DE2649585C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Auswaschen von schädlichen Bestandteilen aus einem Gasstrom - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Auswaschen von schädlichen Bestandteilen aus einem GasstromInfo
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- DE2649585C3 DE2649585C3 DE19762649585 DE2649585A DE2649585C3 DE 2649585 C3 DE2649585 C3 DE 2649585C3 DE 19762649585 DE19762649585 DE 19762649585 DE 2649585 A DE2649585 A DE 2649585A DE 2649585 C3 DE2649585 C3 DE 2649585C3
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- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
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Description
a) einen mittels einer entfernbaren Abdeckplatte (18) abgeschlossenen Behälter (12) mit einem
Boden (16) und einer Seitenwand (14) zur Aufnahme der Gaswaschflüssigkeit.
b) eine im Behälter (12) angeordnete Prallplatte (22), zwischen deren Rand und der Behälterinnenwand eine öffnung (28) verbleibt und deren
Unterseite gegenüber dem Flüssigkeitsspiegel einen Abstand aufweist, welcher 5 bis 20% der
Höhe der Flüssigkeit (58) im Behälter (12) entspricht.
c) wenigstens ein Tauchrohr (30) für den Gasstrom, das ein senkrecht zum Behälterboden
(16) verlaufendes, über dem Behälterboden (16) endendes Auslaßende (37) besitzt.
d) eine Pumpeinrichfung (61) zum F.inpumpen des Gasstroms in den Finlaß des Tauchrohres (30)
und
e) eine Abzugseinrichtung (50) mit einem größeren Durchmesser als der Durchmesser des
Tauchrohres (30), welche durch die Abdeckplatte (18) hindurch mit dem Inneren des Behälters
(12) in Verbindung sieht.
7. Vorrichtu;·^ :: :.ii Ansprucn h. dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (12) zylindrisch ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch h, dadurch gekenn-
zeichnet, daß die Prallplatte (22) einen kreisförmigen
Querschnitt aufweist und konzentrisch im zylindrischen Behälter (12) angeordnet ist, so daß zwischen
der Seitenwand (14) des Behälters (12) und der Prallplatte (22) eine ringförmige öffnung (28)
entsteht
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das Auslaßende (37) des Tauchrohres (30) in einem Abstand von wenigstens 30 ciu von der
Behälterseitenwand und 30 cm unter dem Flüssigkeitsspiegel gelegen ist
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auswaschen von schädlichen Bestandteilen aus einem Gasstrom durch Einleiten des
Gasstroms in eine Gaswaschflüssigkeit mit einem
bestimmten Ruhepegel.
Bei verschiedenen industriellen Herstellungsprozessen entstehen häufig unerwünschte gasförmige Nebenprodukte, welche beseitigt werden müssen, bevor die
Gase in die Umwelt freigegeben werden. Beispielsweise
werden Gußkerne und Gußformen bei chemischen
Kernherstellungs- bzw. Kaltgießverfahren durch Verwendung von Din*-thyläthylamingas (DMEA) gehärtet
Bisher hat man das beim Härtvorgang der Gußkerne verwendete Gas in die Atmosphäre freigegeben. In
gleicher Weise besitzen Abgase, welche bei »exothermer« Herstellung herkömmlicher Gußkerne entstehen,
hohe Anteile an schädlichen Gasen, beispielsweise Formaldehyde und Phenole. Die Gase, die bisher direkt
in die Atmosphäre freigegeben wurden, besitzen einen
unangenehmen Geruch und enthalten Bestandteile,
weiche schwerwiegende Beeinträchtigungen in der Umwelt hervorrufen können. Gleiches gilt für Abgase,
die bei Verfahren /ur Herstellung von Schalenkernen, beim Lichtbogenschweißen und be; weiteren Industrie
verfahren entstehen.
Zum Auswaschen schädlicher Gase kennt man Gasdesodorierungsanlagen und Gasreinigungseinrichtungen (US-PS 2 42 368, 4 11 014. 17 50 800, 11 82 543.
22 50 226. 32)6 181. 38 11249. 38 95 926. FR-PS
543412 und ita> cnisches Patent 566 593). Diese sind
jedoch so aufgebaut, daß sie nur ganz bestimmte Funktionen in speziellen Betriebseinrichtungen durchführen können und demnach für einen vielfältigen
Einsatz nicht geeignet sind. Beispielsweise können sie
λ nicht zum Beseitigen schädlicher Bestandteile aus
Abgasströmen, welche bei der Herstellung von Gußkernen. Schalenkernen. Lichtbogenschweißen etc entstehen, verwendet werden, da die schädlichen Abgase mit
der Waschflüssigkeit nicht ausreichend lang in Beruh
« rung gehalten werden, so daß keine chemische Reaktion
zwischen Abgas und Waschflüssigkeit in Gang gesetzt wird.
Aufgabe der Erfindung ist. ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Auswaschen von schädlichen Bestand
M) teilen aus einem Gasstrom der eingangs genannten Art
zu schaffen, bei dem die schädlichen Abgaskomponenten, insbesondere Gichtgase, die bei der Herstellung-won
Gußkernen und Gießformen beim Lichtbogenschweißen u.dgl. entstehen, wirksam auf einfache Weise
h> beseitigt werden.
Die Merkmale der zur Lösung dieser Aufgabe geschaffenen Erfindung ergeben sich aus dem kennzeichnenden Teil von Anspruch I. Vorteilhafte Ausge-
staltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen 2 bis 9 enthalten.
