DE2705426A1

DE2705426A1 - Wasch- und kuehlapparatur zur reinigung heisser abgase

Info

Publication number: DE2705426A1
Application number: DE19772705426
Authority: DE
Inventors: Eduard German; Rudolf Oertle
Original assignee: Inventa AG fuer Forschung und Patentverwertung
Current assignee: INVENTA AG 8006 ZUERICH CH
Priority date: 1976-02-10
Filing date: 1977-02-09
Publication date: 1977-08-11
Also published as: CH615358A5; BE851230A; ATA81577A; AT367315B; SE7701435L; SE422006B

Description

Wasch- und Kühlapparatur zur Reinigung
heisser Abgase Die vorliegende Erfindung betrifft eine neuartige Wasch-und Kühlapparatur zur Reinigung heisser Abgase, d.h. zur Befreiung heisser Abgase von korrosiven gasförmigen Anteilen, insbesondere einen sogenannten Quencher, sowie ein Verfahren zur Befreiung heisser Abgase von korrosiven gasförmigen Anteilen unter Verwendung dieser Apparatur.
Bekanntlich enthalten viele Abgase korrosive gasförmige Anteile, wie Halogenwasserstoffe, (beispielsweise Chlorwasserstoffe) oder Schwefeloxyde, wie Schwefeldioxyd, etc.
Die zunehmende Verschmutzung der Umwelt mit solchen schädlichen Gasen lässt eine weitere Belastung der Atmosphäre mit derartigen Gasen nicht mehr zu. Besonders unangenehm sind Abgase, die bei der Verbrennung chlorhaltiger Stoffe, wie Phosgen, PVC, usw. entstehen und schädlichen Chlorwasserstoff enthalten, der außerdem korrodierend auf die damit in Berührung kommenden Apparate wirkt.
Es ist daher notwendig, diese gasförmigen Schadstoffe, in erster Linie Chlorwasserstoffe, aus den Abgasen zu entfernen, d.h. herauszuwaschen. Dazu muss das Abgas, welches meist eine sehr hohe Temperatur aufweist, zuerst auf ca. 600C abgekühlt werden, damit es mit den korrosionsfesten, jedoch nicht hitzebeständigen Materialien in Berührung gebracht werden kann. Dies erfordert jedoch recht aufwendige und teure Kühlanlagen und lässt sich kaum ohne Korrosionsschäden an metallischen Apparaten durchführen.
Daher wurden die Abgase bis heute entweder durch reines Auswaschen ohne vorherige thermische Zersetzung, wobei nur Feststoffe und Chlor entfernt wurden, oder mit thermischer Zersetzung bei hohen Temperaturen und gleichzeitiger Verdünnung durch Zuführen von Frischluft nach der Verbrennung behandelt und in die Atmosphäre abgelassen.
Zur Verhinderung dieser Nachteile wird erfindungsgemäß ein Quencher vorgeschlagen, dessen Tauchrohr allseitig mit einem Kühlmedium, welches vorteilhaft gleichzeitig auch als Waschmedium wirkt, gekühlt wird. Diese Kühlvorrichtung sowie eventuelle weitere Isolationsvorrichtungen verhindern eine übermässige Wärmeabstrahlung, so dass, abgesehen vom Tauchrohr und seinen Zusätzen, alle Teile des Quenchers aus Kunststoff bestehen können. Das Tauchrohr und seine Zusätze, wie Kühlmantel, eine eventuelle weitere Isolationsschicht und die (gleichfalls gekühlten) Flanschen, mit welchen das Rohr an den Kopf des Quencherbehälters angeschlossen ist, müssen aus korrosions- und hitzefestem Material bestehen. Am besten hat sich bisher Quarzglas oder Quarzgut geeignet. Alle übrigen Teile des Quenchers, insbesondere dessen Gehäuse, können aufgrund der erwähnten Verhinderung der vom Tauchrohr ausgehenden Wärmeabstrahlung aus nicht korrodierendem Kunststoff bestehen.
Dies ist ein grosser Vorteil, da man nun sehr heisse Abgase direkt in das Tauchrohr eines Quenchers leiten kann, wobei der grösste Teil des Quenchers aus preiswertem Kunststoff, z.B.
