Eine Einrichtung 17 zum Entfernen von Nebel, in Form von Prallflächen oder einer Packung, nahe der Auslaßöffnung 18 der Reaktionskammer angeordnet, vermindert das Mitreißen des flüssigen Amins oder der Aminlösung aus der Reaktionszone. Die Reaktionsprodukte des Amins und der sauren Gase werden durch den Nebelbeseitiger 17 hindurcgerissen, durch die Auslaßleitung 18 aus der Reaktionskammer geführt und in die Einlaßöffnung 19 eines Rieselabschnitts mit einem Einlaß 20 für die Riesel- oder Waschflüssigkeit, Sprühdüsen 21 und einem Rieselbett 22, das mit Raschig-Ringen bepackt sein kann, geführt.
Das Abziehen, Trennen und Waschen der Reaktionsprodukte und die Vorrichtung dafür sind von herkömmlicher Art und brauchen deshalb nicht im einzelnen beschrieben zu werden. Einzelheiten können der US-PS 3 006 436 entnommen werden.
Eine bei 35 angegebene Abflußleitung ist vorgesehen, wn im Boden- oder Sumpfbereich 16 der Reaktionskammer gesammeltes Amin oder Aminlösung in einen Rückführtank 36 abzulassen. Amin kann von einem Beschickungsbehälter 37 in den Rückführtanlc geführt werden, eine bei 38 angegebene Kreislaufpumpe ist vorgesehen, um Amin über die Leitung 39 der Reaktionskammer 13 über eine Düseneinrichtung i4 kontinuierlich zuzuführen. Bei der in der Figur veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform ist der Beschickungsbehälter 37 so angepaßt, daß konzentrierte Aminlösung in den Rückführtank 36 zur nachfolgenden Einführung in die Reaktionskammer 13 in Sprühnebelform geführt wird, wobei ein Wasserzulauf zum Tank 36 bei 40 angegeben ist.
Wie zu ersehen, kann eine Aminlösung in den herkömmlichen Rieselabschnitt am Einlaß 20 für die Rieselflüssigkeit und/ oder durch die Sprühdüsen 21 zugeführt werden. Das gleiche Amin kann sowohl in die Reaktionskammer als auch in den Rieselabsehnitt mit der gleichen oder unterschiedlicher Konzentration eingeführt werden, oder es können verschiedene Amine in die Reaktionskammer und den Rieselabschnitt durch geeignete Verdopplung der Beschickungsbehälter, Pumpen und Leitungen eingeführt werden, um zusätzlichen Kontakt des Amins mit den sauren Gasen zu erreichen, wodurch sich eine Zone im Bett 22 und/oder über oder unter dem Bett aufbaut, in welcher sowohl Dampfpllasen- als auch Flüssigphasenreaktionen ablaufen. Die Reaktionsprodukte aus Amin und sauren Gasen werden, da sie wasserlöslich sind, im Rieselbett 22 entfernt und von der Rieselflüssigkeit abwärts in einen Rieselsumpf 23 getragen. Diese Reaktionsprodulcte werden über eine Ablaufleitung bei 2 vom Sumpfbehälter abgezogen.
Der gereinigte Gasstrom wird durch die Saugwirkung eines Entlüfters 26 durch den Rieselentnebler 25 geführt und über ein bei 27 angegebenes Schachtrohr in die Atmosphäre entlassen. Ein (nicht dargestellter) Zyklonabscheider kann, wenn gewünscht, vorgesehen sein.
Die Rückführung von Rieselflüssigkeit vom Sumpf 23 zurück zu den Sprühdüsen 21 kann ebenfalls vorgesehen sein, eine Rückführpumpe 30 und eine Leitung 31 sind für diesen Zweck dargestellt.
Es sollte ferner verständlich sein, daß zusätzliche Luft in die Abzugshaube 10 statt über den Einlaß 15 eingeführt werden kann, um zusätzlich Zeit für die Umwandlung von NO in N02 zu gewinnen, auch in die Reaktionskammer 13.