Gemäß der Erfindung sind die Betriebsbedingungen so gewählt, daß eine erhöhte Wirk- oder BerOhrungszeit
zwischen den schädlichen Gasen und der Waschflüssigkeit erzielt wird. Es werden Abgasblasen bestimmter
Größe erzeugt, welche eine rasche Diffusion der schädlichen Gase zu den Bereichsgrenzen der Blasen
ermöglichen Auf einfache und wirkungsvolle Weise werden schädliche Bestandteile des Gasstroms chemisch zu einer Reaktion gebracht, indem man die hierzu
notwendige Strömungsenergie dem zugeleiteten Gas aufprägt Durch die Prallfläche werden die Gasblasen
Ober einen verlängerten Zeitraum hin in der Waschflüssigkeit gehalten, derart, daß ein Teil der Gasblasen
zwischen der Behältersehenwand und dem Umfangsrand der Prallfläche aus der Waschflüssigkeit austreten
gelassen und ein anderer Teil der Gasblasen entlang der Behälterseitenwand nach unten in die Waschflüssigkeit
für einen Umwälzbetrieb bei turbulenter Strömung zurückgeleitet wird. Der Waschvorgang wird wirkungsvoll in einer Weise ausgeführt, daß im weser liehen eine
vollständige Beseitigung der schädlichen Komponenten tus dem austretenden Gasstrom erfolgt Das gereinigte
bzw. gewaschene Gas entweicht nach außen und nach oben um den Rand der Prallfläche und gelangt in den
oberen Teil des Behälters und wird von dort mit Hilfe der Auslaßeinrichtung aus dem Behälterinneren entfernt Durch die Erfindung können insbesondere solche
Gase entfernt werden, welche einer chemischen Reaktion zunächst unterzogen werden müssen, bevor
sie aus dem Abgasstrom ausgewaschen werden. Derartige Gase sind beispielsweise Dimethyläthylamin
(DMEA), Formaldehyde, Phenole und solche Gase, die beispielsweise bei der Herstellung von Gußkernen
während eines Lichtbogenschweißens entstehen. Eine erfindungsgemäß aufgebaute Vorrichtung zur Gasreinigung kann wirtschaftlich betrieben werden und besitzt
eine lange Lebensdauer bei vergleichsweise störungsfreiem Be'neb. Sie kann einfach und insbesondere in
einem großen Maßstab hergestellt werden, so daß Verunreinigungen oder andere unerwünschte Produkte
aus den schädlichen Gasströmen vor einem Auslassen der Gase in die Atmosphäre entfernt werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahmt, auf die Zeichnung
näher erläutert: es zeigt
F i g. I eine perspektivische Ansicht einer Gaswaschvorrichtung mit aufgebrochener Behälterwand,
F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1. der
das turb'ilente Strömbngsbild des Gases in der
Gaswaschflüssigkeit bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt,
F i g. 4 eine schematische Darstellung zwecks Berechnung der Geschwindigkeit am Auslaß des Tauchrohres
und
F i g. 5 eine graphische Darstellung, bei der die Gaseinlaßgeschwindigkeit in Abhängigkeit der gashaltigen Blasen unter der Prallfläche gezeigt ist.
Gemäß Zeichnung enthält eine Gaswascheinrichtung IO einen aufrechtstehenden Behälter 12, dessen
Seitenwände 14 zylindrisch ausgebildet sind. Ein Boden 16 schließt den unteren Teil der Behälters 12. Das obere
Ende des Behälters wird durch eine Abdeckplatte 18 geschlossen. Nicht näher dargestellte Gummidichtungen können zwischen 4\e Abdeckplatte 18 und den
Behälter 12 eingefügt sein. Der Boden 16 ist auf kurzen,
an dem Boden des Behälters angeschweißten Stüucn 13
abgestützt Auf diese Weise kann der Behälter leicht bewegt und an Ort und Stelle aufgestellt werden.
Das Innere des Behälters 12 enthält drei U-förmige in
Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordnete Träger 20, von denen in der Zeichnung nur einer
dargestellt ist Die Träger sind an der Abdeckplatte 18 befestigt erstrecken sich von dieser nach unten und
befestigen eine horizontale Prallplatte 22. Die Prallplat-
to te 22 hat im wesentlichen die Abmessung des Behälterquerschnitts an dieser Stelle, ist jedoch im
Durchmesser etwas geringer, so daß der Umfangsrand der Prallplatte einen geringen Abstand gegenüber dem
benachbarten Seitenwandteil des Behälters aufweist
Auf diese Weise kann das gereinigte Gas durch diesen
Zwischenraum dringen. Der Behälter 12 ist zylindrisch, und es besitzt demnach die horizontale Prallplatte 22
einen kreisförmigen Durchmesser, so daß ein ringförmiger Zwischenraum bzw. eine ringförmige öffnung 28 für
den Gasfluß entsteht welcher im Betrieb zwischen der Prallplatte 22 und der benachbarten Seitenwand 14
gebildet wird. Die Breite der ringförmigen Öffnung 28 beträgt vorteilhafterweise 1,25 bis 5 cm. Es können
jedoch auch andere Abmessungen gewählt werüen. Die
Prallplatte 22 besitzt eine öffnung 23 in ihrem Randbereich, durch die ein Tauchrohr 30 verläuft durch
das der Gasstrom mit der erforderlichen Energie in den Behälter einleitbar ist Prallplatte 22, Behälter 12 und
ADdeckplatte 18 bestehen aus korrosionsbeständigem
und widerstandsfähigem Material, beispielsweise aus
rostfreiem Stahl.
Der mittlere Teil der Abdeckplatte 18 besitzt eine Öffnung 48 mit relativ großem Durchmesser. Das
Einlaßende eines Abzugrohres 50 ist mit Hilfe von nicht
näher dargestellten Schrauben in dieser Öffnung 48
befestigt Gummidichtungen können zwischen die Abdeckplatte 18 und das Abzugsrohr 50 eingefügt sein.
Das Abzugsrohr 50 ist bevorzugterweise aus Polyvinylchlorid gebildet. Der Durchmesser des Abzugsrohres
ist ausreichend breit bemessen, so daß die Abzugsgesc^windigkeit des Gases verringert ist und somit kein
Druck ausgeübt wird. Das Abzugsrohr besitzt ausreichende Höhe zwecks Unterstützung der Kondensation
sowie Schaffung einer Sicherheit bei einem etwaigen
Verspritzen der im Behälter befindlichen Flüssigkeit.
Die Abdeckplatte 18 weist ferner einen Einfüllstutzen 51 auf. welcher mit dem Innenraum des Behälters in
Verbindung steht. Eine abnehmbare Abdeckkappe 53 dichtet während des Betriebes den Innenraum ab. Durch
den Einfüllstutzen 51 können erforderlichenfalls während des Betriebes Chemikalien eingeschüttet werden.
