DE2836994C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einperlen eines Gases in eine Flüssigkeit, insbesondere eines schadstoffhaltigen Gases in eine ein Reaktionsmittel enthaltende Flüssigkeit, wobei der Schadstoff z. B. Schwefeldioxid und das Reaktionsmittel z. B. eine Kalziumverbindung ist, mit einem Behälter zur Aufnahme der Flüssigkeit, die im Behälter einen ersten Flüssigkeitsspiegel einnimmt, mit einem in die Flüssigkeit eingetauchten Begasungsteil, in das eine Zufuhreinrichtung für das Gas mündet und das in einer horizontalen Reihe verlaufende Öffnungen aufweist, die unterhalb des Flüssigkeitsspiegels und in einem Abstand vom unteren Ende des Begasungsteils liegen und durch die das Gas in die Flüssigkeit dispergiert wird, wobei in einem Abstand unterhalb der Öffnungen ein zweiter Flüssigkeitsspiegel aufrechterhalten wird.

Bekannt sind Gasdiffusoren aus porösem Material, wie einem gesinterten Metall, oder in Form perforierter Platten oder perforierter Rohre mit geschlossenen Enden.

Der Diffusor des erstgenannten Typs, der aus einem gesinterten Material oder anderem porösen Material aufgebaut ist, ist vorteilhaft, da feine Blasen erzeugt werden können und die Kontaktfläche vergrößert werden kann, doch ist dieser Diffusor insofern nachteilig, als die Behandlungskapazität klein ist, der Druckverlust extrem groß ist und leicht ein Verstopfen verursacht wird.

Oft wird eine perforierte Platte des zweiten Typs verwendet, doch da diese in die Flüssigkeit eingetaucht wird, muß das Gas durch die Flüssigkeit gehen, bevor es dispergiert wird, und es entsteht somit unvermeidbar der Nachteil, daß der Gaseinführungswiderstand sehr groß ist. Außerdem wird mit Steigerung der Menge des zu behandelnden Gases ein sogenanntes Schwing- oder Schwapphänomen verursacht, bei dem die Gasblasen enthaltende Flüssigkeit periodisch eine große horizontale Bewegung wiederholt.

Dieses Schwing- oder Schwapphänomen der Flüssigkeit 2 in einem Einperlturm 1 wird nun vorstellbar anhand der Fig. 1 (A), 1 (B), 2 (A) und 2 (B) beschrieben. Der Flüssigkeitsspiegel 2 A, der bezüglich der horizontalen Richtung geneigt ist, wird von dem in Fig. 1 (A) zu dem in Fig. 1 (B) gezeigten Zustand verändert. Außerdem wird die in Fig. 2 (A) gezeigte konkave Flüssigkeitsoberfläche 2 B zu der in Fig. 2 (B) gezeigten konvexen Flüssigkeitsoberfläche 2 C verändert. In der Praxis sind Veränderungen des Flüssigkeitsspiegels noch komplizierter. Wenn solche Veränderungen des Flüssigkeitsspiegels extrem stark sind, wird die Gas-Flüssigkeitskontaktzeit je nach der Gas-Einblasstellung verändert und die Gas-Flüssigkeitskontakteffizienz vermindert. Wegen extremer Veränderungen des Flüssigkeitsspiegels wird es außerdem schwierig oder unmöglich, die Apparatur stabil zu betreiben. Wenn beabsichtigt ist, den Betrieb stabil durchzuführen, sollte die Menge des einzuführenden Gases auf einen niedrigen Durchsatz eingestellt werden. Außerdem wird es unmöglich, die Behandlungskapazität der Gas-Flüssigkeitskontaktapparatur genügend auszunutzen. Außerdem sollte die Apparatur an sich so konstruiert und gebaut sein, daß sie den heftigsten Veränderungen des Flüssigkeitsspiegels bzw. dem heftigsten Über- oder Unterschwapphänomenen ohne Probleme oder Störungen in der Apparatur widerstehen kann.

Eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art ist aus der DE-PS 8 13 995 bekannt. Das danach bekannte Begasungsteil hat im wesentlichen die Gestalt eines Kastens, welcher den Boden eines Gefäßes, in dem er eingetaucht ist, fast vollständig bedeckt. Dieser Kasten ist mit Nachteil direkt unten auf den Boden des Behälters aufgesetzt. Allein betrachtet und im herausgenommenen Zustand ist dieses Begasungsteil zwar unten offen, im eingesetzten Zustand und im normalen Betrieb, wenn das untere Ende des Begasungskastens aufliegt, ist das Begasungsteil praktisch unten verschlossen. Der Oberteil des Kastens verläuft nahezu waagerecht und enthält zahlreiche Reihen von Öffnungen. An einer Seite ist der Kasten mit einer Zufuhrleitung für eingeführtes Gas versehen. Das durch diese Leitung eingeführte Gas wird nicht nur im Abstand vom Flüssigkeitsspiegel in dem Behälter, d. h. durch die im kastenförmigen Teil oben angeordneten Öffnungen ausgeblasen sondern auch durch dicht neben der Flüssigkeitsoberfläche angeordnete Lochreihen. Dadurch und durch die gesamte Konstruktion des bekannten Begasungskastens ergibt sich das vorstehend bereits beschriebene Schwing- oder Schwapphänomen, d. h. die Flüssigkeitsoberfläche innerhalb des kastenförmigen Begasungsteils ist extrem starken Schwankungen ausgesetzt.

Dieses Über- bzw. Unterschwappen der Flüssigkeit wird auch durch Ausschnitte an der Unterseite des Begasungskastens begünstigt, denn der Flüssigkeitspegel ist starken Höhenveränderungen unterworfen und dies besonders dann, wenn der Flüssigkeitsspiegel in dem Begasungskasten abgesunken ist.

Durch das Aufsitzen des Begasungskastens auf dem Boden des Behälters kann es in weiterer nachteiliger Weise dazu kommen, daß beim Einführen eines Gases in einen Schlamm die Feststoffe sich am Boden absetzen und die Öffnungen verstopfen. Dadurch sinkt die Kapazität der Behandlungsvorrichtung für das Inberührungbringen des Gases mit der Flüssigkeit, d. h. nachteilige Erhöhung des Druckes im Gas und Erhöhung des Gaszufuhrwiderstandes.

Aus "Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie", 4. Auflage, 1973, Band 3, Seite 375, Abbildung 16 sind Gegenstromkolonnen mit geschlossenen Enden in Glockenform beschrieben. Zwar ist hier ein Gegenstrom von Gas und Flüssigkeit möglich, die Gefahr des Verstopfens ist aber erheblich, und die Veröffentlichung spricht selbst von gewissenen Nachteilen, insbesondere weil höhere Druckverluste und höhere Baukosten gegeben sind.

Würde ein Gas in einen Schlamm eingeführt und dort dispergiert werden, dann kann es passieren, daß beim Abschalten der Gaszufuhr der Schlamm in die Glocke zurückfließt und sich dort Feststoffteilchen ansammeln. Diese können bei Wiederaufnahme der Gaszufuhr schwerlich herausgetrieben werden, weshalb mit ernsthaften Störungen infolge Verstopfens der Austrittsschlitze gerechnet werden muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art so zu verbessern, daß trotz verminderter Veränderungen des Flüssigkeitsspiegels (Schwappen oder ähnliches) die Kontaktfläche zwischen dem Gas und der Flüssigkeit sowie die Gasdurchflußmenge vergrößert und der Druckverlust in dem Gas merklich vermindert werden können, wobei ferner das Verstopfen der Gaseinperlvorrichtung vermieden und dadurch der Betrieb lange Zeit stabil durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Begasungsteil rohrförmig ausgebildet ist und vertikal in die Flüssigkeit eintaucht, das untere Ende des Begasungsteils offen ist und in einem Abstand vom Behälterboden angeordnet ist, daß die Öffnungen in der Seitenwand des Begasungsteils angeordnet sind, daß nur eine einzige Reihe horizontalliegender Öffnungen vorgesehen ist und daß der Abstand der Öffnungen vom zweiten Flüssigkeitsspiegel größer als 10 mm und kleiner als (L-10) mm ist, wobei der Abstand der Öffnungen vom unteren Ende des Begasungsteils zwischen 50 mm und 500 mm liegt.