Bornumharz, und nicht aus kostspieligem Quarzglas oder dgl.
bestehen kann. In vorteilhafter Weise ist der erfindungsgernässe Quencher in an sicii bekannter Weise konstruiert. Durch die Verwendung eines Tauchrohres werden die heissen Abgase auf kurze Distanz abgekühlt und gleichzeitig ausgewaschen. Der Einbau einer Füllung, z.B. Raschigringe, im Quencher bedingt eine zusätzliche Kühlung und Waschung der Abgase, so dass der Gehalt an Schadstoffen, wie Chiorwasserstoffen, auf ein Minimum reduziert wird.
Als korrosive gasförmige Anteile kommen in erster Linie Chlorwasserstoffe in Betracht, und zwar in Anteilen von grössenordnungsmässig 1 - 6 Gew.-%, bezogen auf das Abgas. Aber auch andere Halogenwasserstoffe sowie Schwefeloxyde, wie Schwefeldioxyd, können als Schadgase auftreten. Die Temperatur des Abgases beträgt meist etwa 800 - 1100°C, insbesondere 10000C.
Als Kühl- und Waschmedium verwendet man vorzugsweise ausschliesslich Wasser, dem man gegebenenfalls Alkalien, wie Natriumcarbonat, zusetzen kann.
Eine besonders bevorzugte Kühl- und Waschapparatur gemäss vorliegender Erfindung ist der in Fig. 1 und 2 skizzierte Quencher.
Dieser Quencher besteht aus einem Tauchrohr 2, welches in den Behälter 18 hineinragt, der an seinem unteren Ende eine Öffnung 12 für die Zuführung eines Teiles des Kühl- und Waschmediums und, vorzugsweise auf gleicher Höhe, eine vorteilhaft als Syphon ausgebildete Öffnung 9 zur Abführung des Kühl- und Waschmediums sowie an seinem oberen Ende eine Öffnung 11 für die Zuführung eines weiteren Teiles des Kühl- und Waschmediums, welches für eine Beregnung innerhalb des Quenchers verwendet wird, ferner eine Öffnung oder Eintrittsflansch 14 für die Einspeisung von frischem Kühl- und Waschmedium über die Leitungen 22 - 23 zur Kühlung der Aussenwand des Tauchrohres 2 und zur Vervollständigung der Befreiung der Abgase von den korrosiven gasförmigen Anteilen und schliesslich einen Auslass 7 für die gereinigten Abgase aufweist. Das Tauchrohr 2 einschliesslich der vorstehend genannten Zusätze, wie Isolationsmantel, Isolationsschicht und Verbindungsflansche bestehen aus Quarzglas oder Quarzgut und die übrigen Teile der Apparatur, vor allem der Behälter 18, aus Kunststoff, z.B. Bornumharz.
Vorzugsweise verwendet man einen Quencher (siehe Fig. 1), dessen Ableitungsrohr sich an der Öffnung 9 in einen Zweig 13, in welchem ein Teil, grössenordnungsmässig um 2%, des Kühl- und Waschmediums abgezogen wird und in einen weiteren Zweig 19 aufteilt, welcher sich seinerseits in einen Teilzweig 20, welcher eine Verbindung zur Öffnung 11, und einen Teilzweig 21, welcher eine Verbindung zur Öffnung 12 herstellt, aufzweigt. Der Teilzweig 19 durchläuft mit Vorteil einen Kühler 10, welcher mit einem Kühlmedium durch die Leitungen 22 - 24 gekühlt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Befreiung heisser Abgase von korrosiven gasförmigen Anteilen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man diese Abgase in das Tauchrohr eines Quenchers (Fig. 2) leitet. Das Tauchrohr wird allseitig durch ein Kühlmedium derart gekühlt, dass die Kühl- und Waschapparatur, abgesehen vom Tauchrohr und dessen oben erwähnten Zusätzen aus Kunststoff bestehen kann. Das mit den korrosiven Substanzen angereicherte Kühl- und Waschmedium wird laufend abgezogen und die gereinigten Abgase abgelassen und das Volumen des abgezogenen Kühl- und Waschmediums durch Zufuhr von frischem Kühl- und Waschmedium insbesondere kontinuierlich ersetzt.