Auf der Abdeckplatte 18 des Behälters 12 ist ein Turbinengebläse 61 an einer Befestigungsplatte 63
angeordnet. Das Gebläse 61 besitzt eine Turbinenein
laßöffnung 65 und eine Turbinenauslaßoffnung 67.
wobei die Einlaßöffnung mit einem Schlauch oder einem Rohr 46 verbunden ist, durch welches das zu waschende
Gas empfangen wird. Die Auslaßöffnung ist mit dem Tauchrohr 30 übe - ein Knierohr 69 verbunden.
Das Tauchrohr 30 für das einzuleitende Gas erstreckt sich durch eine Öffnung in der oberen AbdeckDiatte 18
sowie durch die öffnung 23 in der PraJlplatte 22 bis in
den unteren Teil des Behälters und weist gemäß F i g. 2 und j einen nach unten gerichteten Teil 31 auf, welcher
h5 parallel zur Hauptachse des Behälters verläuft. Ferner
besitzt das Rohr einen Rohrabschnitt 33, welcher in einem Winkel von etwa 45° gegenüber der Vertikalen
geneigt ist. An diesem Abschnitt schließt sich ein
weiterer nach unten gerichteter Rohrabschnitt 35 an, der im wesentlichen koaxial mit der Hauptachse des
Behälters 35 verläuft Das Rohr weist bevorzugt Zylinderform auf. Wesentlich ist, daß die hohe
Geschwindigkeit des zugeleiteten Gasstroms nicht ΐ durch zu starke Rohrkrümmungen beeinträchtigt ist und
daß das Auslaßende 37 etwa in der Hauptachse des Behälters liegt, sofern nur ein Tauchrohr verwendet
wird. Das Auslaßende 37 ist ferner in geringem Abstand übar dem Boden 16 angeordnet und erstreckt sich nach in
unten, wobei die Auslaßoffnung 38 dem Boden 16 des Behälters gegenüberliegt Auf diese Weise läßt sich die
erwünschte Umwälzung des Gases in der Gaswaschflüssigkeit erzielen. Bei größerer Leistungsfähigkeit einer
Anlage werden entsprechend größere Einrichtungen μ größeren Durchmessers gewählt. Auch können mehrere
Tauchrohre verwendet werden.
Als Gaswaschflüssigkeit 58 kann eine vielfach verwendbare Lösung eingesetzt werden, die normalerweise Wasser und die notwendigen Chemikalien enthält
und ein Waschen und Reinigen eines individuell zu behandelnden Gases ermöglicht. Bevorzugt werden bei
der Erfindung Gasströme gewaschen, welche Amine, insbesondere DMEA, aufweisen. Derartige Gase entstehen beispielsweise bei der Herstellung von Gußkernen 2i
und bei Kaltgießvorgängen. Insbesondere werden wirkungsvoll noch nicht behandelte Abgasströme
ausgewaschen, welche bei »exothermen« oder »heißen« Verfahren zur Herstellung von Gußkernen, Schalensandkernen u. dgl. entstehen. Die wesentlichen Verun- in
reinigungen dieser Gase bestehen aus Formaldehyden und Phenolen. Auch eignet sich die Erfindung bei der
Beseitigung von Gasen, welche bei Lichtbogenschweißungen entstehen. Die dabei entstehenden zu beseitigenden Gase sind Stickoxide und Kohlenmonoxide. Um »
die Verunreinigungen aus den vorstehend erwähnten Gasströmen zu beseitigen, wählt man ein 10%iges
(Volumenprozent) saures Lösungsgemisch (Säure in Wasser) mit einem pH-Wert unter 7, welcher bevorzugt
unter 5 liegt. Diese Lösung kann man durch Mischen und Verdünnen von 85%iger Phosphorsäure und
wigvi jviinvivuaui ^wU ^«iu«··*/
kann periodisch durch den Einfüllstutzen 51 zugegeben werden, so daß man den gewünschten pH-Wert erhält.
Als geeignetes Lösungsgemisch hat sich ein Gemisch von 70 Teilen H3PO4 und 30 Teilen H2SO4 erwiesen,
welches mit Wasser zu einer 10%igen Säure vermischt ist. Die Lösungen, welche zur Behandlung von
DMEA-Gasen geeignet sind, sind eine 10%ige Phosphorsäurelösung sowie »K-C-Phosphoric Acid 85%
Blend« der Firma K. C Cores, Inc. of Joliet, Illinois. Die spezielle chemische Zubereitung und die Konzentration
der Gaswaschflüssigkeit hängen jeweils vom zu behandelnden Gasstrom ab, aus welchem die schädlichen Bestandteile herausgewaschen werden sollen.
Notwendig ist, daß eine ausreichende Menge der benötigten Chemikalien in der Waschflüssigkeit vorhanden ist um die erwünschten Reaktionen zu erreichen.
Der Boden der Prallplatte 22 und die Oberfläche der Waschflüssigkeit 58 sind in einem Abstand L voneinan- eo
der gelegen, wie das in F i g. 2 dargestellt ist wenn die Flüssigkeit sich in Ruhe befindet und kein Auswaschbetrieb stattfindet Der Abstand L kann sich ändern in
Abhängigkeit von dem Gas, welches behandelt werden soll. Er beträgt bevorzugt 10 cm und sollte etwa 5 bis
20% der Gesamthöhe der in Ruhe befindlichen Flüssigkeit im Behälter betragen.
