DE2649585C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Auswaschen von schädlichen Bestandteilen aus einem Gasstrom - Google Patents

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,

Fig. 2 einen Schnitt li'Tigs der Linie 2-2 der Fig. 1.

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 ve^rbunden 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

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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

Äuiiuspiiäic gcicitci. Bemühungen, lias DrviEA-Gas mn

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.,

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

Dimethyläthylamine
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,

HinUUn- Λ|1*Α***·1>ηΙΪΑη Unmqm uns! 1/<-τηίιηιΰ«»Ηϊ/*Κ ^**H1

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

_ 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

(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

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

ClitfHfarnen oiiffTAClAlU R<m rlipc^m HerctAllllncrcvprfoh-

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

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

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