Die Flüssigkeitsoberfläche wird bei Durchführung des Verfahrens mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in etwa so eingestellt, daß sie in der Mitte zwischen den Öffnungen in der Seitenwand einerseits und dem offenen Bodenende andererseits angeordnet ist. Hierdurch wird überraschend die Schwingerscheinung der Flüssigkeitsoberfläche, insbesondere das Über- oder Unterschwappen der Flüssigkeit am Rand des Begasungsteils, in wirkungsvoller Weise unterdrückt. Denn es gibt nicht mehr die starken und teilweise kurzzeitigen Höhenveränderungen des Flüssigkeitsspiegels.

Da außerdem das rohrförmige Begasungsteil in seiner vertikalen Anordnung unten offen ist, können sich Feststoffe nicht mehr so festsetzen, daß etwa ein Verstopfen zu befürchten wäre.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann dafür verwendet werden, um ein Gas in einer Flüssigkeit zu absorbieren oder durch den Kontakt zwischen Gas und Flüssigkeit eine Reaktion zwischen diesen beiden Reaktionspartnern zu bewirken. Besonders zweckmäßig ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Entschwefelung von Abgasen, wobei das Ansteigen und Abfallen des Flüssigkeitspegels verhindert wird.

Wie insbesondere die Wirksamkeit der Vorrichtung gemäß der Erfindung gesteigert werden kann, zeigen die Merkmale der Unteransprüche, welche bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschreiben. Der Betrieb kann mit den verschiedenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung lange Zeit stabil mit hoher Effizienz für den Kontakt zwischen Gas und Flüssigkeit durchgeführt werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der folgenden Beschreibung der Zeichnungen. Die einzelnen Figuren haben folgende Bedeutung: Die

Fig. 1 (A), 1 (B), 2 (A) und 2 (B) sind schematische Erläuterungen des Prinzips des Schwappens eines Flüssigkeitsspiegels in einem Gaseinperlteil.

Fig. 3 ist eine teilweise senkrecht geschnittene Darstellung einer typischen Ausführungsform einer Gaseinperlvorrichtung, in welcher das Verfahren nach der Erfindung durchgeführt wird.

Fig. 4 ist eine teilweise senkrecht geschnittene Darstellung, die den unteren Endabschnitt des Begasungsteils der Vorrichtung nach Fig. 3 zeigt. Die

Fig. 5 bis 7 sind teilweise senkrecht geschnittene Darstellungen, die die unteren Endabschnitte anderer Ausführungsformen der Begasungsteile zeigen.

Fig. 8 ist eine teilweise senkrecht geschnittene Darstellung einer anderen Ausführungsform der Gaseinperlvorrichtung, in welcher das Verfahren nach der Erfindung ausgeführt wird.

Fig. 9 ist ein Schnitt entlang der Linie IX-IX in Fig. 8.

Fig. 10 ist eine teilweise senkrecht geschnittene Darstellung noch einer anderen Ausführungsform der Gaseinperlvorrichtung, in welcher das Verfahren nach der Erfindung ausgeführt wird.

Fig. 11 ist ein Schnitt entlang der Linie XI-XI in Fig. 10.

Fig. 12 ist eine teilweise senkrecht geschnittene Darstellung des unteren Endabschnittes einer weiteren Ausführungsform der Gaseinperleinrichtung, worin die Bildung von Ablagerungen wirksam verhindert wird.

Fig. 13 ist ein Schnitt entlang der Linie XIII-XIII in Fig. 12. Die

Fig. 14, 15, 17, 18 und 20 sind teilweise oder vollständig senkrecht geschnittene Darstellungen der unteren Endabschnitte noch anderer Ausführungsformen der Gaseinperlvorrichtung. Die

Fig. 16, 19 und 21 sind Schnitte entlang der Linie XVI-XVI in Fig. 15, der Linie XIX-XIX in Fig. 18 bzw. der Linie XXI-XXI in Fig. 20. Die

Fig. 22 und 23 zeigen Kurven, die experimentelle Ergebnisse des Verfahrens der Erfindung erläutern.