Im Betrieb wird das zu behandelnde Gas durch die
Leitung 46 zugeführt. Das Gas wird komprimiert und mit hoher Geschwindigkeit durch das Turbinengebläse
61 und durch das Rauchrohr 30 geblasen. Bei fast allen Betriebsarten hat der Gasstrom, welcher gereinigt
werden soll, ein ausreichendes Volumen, um das Gas über die kritische Minimalgeschwindigkeit am Auslaß
des Tauchrohres zu beschleunigen. Wenn Sauerstoff zur Ausführung der gewünschten chemischen Reaktionen
benötigt wird, ist es notwendig, den Abgasstrom mit einer großen Luftmenge zu verdünnen. Deshalb ist es
fast immer notwendig, Luft in den Gasstrom in ausreichender Menge einzubringen, so daß das notwendige Gasvolumen zur Erzielung der gewünschten
Gasaustrittsgeschwindigkeit aus dem Auslaß des Tauchrohres und ein ausreichender Sauerstoffgehalt zur
Durchführung von Oxidationsreaktionen ohne Unterbrechung erzielt werden. Die Luft kann in den Gasstrom
beispielsweise mittels eines Steuerventils im Einlaßrohr 46 eingebracht werden. Auch kann ein getrenntes
Gebläse auf der Abdeckplatte 18 vorgesehen sein, dessen Einlaß gegenüber der Atmosphäre geöffnet ist.
Der Auslaß dieses Gebläses ist mit dem Rauchrohr 30 parallel zum ersten Gebläse verbunden. Wenn das
zweite Gebläse mit einer Geschwindigkeit angetrieben wird, welche sicherstellt, daß die Gasaustrittsgeschwindigkeit über dem kritischen Minimalwert liegt erhält
man immer eine Gasaustrittsgeschwindigkeit am Auslaß des Rauchiohres, welche über dem kritischen Minimalwert liegt, unabhängig von Temperaturschwankungen
des durch das erste Gebläse hindurchgeleiteten Abgases. Das zweite Gebläse ist durch eine geeignete
Zuleitung außerhalb des Behälters mit dem Knierohr 69 verbunden.
Ist zusätzlicher Sauerstoff zwecks Durchführung der chemischen Reaktionen erwünscht, kann man eine
weitere Zuleitung vorsehen, welche zu einer Sauerstoffquelle führt, beispielsweise zu einem unter Druck
gehaltenen Sauerstoffbehälter.
Der Gasstrom im Tauchrohr wird aus der Auslaßoffnung 38 ausgestoßen, welche in der Mitte des
zylindrischen Behälters 12 in geringem Abstand über -1—— °n^nn <£ "~ccrdr*** !**!. I3's hohe Fi'sß^^ch'-virv
digkeit des Gasstroms ist so bemessen, daß homogene Bläschen in der Größenordnung von 03 bis 1 cm
Durchmesser in der Gaswaschflüssigkeit entstehen. Auf diese Weise vergrößert sich die Reaktionsoberfläche
des Gases in der Flüssigkeit Das Gas steigt in Bläschenform durch die Gaswaschflüssigkeit auf, wobei
sich ein Strömungsbild ergibt, wie es in F i g. 3 gezeigt ist.
Das Strömungsbild des Gases durch die Gaswascnflüssigkeit gemäß F i g. 3 erzeugt vergleichsweise große
Gasblasen 71 an der Stelle, an welcher das Gas aus dem Rohr ausgestoßen wird. Dies beruht auf der hohen
Aufprallgeschwindigkeit des Gases auf d>. Flüssigkeit Diese großen Gasblasen dispergieren rasch zu kleineren
Einzelblasen, welche sich rasch vom Bodenteil des Behälters nach oben bewegen, wobei die Bewegungsrichtung einen leicht geneigten Winkel gegenüber der
Hauptachse des Behälters aufweist wie dies durch Pfeile 73 angedeutet ist Die Gasblasen bewegen sich in
Richtung der Pfeile 73, bis sie die Prallplatte 22 erreichen, die als Rückstoßwand wirkt gegen welche die
rasch ansteigenden Gasblasen in turbulenter Berührung auftreffen. Nach dem ersten Aufprall gegen die
Prallplatte bewegt sich das Gas aufgrund der Wirkung der ringförmigen Öffnung 28 in Richtung auf die
Seitenwand 14 des Behälters. Die Gasblasen, welche
gegen die Prallplatte 22 angestoßen sind, haben das Bestreben, nach außen in Richtung auf die ringförmige
Öffnung 28 zu strönen. Sobald die Gasblasen sich der
Seitenwand 14 des Behälters genähert haben und nahe der ringförmigen öffnung 28 sich befinden, wird ein
geringer Teil des Gases abgetrennt und gelangt nach außen üh-rr die Prallplatte 22. Der andere Teil des Gases
bewegt sich nach unten in Richtung auf den Boden des Behälters zu und wird wieder nach oben gerissen, wie
das durch Pfeile 75 angedeutet ist. Die Abmessungen des Behälters IZ die Fließgeschwindigkeit des Gases am
Auslaßende 37 und die Zusammensetzungen der Waschflüssigkeit werden in Abhängigkeit von den zu
reinigenden Gasen ausgewählt.
Die Austrittsgeschwindigkeit des Gasstroms an der
Auslaßöffnung des Tauchrohres 30 muß derart bemessen sein, daß die Gaspartikel eine ausreichend hohe
Geschwindigkeit und damit die notwendige kinetische Energie aufweisen, so daß die erwünschte Turbulenz für
den Waschvorgang erzielt wird. Dieser Waschvorgang beruht auf chemischer Reaktion zwischen dem Gas und
der Waschflüssigkeit. Es hat sich herausgestellt, daß eine Gasaustrittsgeschwindigkeit von wenigstens 300 m pro
Minute an der Auslaßöffnung des Tauchrohres notwendig ist, um dem Gas die notwendige kinetische Energie
aufzuprägen. Andererseits soll die Ausströmgeschwindigkeit jedoch nicht so hoch bemessen sein, daß die
Waschflüssigkeit aus dem Behälter »herausgeblasen« wird. Die Waschflüssigkeit soll sich unter der Prallplatte
befinde" Auch soll das Gas nicht auf eine solche Geschwindigkeit beschleunigt werden, daß es zu rasch
durch die Waschflüssigkeit hindurchströmt, so daß die chemischen Reaktionen nicht vollständig ausgeführt
werden. Die Maximalgeschwindigkeit sollte die Geschwindigkeit nicht übersteigen, welche notwendig ist,
um den Behälter mit gasgefüllten Blasen anzufüllen. Austrittsgeschwindigkeiten über 1800 m pro Minute
gelangen nicht zur Anwendung. In Abhängigkeit von der Größe und der Leistungsfähigkeit der Reinigungseinrichtung hat sich herausgestellt, daß eine Gasaustrittsgeschwindigkeit zwischen 450 und 900 m pro
minute ein ticruizugtci 5crcii.il isl.