Vorteilhaft verwendet man die oben beschriebene bevorzugte Apparatur genäss Fig. 1 und 2 und verfährt dabei folgendermassen: Man leitet das heisse, z.B. von einer Abgas-Verbrennung stammende, korrosive gasförmige Anteile enthaltende Abgas bei 1 in das Tauchrohr 2 aus Quarzgut des im übrigen aus Kunststoff bestehenden Quenchers 18 ein. Der untere Teil des Quenchers 3 ist bis zur Höhe des Syphons 9 mit Kühl- und Waschmedium, insbesondere Wasser, gefüllt. Das Gas tritt am Boden des Tauchrohres aus und wird durch das erwähnte Kühl- und Waschmedium weitgehend von Schadstoffen befreit. In der folgenden Turbulenzzone 4 und Raschigzone 5 wird das Gas durch Beregnung von oben her weiter gereinigt, so dass es bei Ankunft in der Zone 6 praktisch frei ist von Schadstoffen und ohne Umweltverschmutzung über die Öffnung 7 ins Freie abgeleitet oder auch anderweitig verwendet werden kann.
Das Kühl- und Waschmedium in der Zone 3 wird in vorteilhafterweise zum weitaus grössten Teil, etwa zu 98%, rezirkulert. Zu diesem Zweck wird hinter dem Syphon 9 mittels einer Pumpe die zu rezirkulierende Flüssigkeit (Fig. 1) durch die Leitung 17 durch einen Kühler 10 in den oberen Teil des Quenchers geführt, wobei ca 50 Gew.-% über den Teilzweig 20 in die Öffnung 11, die in einen Verteilerring mündet, von welchem aus die vorstehend erwähnte Beregnung der Zonen 5 und 4 stattfindet, geleitet werden. Die übrigen 50 Gew.-% werden über den Teilzweig 21 über den Stutzen 12 in die Flüssigkeitszone 3 geführt.
Die restlichen ca. 2 Gew.-% der Flüssigkeit werden über die Leitung 13 abgezogen und können weiterverwendet werden. Dieser Flüssigkeitsanteil sowie kleinere Mengen, die durch Verdampfung oder sonstwie verloren gegangen sind, müssen ersetzt werden.
Dies erfolgt dadurch, dass man beim Eintrittsflansch 14 frisches Kühl- und Waschmedium, in der Praxis Wasser, einspeist.
Dieses Kühlwasser kühlt den Flansch 14 sowie die Aussenwand des Isolationsrohres 15 in den Zonen 6 - 5 - 4 und fliesst in die Flüssigkeit der Zone 3. Dadurch wird diese Flüssigkeit laufend verdünnt, wodurch verhindert wird, dass deren Anteil an Schadstoffen nicht zu hoch wird, insbesondere, dass das Wasser nicht mehr als 6 Gew.-% Chlorwasserstoff aufnimmt. Es ist außerdem zweckmäßig, das Isolationsrohr 15 mit einer Isolationsschicht, vorzugsweise Steinwolle, aufzufüllen. Vorteil~ haft stammt das Kühl- und Waschmedium, das bei 14 eingespeist wird, aus derselben Quelle, aus welcher das zur Kühlung des Kühlers 10 benötigte Medium hergeleitet wird.
Die Vorteile der erfindungsgemässen Apparatur bzw. des erfindungsgemässen Verfahrens sind folgende: Keine Korrosionsgefahr und minimale Chlorwasserstoffkonzentration im Abgas. Ferner steht der Quencher vorteilhaft unter Vakuum, so dass kein Entweichen schädlicher Abgase möglich ist. Daraus resultiert eine Schonung der Umwelt. Schliesslich kann man die entfernten Schadstoffe z.B. in Form von wässriger Salzsäure zurückgewinnen. Ein weiterer Vorteil besteht im geringen Energieverbrauch.
Das folgende Beispiel veranschaulicht die Erfindung.