Eine typische Ausführungsform der Gaseinperlvorrichtung, in welcher das Verfahren nach der Erfindung angewendet wird, ist in Fig. 3 gezeigt. Diese Apparatur umfaßt als Hauptaufbauelemente einen Behälter 10, eine Zufuhreinrichtung 11 für Flüssigkeits- und Reaktionspartner, eine Austrageinrichtung 12 für Flüssigkeit, eine Steuereinrichtung 13 für den Flüssigkeitsspiegel, eine Zufuhreinrichtung 14 für das Gas, ein Begasungsteil 15 und eine Austrageinrichtung 16 für das Gas.

Die Zufuhreinrichtung 11 für Flüssigkeits- und Reaktionspartner ist mit dem Behälter 10 so verbunden, daß eine Flüssigkeit 2 in den Behälter 10 eingespeist wird. Speziell ist diese Zufuhreinrichtung 11 eine Leitung für die Flüssigkeit und Reaktionspartner mit einer Pumpe (nicht gezeigt). Die Lage der Befestigung der Zufuhreinrichtung 11 zu dem Behälter 10 ist nicht besonders kritisch.

Die Flüssigkeits-Austrageinrichtung 12 ist an dem Behälter 10 so befestigt, daß die Flüssigkeit daraus entfernt werden kann. Da sich die Flüssigkeit 2 in dem Bodenabschnitt des Behälters 10 befindet, ist auch die Austrageinrichtung 12 im Bodenabschnitt des Behälters 10 angeordnet. Speziell handelt es sich um eine Austragleitung mit einer Pumpe (nicht gezeigt), die in der Mitte angeordnet ist.

Die Steuereinrichtung 13 für den Flüssigkeitsspiegel ist so angeordnet, daß sie eine bestimmte Menge Flüssigkeit 2 im Behälter 10 hält, so daß der Flüssigkeitsspiegel 2 D auf einer bestimmten Höhe gehalten wird. Der Flüssigkeitsspiegel 2 D befindet sich immer in einer mittleren Höhe des Behälters 10, wird aber nicht auf einer solchen Höhe gehalten, daß der Behälter 10 vollständig mit der Flüssigkeit 2 gefüllt ist. Demnach ist das Innere des Behälters 10 in einen unteren Flüssigphasenbereich 2 X, wo die Flüssigkeit in der kontinuierlichen Phase vorliegt, und einen oberen Gasphasenbereich 2 Y, der oberhalb des Flüssigphasenbereiches 2 X gebildet ist, unterteilt.

Als Steuereinrichtung 13 für den Flüssigkeitsspiegel kann irgendeine Einrichtung verwendet werden, die in der Lage ist, den Flüssigkeitsspiegel auf einer bestimmten Höhe in einer Weise, wie oben beschrieben, zu halten oder in einigen Fällen den Flüssigkeitsspiegel in einem bestimmten Bereich der Höhe einzustellen. Beispielsweise kann eine Überlaufleitung 17 verwendet werden wie in Fig. 3 gezeigt ist. In der Ausführungsform der Fig. 3 ist diese Überlaufleitung 17 am Seitenabschnitt des Behälters 10 angebracht.

Die Gaseinführeinrichtung 14 ist so angeordnet, daß in den Behälter 10 ein Gas g eingeführt wird, das mit der Flüssigkeit 2 in Kontakt gebracht werden soll. Typischerweise besteht die Einrichtung 14 aus einem dicken Rohr oder dergleichen.