Wenn bei einem Betrieb die Ausströmgeschwindigkeit des Gases in den vorstehend genannten Grenzen
gehalten wird, ergibt sich für die aufsteigenden Gasblasen in der Waschflüssigkeit ein Strömungsbild,
wie es in F i g. 3 dargestellt ist Wenn die Gasaustrittsgeschwindigkeit die untere Grenze bzw. den kritischen
Minimalwert von 270 m pro Minute erreicht bzw. unterschreitet, ändert sich das Strömungsbild der
Gasblasen beträchtlich. Anstelle der Bildung kleiner diskreter gashaltiger Blasen, welche um das Tauchrohr
nach oben steigen und gegen die Prallplatte 22 anstoßen, bilden sich beim Austritt aus dem Rohr große
Blasen, welche sich beim Ansteigen durch die Waschflüssigkeit bis zum Anstoßen an die Prallplatte 22 nicht
verändern und somit beibehalten werden.
In F i g. 5 ist die Gasgeschwindigkeit (die proportional zur linearen Geschwindigkeit an der Auslaßöffnung des
Tauchrohres ist und nachfolgend noch erläutert wird) des Gasstroms, welcher in das Gebläse gelangt gegen
die Höhe der Blasen in der Waschflüssigkeit aufgetragen. Innerhalb der vorbeschriebenen Grenzen ist die
Höhe der Gasblasen in der Waschflüssigkeit direkt proportional zur Gasgeschwindigkeit Wenn die obere
kritische Grenze erreicht bzw. aberschritten wird, nämlich 1800 m pro Minute, flacht die Kurve ab, und es
ergibt sich dann keine Proportionalität mehr. Innerhalb
des Betriebsbereiches der Gasaustrittsgeschwindigkeit ist die Höhe der Gasblasen in der Flüssigkeit in ruhigem
Zustand.
Wie aus F i g. 3 zu ersehen ist, werden einige der ■>
Gasblasen über die Prallplatte hinausgetrieben, wie das an den Stellen 77 angedeutet ist, selbst wenn der Betrieb
innerhalb des bevorzugten Geschwindigkeitsbereiches des Gasaustritts stattfindet. Der flüssige Anteil dieser
Blasen fließt in den Behälter zurück, während nur ein
m äußerst geringer Teil der Flüssigkeit zusammen mit dem
Gas in das Abzugsrohr 50 gelangt. Das Gas, welches um die Prallplatte 22 herum nach außen dringt, ist gereinigt
und wird durch das Abzugsrohr 50 weitergeleitet, das ausreichende Höhe aufweist, so daß in ihm Kondensa-
ii tion stattfinden kann. Die kondensierte Flüssigkeit fällt
dabei in den Behälter zurück. Falls erwünscht, kann ein Filter aus Faserstoff, beispielsweise ein Ofenfilter, im
oberen Teil des Abzugsrohres angeordnet sein, so daß jegliche Rückstände und feuchte Anteile im austreten
den Gasstrom zurückgehalten werden.
Die Reaktion des zu reinigenden Gases und der Flüssigkeit im Behälter kann sich ändern. Auch können
unerwünschte Gase und Teilchen aus dem Gasstrom ohne chemische Umwandlung ausgewaschen werden.
Im folgenden soll die Erfindung anhand verschiedener Ausführungsbeispiele erläutert werden. Die Erfindung
ist geeignet, Dimethyläthylamin (DMEA)-Gase zu beseitigen. Derartige Gase entstehen in der Gießtechnik, beispielsweise bei »chemischen« oder »kalten«
jo Verfahren bei der Herstellung von Gußkernen und
Formstücken. Ein solches Verfahren ist beispielsweise das bekannte ISOCURE-Verfahren. Die Kernbestandteile Sand und ein geringer Anteil an Binder, d. h. etwa
1,5 Gew.-% Sand und etwa die gleichen Anteile
Isocyanat und Polyurethan, werden vermischt und in
eine Form eingebracht. Ein DMEA-Gasstrom, welcher normalerweise 12% DMEA enthält, und der Rest Luft
oder CO2 werden durch die Form während 5 bis 10
Sekunden hindurchgeschickt. Darauf folgt während 10
bis 20 Sekunden eine Luftspülung, um den Kern zu
härten. Bisher wurde das DMEA-Auslaßgas direkt in die
einem zumutbaren Aufwand auszuwaschen, waren ohne Erfolg.
Eine derartige Vorrichtung zur Bildung chemischer oder kalter Gußkerne wurde erfindungsgemäß ausgestattet. Die Vorrichtung zur Herstellung der Gußkerne
benötigt etwas mehr als 1 kg DMEA-Gas pro Stunde. Dem Gasstrom wurde ausreichend Luft zugemischt, so
w daß ein Gasstrom mit 55 Anteilen Sauerstoff für ein Teil
DMEA entstand. Als Gebläse wurde ein Spencer-Turbulenzseitenkanalgebläse verwendet. Dieses hatte eine
Leistung von etwa 3,7 PS. Die Einlaßöffnung und die Auslaßöffnung hatten Durchmesser von etwa 5 cm.