Beispiel (5. Fig. 1 und insbesondere Fig. 2) Die heissen (9500C) 2 Gew.-X HCl-haltigen, aus einer Verbrennung stammenden Abgase werden bei 1 in das aus Quarzgut bestehende Tauchrohr eines im übrigen aus Kunststoff (Bornumharz, Handelsprodukt der Firma Keram-Chemie, Siersheim oder der Firma Harzer Apparatewerke KG, Bornum in Deutschland) bestehenden Quenchers eingeleitet. DiesesAbgas tritt am Boden des Tauchrohres aus und in das Kühl- und Waschmedium in der Flüssigkeitszone 3 ein. Hierbei wird das Gas auf ca. 600C abgekühlt und gleichzeitig weitgehend von HCl befreit. Dann tritt das Gas aus der Flüssigkeits zone 3 in die Gaszone 4 ein. In dieser Zone 4 findet eine Turbulenz zwischen dem hier eintretenden Gas und der mitgezogenen, aus der Zone 3 stammenden Flüssigkeit sowie eine Beregnung von oben statt. Das Gas passiert nun die mit Raschigringen (Keramik) gefüllte Zone 5, wo es durch Beregnung von oben vom restlichen HCl befreit wird, so dass der Restgehalt an HCl wenige ppm, d.h.
praktisch gleich Null, beträgt. In der oberen Gaszone 6 sammelt sich das gereinigte Abgas an und wird bei 7 über einen Demister 8 abgeführt.
Über den Syphon 9 wird das Kühl- und Waschmedium abgeführt.
Ein Teil davon (98%) wird über den durch die Leitungen 22 - 24 gekühlten Kühler (Plattenwärmeaustauscher) 10 (Fig. 1) wieder dem Quencher wie folgt zugeführt: Ca. 50% wird über die Leitungen 19 und 20 in den Verteilring 11 geleitet und dient zur vorstehend erwähnten Beregnung der Zonen 4 und 5, der Rest wird über die Leitungen 19 - 21 über den Stutzen 12 in die Flüssigkeitszone 3 geleitet. Die restlichen 2X des bei 9 abgezogenen Kühl- und Waschmediums werden bei 13 (Fig. 1) abgezogen. Zum Ersatz dieser Flüssigkeit und zur Vermeidung einer Aufkonzentrierung des Kühl- und Waschwassers an HCl auf Werte oberhalb 6 Gew.-% wird beim Eintrittsflansch über die Leitungen 22 - 23 Frischwasser zugeführt. Der Eintrittsflansch 14 wird dadurch gekühlt und ist so ausgebildet, dass das Frischwasser an der Aussenwand des Isolationsrohres 15 entlang durch die Zonen 6 - 5 - 4 in die Flüssigkeitszone 3 fliesst. Dadurch wird das Isolationsrohr 15 gekühlt. Zur Verstärkung des Kühleffektes wird zwischen dem Tauchrohr 2 und dem Isolationsrohr 15 eine Isolationsschicht 16 aus Steinwolle eingebracht. Durch diese Wärmeisolierung wird eine übermässige Wärmeabstrahlung aus dem Rohr 15 an die übrigen Teile des Quenchers verhindert, so dass letztere, vor allem das Aussengehäuse 18 aus Kunststoff, z.B. wie aus dem vorstehend erwähnten Bornumharz, hergestellt werden können.

Claims

Patentansprüche 1. Wasch- und Kühlapparatur (Quencher) zur Befreiung heisser Abgase von korrosiven gasförmigen Anteilen, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Tauchrohr (2) allseitig mit einem Kühlmedium gekühlt ist und zusammen mit seinen Zusätzen aus korrosions- und hitzefestem Material und die übrigen Teile der Apparatur aus korrosionsfestem Kunststoff bestehen.
2. Wasch- und Kühlapparatur (Quencher) nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Tauchrohr (2) aus Quarzglas oder Quarzgut besteht.