Das Begasungsteil 15 ist röhrenförmig und an der Zufuhreinrichtung 14 so befestigt, daß es den Strom des Gases g, der in die Zufuhreinrichtung 14 eingeführt wird, aufteilt und das Gas g zu dem Flüssigphasenbereich 2 X führt. Dieses röhrenförmige Teil umfaßt wenigstens ein Rohr und vorzugsweise wenigstens zwei Rohre, die sich von der Zufuhreinrichtung 14 für das Gas aus im wesentlichen vertikal zu dem Flüssigphasenbereich 2 X erstrecken. Das untere Ende 15 A dieses Begasungsteils 15 hat einen offenen Bereich 15 B, der sich abwärts in den Flüssigphasenbereich 2 X erstreckt.

In der Seitenwand 15 C, D des Begasungsteils 15 sind zwischen dem Flüssigkeitsspiegel 2 D und dem unteren Ende 15 A Öffnungen 18 ausgebildet. Unter dem Ausdruck "Öffnungen 18" werden Löcher verstanden, die das Innere des Begasungsteils 15 mit dem Flüssigphasenbereich 2 X verbinden. Die Gestalt dieser Öffnungen ist nicht besonders kritisch.

Wie in den Fig. 4, 5, 6 und 7 gezeigt, die den unteren Endabschnitt des Begasungsteils 15 zeigen, können die Öffnungen 18 eine runde, quadratische oder rechteckige Form haben. In der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform hat der untere Endabschnitt des Begasungsteils 15 eine haubenartige Form, und in der Ausführungsform, die in Fig. 7 gezeigt ist, sind zwei Arten der Öffnungen ausgebildet.

Es ist bevorzugt, daß die Gesamtfläche S der Öffnungen 18 0,01 bis 2mal, besonders 0,1 bis 1mal so groß ist wie die Querschnittsfläche S₁ des Begasungsteils 15 an dem Punkt, wo die Öffnungen 18 ausgebildet sind.

Es ist bevorzugt, daß jede Öffnung 18 in der Seitenwand 15 C des Begasungsteils 15 einen äquivalenten Durchmesser von 5 bis 80 mm besitzt und daß der Abstand L zwischen den Öffnungen 18 und dem unteren Ende 15 A des Begasungsteils 15 50 bis 500 mm beträgt.

Wenn der Abstand L in dem obigen bevorzugten Bereich liegt, dann ist außerdem der Abstand 1 zwischen den Öffnungen 18 in der Seitenwand 15 C des Begasungsteils 15 und dem Flüssigkeitsspiegel 2 D′ im Begasungsteil 15 vorzugsweise im Bereich, der durch die folgende Formel wiedergegeben wird:

10 mm < l < (L-10) mm (worin L 50 bis 500 mm ist).

Um die Gas-Flüssigkeitskontakteffizienz zu erhöhen, ist es bevorzugt, Öffnungen 18 in einer Stellung auszubilden, wo die Flüssigkeitstiefe H von dem Flüssigkeitsspiegel 2 D aus wenigstens 5 cm beträgt.

In der in Fig. 3 gezeigten Apparatur kann der untere Endabschnitt des Begasungsteils 15 eine haubenartige Form haben, wie in Fig. 5 gezeigt ist, oder eine umgekehrte Form, nämlich eine nach oben verengte Form haben.

Bei der vorliegenden Erfindung kann ein Flüssigkeitssprühstrahl 19 in der Zufuhreinrichtung 14 für das Gas oder den Begasungsteil 15 angeordnet sein, um eine feuchte Wand auf der Seitenwand 15 D des Inneren des Begasungsteils 15, nämlich auf der Seitenwand der Gaseinführseite zu bilden.

In der typischen Ausführungsform der Gaseinperlvorrichtung, die das Verfahren der vorliegenden Erfindung benutzt und den oben erwähnten Aufbau hat, erfolgt ein Gas-Flüssigkeitskontakt gemäß dem folgenden Verfahren.

Als das zu behandelnde Gas kann ein Abgas erwähnt werden, das SO₂, Stickstoffoxide (NO _x ) und Ammoniak enthält, oder auch ein Chlorwasserstoffsäure oder Schwefelwasserstoff enthaltendes Abgas. Als die mit dem Gas in Kontakt zu bringende Flüssigkeit kann ein Schlamm erwähnt werden, der eine Kalziumverbindung, wie CaCO₃, Ca (OH)₂ oder dergleichen, enthält.