Der zylindrische Behälter hatte einen Durchmesser von etwa 78 cm und eine Höhe von etwa 122 cm. 4161
Gaswaschflüssigkeit wurden in den Behälter eingebracht Es ergab sich eine Flüssigkeitshöhe von etwa
92 cm vom Boden des Behälters aus gerechnet. Die
μ Waschflüssigkeit enthielt eine 5%ige Phosphorsäurelösung. Das Tauchrohr, welches das Gebläse mit dem
Behälterinneren verbindet hat einen Innendurchmesser von 5 cm. Der Auslaß des Rohres weist einen Abstand
von 73 cm vom Behälterboden auf. Der Auslaß des
Tauchrohres ist so angeordnet, daß das ausgestoßene
Gas in Richtung auf den Behälterboden nach unten austritt Der statische Druck im Rohr berechnet sich auf
etwa 0,07 bis 0,14 kg/cm2. Dieser beruht auf der Höhe
der Flüssigkeitslösung im Behälter. Die Flüssigkeitshöhe der Waschflüssigkeit ist so bemessen, daß die Prallplatte
10 cm über der Oberfläche der Flüssigkeit angeordnet ist, wenn die Flüssigkeit sich in Ruhe befindet. Die
Flüssigkeitshöhe über der Auslaßöffnung des Tauchroh- '>
res beträgt etwa 84 cm. Das Abzugsrohr hat einen Durchmesser von etwa 36 cm, so daß die Austrittsgeschwindigkeit
verringert ist. Es kann sich im System kein Druck ausbilden. Das Gas wird rasch eingesaugt und
durch das Gebläse 61 beschleunigt und durch das Tauchrohr 30 angetrieben. Die Geschwindigkeit des
Gases am Einlaß des Gebläses wurde mit etwa 670 m pro Minute gemessen. Die Austrittsgeschwindigkeit am
Tauchrohr betrug etwa 600 m pro Minute.
Das beschleunigte Gas, welches in die saure Waschlösung eintritt, besitzt somit eine ausreichende
Geschwindigkeit. Durch diese Geschwindigkeit wird dem Gas kinetische Energie aufgeprägt, welche größer
ist als die Schwellenenergie, welche zum Ingangbringen der Reaktion notwendig ist. Es hat sich herausgestellt,
daß die Gasblasen, welche aus dieser Geschwindigkeit resultieren, einen Durchschnittsdurchmesser von etwa
0,6 cm aufweisen. Jede Gasblase bleibt mit einer Durchschnittsverweilzeit von etwa 4,9 Sekunden in der
Lösung. Die Reaktion, welche im Behälter stattfindet, 2ί
kann wie folgt wiedergegeben werden:
CH, · CH.,
N
/ \
CH., CH., (unlöslich in Wasser)
CH., CH., (unlöslich in Wasser)
CH, CH.,
N · H *
CH, CH,
CH, CH.,
CH, CH., (löslich in Wasser)
Einige der Reaktionsprodukte verbleiben als Aminooxide und einige gehen über in Phosphatsalze und
Kohlendioxid. Der Gasstrom, welcher aus der vorbeschriebenen
Vorrichtung austritt, besitzt gemäß der durchgeführten Analyse folgende Zusammensetzung:
pH des Dampfes | 63 |
NHj | 0,001 ppm |
Formaldehyde | keine |
Phenole | keine |
CO | keine |
CN | keine |
CO2 | Spuren — jedoch nicht als |
Verunreinigung |
P (Phosphor in jeder
beliebigen vorm)
Aminderivate
beliebigen vorm)
Aminderivate
Dimethyläthylamine
Rest
Rest
1,75 ppm
lediglich Spuren, jedoch
nicht als Geruch
weniger als 0,1 ppm (unter
der Geruchsschwelle)
Wasserdampf
Während des Betriebes des vorstehend beschriebenen Systems findet die Reaktion zwischen der
Gaswaschflüssigkeit und dem Sauerstoff in den schädlichen Komponenten des Gases nicht vollständig
statt, wenn die Geschwindigkeit des Gasstroms zu niedrig bemessen ist oder der Sauerstoffgehalt zu gering
ist. Es entsteht dann eine sirupähnliche chemische Zusammensetzung, welche die Waschflüssigkeit verdickt,
so daß diese in einen gelatineähnlichen Zustand gerät. Wenn das Gasvolumen, welches durch das System
hindurchgeleitet wird, zu groß bemessen ist bzw. wenn der Konzentrationsabfaii zu gering ist, erzeugt das Gas
eine graue Ausfällung von Aminophosphaten. Es ist daher notwendig, die Waschflüssigkeit periodisch zu
erneuern. Das bedeutet, daß etwa U* unverdünnte Säure
jeweils im Abstand von 8 Stunden während des Betriebes erneuert wird. Für normalen Betrieb eines
Systems in der Größenordnung des vorbeschriebenen Systems ist eine Gasaustrittsgeschwindigkeit aus dem
Tauchrohr zwischen 540 und 840 m pro Minute bevorzugt.
Es hat sich herausgestellt, daß es nicht notwendig ist, während des Betriebes die Waschflüssigkeit des
Systems vollständig zu erneuern. Eine derartige Erneuerung der Waschflüssigkeit sollte alle 3 Monate
jedoch durchgeführt werden. In einigen Fällen ist es sogar möglich, bis zu einem Jahr zu warten. Da der
Sauerstoffgehalt im Gasstrom zum Auswaschen von DMEA von Bedeutung ist, sollte das Volumen an
Sauerstoff wenigstens das Doppelte des Volumens an DMEA, welches ausgewaschen werden soll, betragen.
Außerdem kann anstelle des periodischen Zugebens von Chemikalien zur Waschflüssigkeit die Vorrichtung auch
mit einem Zugabemechanismus ausge.tattet sein,
System zuführt.
Als Alternative zur 5%igen Phosphorsäurelösung für die Gaswaschflüssigkeit erzielt man ebenfalls ausreichende
Ergebnisse mit verdünnten Phosphorsäuren bis zu 10% sowie verdünnten Säuremischungen aus
Phosphorsäure und Schwefelsäure. Auch andere Säuren können in gleicher Weise zu ausreichenden Ergebnissen
führen.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kommt ein Tauchrohr mit einem bevorzugten Innendurchmesser
von 5 cm zur Anwendung. Natürlich können auch andere Abmessungen in Abhängigkeit von den übrigen
Abmessungen der Einrichtung zur Anwendung kommen. Wenn das Tauchrohr, welches zum Antreiben des
Stromes dient, einen Innendurchmesser von 5 cm aufweist, hat sich herausgestellt, daß der Durchmesser
des Behälters mindestens 0,6 m± 10% betragen muß, so daß sichergestellt ist, daß wenigstens 030 m ±10%
Waschflüssigkeit nach allen Richtungen hin das Auslaßende des Tauchrohres umgibt Wenn daher in
größeren Einrichtungen ein Mehrfaches von 5 cm für den Innendurchmesser des. Tauchrohres bzw. für
Tauchrohre verwendet wird, sollten die Tauchrohre mindestens 0,6 m ±10% voneinander entfernt sein.