Wie oben bereits angegeben, wird es für die Reinigung eines Gasstroms bei Raumtemperatur vorgezogen, ein Amin mit einem Siedepunkt nicht über etwa 50°C einzusetzen. Eine Reihe aliphatischer primärer, sekundärer oder tertiärer Amine erfüllt diese Forderung, sie sind in der nachfolgenden Tabelle I zusammengefaßt.
Tabelle I Bezeichnung Formel Siede- Molekular ~~~~~~~~~~~~ punkt °C elficht Methylamin CH3NH2 - 6,5 31,06 Dimethylamin (cH3)2 NH 7,4 45,08 Trimethylamin (CH3)3 N 3,5 59,11 3 3 Äthylamin 2 5 2 16,6 45, o8 Diäthylamin (C2H5)2 NH 55,5 73,14 i-Propylamin (CH3)2 CHNH2 33 59,11 n-Propylamin CH3(CII)2 NH2 49 59,11 t-Butylamin (cH3)3 CNH2 45,2 73,14 Bei einer Versuchsserie im Labormaßstab, bei der Stickoxide enthaltende Gasströme bei Raumtemperatur der Riesel- oder Waschwirkung einer Anzahl der in Tabelle I genannten Amine sowie bestimmter anderer, üblicherweise gemäß dem Stand der Technik verwendeter Stoffe unterworfen wurde, wurde gefunden, daß die Amine als Klasse bei der Entfernung von Stickoxiden herausragten. Diese Untersuchungen wurden in einer Dampfphasen-Reaktionskammer durchgeführt, wobei eine 5 gewichtsprozentige wässrige Lösung der zum Berieseln verwendeten Verbindung in die Kammer gesprüht wurde.
Auf der Grundlage der Wirksamkeit von Wasser als Basiseinheit wurde eine Skala aufgestellt, und die oben beschriebenen Laboruntersuchungen zeigten, daß die folgende näherungsweise Beziehung besteht, wobei alle Untersuchungen unter den gleichen Bedingungen durchgeführt wurden: Tabelle II Bezeichnung Art der Verbindung relativer Wirkungsgrad auf der Grund lage gleichen Gewichts ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ wichts Wasser neutral 1 Harnstoff (Carbamid) Amid 5 Ammoniak alkalisches Gas 15 Triäthanolamin Alkanolamin 11 Methylamin primäres Amin 55 Dimethylamin sekundäres Amin 35 Trimethylamin tertiäres Amin 18 i-Propylamin primäres Amin 16 t-Butylamin primäres Amin 20 Die Werte der Tabelle II zeigen, daß alle untersuchten Amine in ihrer Wirksamkeit bei der Entfernung von Stickoxiden überlegen waren, wobei Methylamin und Dimethylamin unter den Aminen bei der Entfernung von Stickoxiden noch bevorzugtere Verbindungen waren. Dies ist zwei Faktoren zuzuschreiben, dem niederen Siedepunkt (und folglich hohen Dampfdruck) von Methyl und Dimethylamin und ihrem niedrigen Molekulargewicht, was zu einer höheren stöchiometrischen Äquivalenz für das gleiche Absolutgewicht führt. Mit anderen Worten liefert 1 g Methylamin eine größere Anzahl Aminogruppen als beispielsweise 1 g t-Butylamin. Ein Vergleich dieser relativen Wirkungsgrade zusammen mit den Angaben der Tabelle II zeigt, daß die Effektivität nicht allein eine Funktion des Siedepunkts und/oder des Mol&#largewichts ist.