3. Wasch- und Kühlapparatur (Quencher) nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch (Fig. 2) aus einem Tauchrohr (2), welches in den Behälter (18) hineinragt, der an seinem unteren Ende eine Öffnung (12) für die Zuführung eines Teiles des Kühl- und Waschmediums und eine Öffnung (9) zur Abführung des Kühl- und Waschmediums sowie an seinem oberen Ende eine Öffnung (11) für die Zuführung eines weiteren Teiles des Kühl- und Waschmediums, welches für eine Beregnung innerhalb der Apparatur verwendet wird, eine Öffnung (14) für die Einspeisung von frischem Kühl- und Waschmedium über die Leitungen 22 - 23 zur Kühlung der Aussenwand des Tauchrohres (2) und zur Vervollständigung der Befreiung der Abgase von den korrosiven gasförmigen Anteilen und einen Auslass (7) für die gereinigten Abgase, wobei das Tauchrohr (2) einschliesslich Zusätzen aus Quarzglas oder Quarzgut und die übrigen Teile der Apparatur aus Kunststoff bestehen.
4. Wasch- und Kühlapparatur nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß (5. Fig.1) deren Ableitungsrohr an der Öffnung (9) sich aufteilt in einen Zweig tal3), in welchem ein Teil des Kühl- und Waschmediums abgezogen wird, und in einen Zweig (19>, welcher sich seinerseits in einen Teilzweig (20), welcher eine Verbindung zur Öffnung (11) und einen Teilzweig (21), welcher eine Verbindung zur Öffnung (12) herstellt, aufteilt.
5. Verfahren zur Reinigung von Abgasen zur Entfernung von korrosiven gasförmigen Anteilen, dadurch gekennzeichnet, dass man diese Abgase in das Tauchrohr eines Quenchers (s. Fig. 2) leitet, wobei das Tauchrohr allseitig durch ein Kühlmedium derart gekühlt wird, dass die Kühl- und Waschapparatur, abgesehen vom Tauchrohr und dessen Zusätzen, aus Kunststoff bestehen kann, und das mit den korrosiven Substanzen angereicherte Kühl- und Waschmedium laufend abzieht und die gereinigten Abgase ablässt und das Volumen des abgezogenen Kühl- und Waschmediums durch Zufuhr von frischem Kühl- und Waschmedium ersetzt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man (Fig. 1 und 2) heisses, korrosive gasförmige Anteile enthaltendes Abgas bei (1) in das Tauchrohr (2) aus Quarzgut des im übrigen aus Kunststoff bestehenden Quenchers, dessen unterer Teil (3) bis zur Höhe des Syphons (9) mit Kühl- und Waschmedium gefüllt ist, dann durch die Zonen 4 und 5 in die Zone 6 leitet, wobei in (4) und (5) eine Beregnung von oben stattfindet, und anschliessend das nunmehr gereinigte Gas durch die Öffnung (7) ins Freie ableitet, das Kühl- und Waschmedium in der Zone (3) zum weitaus grössten Teil, etwa 98%, rezirkuliert, indem man hinter dem Syphon (9) die zu rezirkulierende Flüssigkeit (s. Fig. 1) durch die Leitung (17) durch den Kühler (10) in den oberen Teil des Quenchers führt, wobei über den Teilzweig (20) ca. 50 Gew.-% in die Öffnung (11), die in einen Verteilerring mündet, von wo aus die Beregnung der Zonen (5) und (4) stattfindet, und über den Teilzweig (21) die übrigen 50% über den Stutzen (12) in die Flüssigkeitszone (3) leitet, die restlichen ca. 2% der Flüssigkeit über die Leitung (13) abzieht und diesen Flüssigkeitsanteil sowie kleinere Mengen, die durch Verdampfung oder anderweitig verloren gegangen sind, dadurch ersetzt, -dass luan beim Eintrittsflansch (14) frisches Kühl- und Waschmedium über die Leitungen (22) und (23) einspeist, wobei dieses Kühlwasser den Flansch (14) sowie die Aussenwand des Isolationsrohres (15) in den Zonen (6) - (5) - (4) kühlt und in die Flüssigkeit der Zone (3) fliesst, wodurch diese Flüssigkeit laufend verdünnt und somit verhindert wird, dass deren Anteil an korrosiven Gasen zu hoch wird.