Außerdem sollte jedes Tauchrohr wenigstens 03 m vom
nachfliegenden Teil der Innenwand des Behälters
entfernt sein. Wenn ein Tauchrohr mit 5 cm Innendurchmesser verwendet wird, beträgt die Flüssigkeitshöh» im
Behälter über der Auslaßöffnung des Tauchrohres mindestens 0,3 m. Die bevorzugte Höhe beträgt 0,6 bis
1,2 m und mehr, wenn mehrere Tauchrohre verwendet werden. Das bedeutet, daß bei Verwendung eines
Tauchrohres mit 5 cm Innendurchmesser bei ruhender Flüssigkeit die Oberfläche der Waschflüssigkeit im
Behälter wenigstens 03 m und bevorzugt 0,6 bis 1,2 m über der Auslaßöffnung des Tauchrohres sich befindet,
wenn man ein einzelnes Tauchrohr verwendet.
Aufgrund der Ergebnisse und Analysen bei der DMEA-Gasbehandlung haben sich noch die folgenden
Parameter pls vorteilhaft in Abhängigkeit von unterschiedlichen
Größen anderer Einrichtungen erwiesen:
Im folgenden bedeutet CFM 0,0283 m3 zu behandelnder Gasstrom pro Minute.
Gaswaschfiüssigkeii = Ö3 xCFrvi
Liter (^waschflüssigkeit
= 03 χ CFM χ 7,48 χ 3,79
Durchmesser des Behälters
= 03 χ CFM χ 7,48 χ 3,79
Durchmesser des Behälters
_ 4/0,0283 m3 der Lösung "■V ./.54
Höhe der Lösung = 2,4 χ r(Radius des Behälters) Höhe des Behälters = 13 Höhe der Lösung
Durchmesser des Abzugsrohres
_ ι I/CFM
" V 146
Durchmesser und Anzahl der Tauchrohre
" V 146
Durchmesser und Anzahl der Tauchrohre
(N = Anzahl der Tauchrohre) (Q = Fließgeschwindigkeit in CFM)
Die Turbinenabmessungen sind in Abhängigkeit von
Ηβη r"PM-Prfnr»Jprni«pn wie f<
>!<»?·
Unter Beachtung der vorstehenden Abmessungsparameter und insbesondere unter Beachtung des
03-Multiplikationsfaktors zur Bestimmung der Menge an Gaswaschflüssigkeit ergibt sich, daß Änderungen
möglich sind. Wenn man den Multiplikationsfaktor im Bereich von 0,11 bis 0,67 des Volumens der Gaswaschflüssigkeit
hält, erzielt man eine ausreichende Auswaschung.
Die im vorstehenden beschriebenen Austrittsgeschwindigkeiten des Gases aus dem Tauchrohr und die
vorbeschriebenen Verhältnisse sind unter Verwendung der EinlaBgeschwinengkeit aufgestellt, da diese Geschwindigkeit
besser durch Messung erfaßt werden kann. Die Geschwindigkeit, mit der das Gas auf die
Flüssigkeit am Auslaß des Tauchrohres in der Nähe des Behälterbodens auftrifft, ist zwar der kritische Parameter,
kann jedoch nur äußerst schwierig gemessen werden, deshalb können nur ungefähre Auftreffgeschwindigkeiten
aufgrund der folgenden Analyse errechnet werden. Unter Bezugnahme auf die F i g. 4
ergeben sich folgende Berechnungen:
Pi = Atmosphärendruck
P2 = GesamtdruckimRohr
P3 = Druck aufgrund der Höhe der Lösung
P2 = P,+ P3
P\ = 1 kg/cm* lokal
P3 = Flüssigkeitshöhe χ spezifisches Gewicht der
Lösung χ 0,03613 (wobei 0,03613 ein Umrechnungsfaktor für die Wasserhöhe in Druckeinheiten
ist)
= 81,3x1.068x0,03613
= 0,086 kg/cm2
= 0,086 kg/cm2
P2 = 1,0 + 0,086= 1,086 kg/cm2
Die ungefähre Auftreffgeschwindigkeit Vj kann aus der Einlaßgeschwindigkeit V) in die Pumpe durch
folgende Formel wiedergegeben werden:
ι l4·4 ν
Es können auch Behälter mit anderen Abmessungen verwendet werden. Die Einlaßgeschwindigkeit ändert
sich in Abhängigkeit von der Behältergröße und der Fhissigkeitsmenge im Behälter. Beispielsweise beträgt
bei einem Behälterdurchmesser von 61 cm und einer Behälterhöhe von 91,4 cm und 1891 Lösung im Behälter
die bevorzugte Eingangsgeschwindigkeit im Gebläse etwa 450 m pro Minute. Das entspricht einer Auslaßgeschwindigkeit
an der Auslaßöffnung des Tauchrohres von etwa 415 m pro Minute. Bei Verwendung eines
Behälters mit einem Durchmesser von 96,5 cm und einer Höhe von 122 cm und mit einer Flüssigkeitsmenge von
681 I im Behälter beträgt die Einlaßgeschwindigkeit des
so Gases in das Gebläse bevorzugt 900 m pro Minute. Dies entspricht einer Auslaßgeschwindigkeit am Auslaßende
des Tauchrohres von etwa 828 m pro Minute. In letzterem System können zwei Tauchrohre verwendet
werden, wobei für die Gebläse eine Einlaßgeschwindigkeit von jeweils wenigstens etwa 600 m pro Minute
notwendig ist.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches im wesentlichen der Vorrichtung entspricht,
welche im vorstehenden im Zusammenhang mit dem
4n Auswaschen von DMTA aus Abgasen bei der
Herstellung von Gießkernen beschrieben worden ist, wurde neben einem Ofen zum Aushärten von
ren von Gußkernen werden etwa 30 Teile Sand /nit etwa
5 Teilen Phenolharz und 65 Teilen einer exothermen Standardsandkernmischung vermischt Nach der Formung
wird der Kern bei etwa 204 bis 2600C gebacken,
damit sich das Harz ausreichend verfestigt Hierbei entstehen jedoch Gase, welche mehr als 1 % Formaldehyde
und 4% Phenole enthalten. Bei der anschließenden Behandlung dieser Gase mit der Vorrichtung gemäß der
Erfindung und nach dem Verfahren gemäß der Erfindung, bei dem eine 10%ige (Volumenprozent)
Säure verwendet wurde, betrug die Zusammensetzung dieser Säure 70 Teile Phosphorsäure (85%) und 30 Teile