So zeigte z.B. Trimethylamin mit einem Siedepunktvon 3,5 OC und einem Molekulargewicht von 59211 praktisch den gleichen Wirkungsgrad wie i-Propylamin (mit einem Siedepuiilct von 330C und einem Molekulargewicht von 59sie) und t-Butylamin (mit einem Siedepunkt von 45,2 OC und einem Molekulargewicht von 73,14). Da Trimethylamin ein tertiäres Amin ist, während i-Propylamin und t-Butylamin primäre Amine sind, hat es den Anschein, daß tertiäre Amine weniger wirksam als primäre Amine sind. Andererseits zeigte das sekundäre Amin Dimethylamin einen hohen relativen Wirkungsgrad, und daher kann man sich sowohl bei primären als auch bei sekundären aliphatischen Aminen auf die Erzielung eines optimalen Wirkungsgrades verlassen.
Ohne sich an die Theorie gebunden zu fühlen,wird angenommen, daß die Dampfphasenreaktion mit Stickoxiden in gewisser Weise analog den Reaktionen eines aliphatischen Amins mit Salpetriger Säure sein mag. Man weiß, daß primäre aliphatische Amine durch Salpetrige Säure unter Stickstoffentwiclclung in Alkohole überführt werden, daß sekundäre aliphatische Amine Nitrosamine ergeben'während tertiäre Amine keine Reaktion an der Aminogruppe erfahren.
Nach dieser Theorie führt daher die Dampfphasenreaktion primärer und sekundärer Amine mit Stickoxiden zu zumindest teilweiser Umwandlung der Stickoxide in Stickstoff und Nitrosamine, während der Rest in Reaktionsprodukte derzeit nicht identifizierter Art überführt wird. Tief siedende tertiäre Amine erfahren in der Dampfphase eine Reaktion einer Art, die derzeit nicht bekannt ist, die aber zum Entfernen von Stickoxiden wirksamer ist als im Falle von Triäthanolamin und Ilarnstoff.
Drückt man die oben angegebenen relativen Wirkungsgrade als Vollständigkeit der Entfernung von Stickoxiden aus einem Gasstrom aus, so würden die bevorzugten Verbindungen Methylamin und Dimethylamin wenigstens 99 So der Stickoxide bei einer Raumtemperatur in einer Reaktionszone oder -kammer mit praktischen Abmessungen entfernen. eine der anderen, oben aufgeführten Verbindungen würde 99 ige Entfernung bei Raumtemperatur erzielen, es sei denn, die Reaktionszeit oder die Abmessungen der Reaktionskammer würden erheblich gesteigert.
Eine höhere Temperatur innerhalb der Reaktionszone1 z.B 40 bis 50 OC, lmrde jedoch den Wirkungsgrad von Verbindungen1 wie z.B. i-Propylamin und t-Butylamin, erhöhen.
Ähnliche Untersuchungen im Labormaßstab wurden durchgeführt, bei denen Schwefeldioxid enthaltende Gasströme der Riesel-oder Waschwirkung mehrerer der Amine und anderer in Tabelle II aufgeführter Stoffe ausgesetzt wurden. Diese Untersuchungen zeigten in etwa den gleichen Wirkungsgrad durch Amine bei der Entfernung von Schwefeldioxid in einer Dampfphasenreaktion. Weitere saure Gase der eingangs genannten Art, die analogen Dampfphasenreaktionen unterliegen, werden offensichtlich in gleichermaßen wirksamer Weise durch die Amine entfernt.
Während die Konzentration an Amindampf in der Reaktionszone in Abhängigkeit von der Konzentration saurer Gase in dem zu reinigenden Gasstrom variiert werden sollte, wurde gefunden, daß Amindampf in einer zum Aufbau eines Amine Partialdampfdrucks von wenigstens 5 % des Gesamtdrucks in der Reaktionszone ausreichenden Menge genügt, um die Stickoxidlçonzentrationen bis zu etwa 1000 TpM beim Eintritt auf weniger als 10 TpM beim Austritt aus der Reaktionszone zu senken. Dies kann dadurch geschehen, daß das Amin in die Dampfphasen-Reaktionskammer und die Rieselkammer der oben beschriebenen Vorrichtung in Form einer wässrigen Lösung mit einem Gehalt von etwa 1 Gewichtsprozent bis zur Sättigung an Amin eingebracht wird. Bevorzugt enthält die Lösung wenigstens 5 Gewichtsprozent des Amins.
Es wurden Berechnungen der Zuführgeschwindigkeit von Amindampf für kontinuierlichen Betrieb auf der Grundlage von NO2-Konzentrationen im Bereich von 50 bis 1000 TpM für das bevorzugtere Methylamin und für Trimethylamin, eine der weniger wirksamen Verbindungen der Gruppe, durchgeführt. Es wurde gefunden, daß ein Gewichtsteil N02 von etwa 0,674 Gewicht steilen Methylamin entfernt wurden, während 1 Gewichtsteil N02 von etwa 1,283 Gewichtsteilen Trimethylamin entfernt würde Die zur Entfernung verschiedener NO2-Konzentrationen erforderlichen Mengen eines jeden Amins in mg/m3 sind nachfolgend in Tabelle III aufgeführt. Es ist zu bemerken, daß ein Minimum von etwa 32 mg Methylamin ausreicht, 50 TpM N02/m3 zu entfernen, während ein Maximum von etwa 1210 mg Trimethylamin erforderlich wäre, um 1000 TpM N02/m3 zu entfernen. Dies entspricht einem Minimum von etwa 0>001 Mol/m3 Methylamin und einem Maximum von etwa 0,02 Mol/m3 Trimethylamin.
Tabelle III NO2-Konzentration Menge an benötigtem Amin L. mg/m TpM mg/m3 Methylamin Trimethylamin 50 47 31,7 60,3 100 94 63,4 120,9 200 188 126,8 241,8 500 470 317 603 1000 940 634 1209 Während vorstehend angegeben wurde, daß das erfindungsgemäß bevorzugte Verfahren bei Raumtemperatur und im wesentlichen atmosphärischem Druck durchgeführt wird, liegt es jedoch im Bereich der Erfindung, Gasströme bei höheren Temperaturen und/oder bei überatmosphärischen Drucken zu reinigen. Wird unter solchen Bedingungen gearbeitet, so wird ein Amin mit einem solchen Siedepunkt gewählt, daß es einen Partialdampfdruck des Amins von wenigstens 5 % des Gesamtdrucks in der Reaktionszone aufbauen würde, was eine Dampfphasenreaktion zwischen dem Amindampf und den sauren Gasen sicherstellen würde. So führt die Erfindung zu einem äußerst vielseitigen Verfahren, das unter sehr versclsiedenen Bedingungen durchgeführt werden kann.
während die bevorzugte Vorrichtung gemäß der Erfindung so offenbart wurde, daß sie Reaktions- und Rieselkammern aufweist und sowohl Dampfphasen- als auch Flüssigphasenreak tionen durchzuführen gestattet, liegt es jedoch im Bereich der Erfindung, den Gasstrom mit Amindampf in einer einzigen Reaktionskammer in Berührung zu bringen, in welcher im wesentlichen nur eine Dampfphasenreaktion abläuft, gefolgt von einer herkömmlichen Wasserberieselung oder -wäsche.
Kurz ausgedrückt umfassen Amine, die bei der praktischen Durchführung der Erfindung eingesetzt werden können, alle wasserlöslichen primären, sekundären und tertiären aliphatischen und Aralkyl-amine mit einem Dampfdruck, der hoch genug ist, einen Partialdruck an Amindampf von wenigstens 5 % des Gesamtdrucks innerhalb der Reaktionszone unter den in der Zone vorliegenden Temperatur- und Druckbedingungen aufzubauen. Befindet sich die Reaktionszone auf Raumtemperatur, werden bevorzugt Amine mit einem Siedepunkt nicht über etwa 50 OC, und insbesondere bevorzugt nicht über etwa 20 OC, eingesetzt. Unter solchen Bedingungen wurden optimale Ergebnisse mit aliphatischen primären und/oder sekundären Aminen mit Siedepunkten nicht über etwa 10 OC (z.B.