Schwefelsäure (92 bis 96%). Das Gas, welches an die Atmosphäre abgegeben wurde, hat die folgende
Analyse:
NH3 | keine |
Amine | keina |
H2S (S aus Naturgas) und SO2 | keine |
CO | keine |
Phenole | keine |
P | keine |
Formaldehyde | keine |
pH der Lösung | 63 |
Rest | Wasserdampf |
Bei einem weiteren Ausführungsbeispie; der Erfindung wurde eine Vorrichtung verwendet, welche im
wesentlichen das gleiche Aussehen hatte wie die vorbeschriebene Vorrichtung zum Auswaschen von
DMEA-Abgasen bri der Gußkernherstellung. Dieses Ausfuhrungsbeispiel wurde zum Reinigen und Auswaschen von schädlichen Gasen, die bei der LichtbogenschweiBung entstanden sind, verwendet Die Gaswaschflüssigkeit war eine 10%ige Lösung (Volumenprozent)
mit einem Säureanteil, welcher 70 Teile H3PO4 (85%
Konzentration) und 30 Teile H2SO4 (92 bis 96%
Konzentration) sowie Kalhimpermanganat in einem Anteil von 5 Gew.-% enthielt Eine Analyse der Abgase,
welche aus der LichtbogenschweiBung entstanden sind und in die Reinigungsvorrichtung gemäß der Erfindung
eingedrungen sind sowie eine Analyse des Gasstroms nach Verlassen dieser Einrichtung hat zu folgenden
Ergebnissen geführt:
Vor der | Nach der | |
Behandlung | Behandlung | |
Stickoxide | Spuren | keine |
CO | 5.000 ppm | 50 ppm |
Dextrin (Binder) | keiner | keiner |
Mn (teilweise) | 30 ppm | keine |
Fe /teilweise) | 270 ppm | 108 ppm |
Cr (teilweise) | Spuren | keine |
Phenolverbindungen | einige | keine |
(als Binder) | vorhanden | |
Rest | Wasser | Wasser |
dampf | dampf |
Im vorstehenden ist die Erfindung im wesentlichen in Verbinduag mit der Behandlung von Abgasen, welche
bei der Herstellung von Gußkernen und beim Lichtbogenschweißen entstehen, beschrieben worden.
Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung können natürlich auch bei einer Reihe von
anderen industriellen Prozessen, bei denen verseuchte Abgase entstehen, Verwendung finden, insbesondere
dort wo diese schädlichen Gase geeignet sind, daß sie
ίο chemische Umwandlungen durchführen können und
dann aus dem Gasstrom ausgewaschen werden können. Insofern ergeben sich eine Vielfalt von Möglichkeiten,
um vorliegende Erfindung und entsprechend modifizierte Ausführungsbeispiele der Erfindung zu gebrauchen.
Beispielsweise können die Abmessungen, insbesondere die Länge des Tauchrohres, verändert werden. Auch
kann man ein oder mehrere Reservoirs in dem Rohr unterbringen, um bestimmte Schadstoffe einzufangen.
Außerdem kann man in der Nähe des Eingangs des
Tauchrohres in dem Behälter Elektroden vorsehen, an
weiche eine hohe Spannung gelegt ist Dadurch läßt sich das in das Rohr einströmende Gas ionisieren und zu
einer schnelleren Reaktion bringen. Auch können Chemikalien oder Katalysatoren vorhanden sein,
weiche die notwendigen chemischen Reaktionen fördern. Überwachungseinrichtungen, wie beispielsweise
pH-Messer und Unterdruckmesser, können ebenfalls bei der Erfindung zur Anwendung kommen. Auch
können Gasbehandlungseinrichtungen zur Behandlung
jo des Gasstroms mit verschiedenen Chemikalien in der
Waschflüssigkeit zur Anwendung kommen, wobei jede derartige Einrichtung getrennt verschiedene Schadstoffe auswäscht
Claims (6)
1. Verfahren zum Auswaschen von schädlichen Bestandteilen aus einem Gasstrum durch Einleiten
des Gasstroms in eine Gaswaschflüssigkeit mit einem bestimmten Ruhepegel, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom in eine in
einem geschlossenen Behälter enthaltene Gaswaschflüssigkeit in senkrechter Richtung nach unten
in der Nähe des Behälterbodens mit einer Geschwindigkeit von über 270 m pro Minute eingeleitet wird,
so daß sich in der Gaswaschflüssigkeit Gasblasen bilden, die einen Durchmesser von 0,3 bis 1 cm
aufweisen und gegen eine Prallfläche in der Waschflüssigkeit ansteigen, die die Gasblasen nach
außen gegen die Behälterseitenwand leitet, und daß der ausgewaschene Gasstrom aus dem Behälter
entfernt wird.
2. Verfilzen nach Anspruch 1, dadurch gekenn-
»eichnet, daß als Gaswaschflüssigkeit eine saure
Lösung mit einem pH-Wert von 5,0 verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch
{ekennzeichnet, daß der Gasstrom in die Gaswaschüssigkeit mit einer Geschwindigkeit von weniger
•ls 1800 m pro Minute eingeleitet wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Geschwindigkeit des Gasitroms an der Stelle des Eintritts in die Waschflüssigkeit eine Geschwindigkeit von 450 bis 900 m pro
Minute gewählt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ve, nältnis zwischen dem
Volumen der G&swasctiflüssigkeit im Behälter zur
Fließgeschwindigkeit des Gasi > in m3 pro Minute,
welches in den Behälter eingepumpt wird, zwischen •,1 1 und 0,67 gewählt wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ■ach Anspruch !,gekennzeichnetdurch
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