Methylamin, Dimethylamin und deren Gemischen) erhalten.
Die vorstehend erläuterten Ausführungsformen der Erfindung können zahlreiche Abwandlungen und Ergänzungen erfahren, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, denn dem Fachmann ist klar, daß die Erfindung, abgesehen von den genannten Grenzen, auf jene nicht beschränkt ist.
Die Erfindung schafft also ein Verfahren zum Entfernen saurer Gase aus einem Gasstrom, bei welchem dieser mit einem Amindampf in einer Reaktionszone in Berührung gebracht wird.
Der Partialdruck des Amindampfes in der Reaktionszone beträgt wenigstens 5 % des Gesamtdrucks darin, was zur Entfernung von wenigstens 99 i der sauren Gase führt. Wird bei Raumtemperatur und im wesentlichen atmosphärischem Druck gearbeitet, sind die bevorzugt eingesetzten Amine Methylamin und Dimethylamin.
L e e

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Kontinuierliches Verfahren zum Reinigen eines Gasstroms durch Entfernen saurer Gase aus der aus Stickoxiden, Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxid, Halogengasen oder -dämpfen, Ameisensäuredämpfen, Essig säure dämpfen und deren Gemischen bestehenden Gruppe, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom in eine Reaktionszone geführt wird, daß ein Dampf eines aus der aus wasserlöslichen primären, sekundären und tertiären aliphatischen und Aralkyl-aminen und deren Gemischen bestehenden Gruppe ausgewählten Amins in die Zone in einer zum Aufbau eines Partialdampfdrucks des Amins von wenigstens 5 e des Gesamtdrucks innerhalb der Reaktionszone ausreichenden Menge kontinuierlich zugeführt wird, daß der Gasstrom und der Amindampf unter Ablauf einer Dampfphasenreaktion des Amindampfs mit den sauren Gasen miteinander vermischt werden, daß die Reaktionsprodukte des Amindampfs und der sauren Gase aus dem Gasstrom abgetrennt werden und daß der so gereinigte Gasstrom in die Atmosphäre abgelassen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Amin mit einem S.iedepunkt nicht über etwa 50 °Cs wenn der Gasstrom auf Raumtemperatur ist, verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlichen Sauerstoff enthaltender Gasstrom eingesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dvr Gasstrom zum Abtrennen der Reaktionsprodukte des Amins und der sauren Gase aus ihm mit einer wässrigen Flüssigkeit berieselt oder gewaschen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 112 dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlich Sauerstoff enthaltender Gasstrom eingesetzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom bei Raumtemperatur eingesetzt und ein Amin mit einem Siedepunlçt nicht höher als etwa 50°Cetwa verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Amin in Form einer wässrigen, wenigstens 1 Gelfichtsprozent des Amins enthaltenden Lösung in die Reaktionszone gesprüht wird.
8e Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekern#zeichnet, daß ein Stickoxideals saure Gase enthaltender Gasstrom einges#tzt wird und daß das Amin in Form eines wässrigen Sprühnebels in einer Stonges die der Konzentration der Stickoxide in dem Gasstrom direkt proportional ist, sowie in einer zur Bereitstellung von etwa 0,001 Mol bis etwa 0,02 Mol Amindampf pro m3 des GasstroEs für Korzentrationsbereiche von etwa 50 bis etwa 1000 TpM der Stickoxide ausreichenden Geschwindigkeit in die Reaktionszone gesprüht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis s, dadurch gekennzeichnet, daß als Amin Methylamin eingesetzt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Amin Dimethylamin eingesetzt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom mit einer wässrigen Lösung des Amins unter Ablauf einer Flii.ssigphasenreaktion des Amins mit den sauren Gasen berieselt oder gewaschen wird.