Eine solche Flüssigkeit wird durch die Flüssigkeitszufuhreinrichtung 11 in den Behälter 10 eingeführt. Wenn die Flüssigkeit nicht von der Flüssigkeits-Austrageinrichtung 12 mit größerer Geschwindigkeit als die Flüssigkeits-Einspeisgeschwindigkeit ausgetragen wird, sammelt sich die Flüssigkeit allmählich im Behälter 10 an, und der Flüssigkeitsspiegel 2 D wird durch die Steuereinrichtung 13 für den Flüssigkeitsspiegel in einer bestimmten Höhe gehalten.

Nachdem der oben erwähnte Zustand im Behälter 10 erreicht ist, wird ein mit der Flüssigkeit in Kontakt zu bringendes Gas durch die Gaszufuhreinrichtung 14 eingespeist, und das Gas wird durch die Gaseinperlvorrichtung dispergiert und zu dem Flüssigphasenbereich 2 X geführt. Da das Gas im beispielsweise durch ein Gebläse komprimierten Zustand eingespeist wird, wird der im Begasungsteil 15 gehaltene Flüssigkeitsspiegel 2 D′ unter den Gasbeschickungsdruck P₁ gesenkt. Wenn der Flüssigkeitsspiegel 2 D′ im Begasungsteil 15 auf diese Art unter die Öffnungen 18 in der Seitenwand 15 C gesenkt ist, wird das Gas in der horizontalen Richtung durch die Öffnungen 18 in der Seitenwand 15 C des Begasungsteils 15 in die Flüssigkeit des Flüssigphasenbereiches 2 X eingedüst. An dieser Stelle wird das Gas fein zu Blasen aufgeteilt und in der horizontalen Richtung in der Flüssigkeit dispergiert. Die Blasen läßt man aufsteigen, und sie steigen natürlich bis zum Flüssigkeitsspiegel. Während dieser aufsteigenden Bewegung wird eine Massenüberführung in die Gas-Flüssigkeitsgrenzfläche verursacht, eine spezielle in dem Gas enthaltene Komponente wird in der Flüssigkeit absorbiert, und der Gas-Flüssigkeitskontakt kann wirksam durchgeführt werden. Wenn eine feuchte Wand auf der Innenwandfläche der Gaseinperlvorrichtung durch Benützung der Sprühflüssigkeit 19 gebildet wird, kann außerdem besser die Bildung von Ablagerungen verhindert werden.

Bei der vorliegenden Erfindung werden der Gas-Beschickungsdruck P₁, die Zahl der Begasungsteile 15, die mittlere Flüssigkeitshöhe A von dem Flüssigkeitsspiegel 2 B zu der Lage der Öffnungen 18 in der Seitenwand, die Höhe L von der Lage der Öffnungen 18 zu dem unteren Ende 15 A, die Gestalt, Größe und Zahl der Öffnungen 18 in der Seitenwand, die Fläche S₁ der Öffnungen 15 B und der Druck P₂ des Gasphasenbereiches 2 Y so bestimmt, daß der Flüssigkeitsspiegel 2 D′, der im Begasungsteil 15 durch die Kompressionskraft des Gases gesenkt wird, auf einer Höhe zwischen dem untersten Punkt der Öffnungen 18 in der Seitenwand 15 C und dem unteren Ende 15 A des Begasungsteils 15 gehalten wird. Bei Verwendung dieser Anordnung wird die Aufsteigekraft des Gases in der Flüssigkeit auf den Auftrieb des Gases an sich begrenzt, und daher kann die längste Zeit für den Gas-Flüssigkeitskontakt gewährleistet werden.

Selbst wenn der Gasbeschickungsdruck P₁ innerhalb eines bestimmten Bereiches verändert wird, können Faktoren oder Einflüsse durch Änderungen des Flüssigkeitsspiegels 2 D gemäßigt werden, indem automatisch der Flüssigkeitsspiegel 2 D′ im Begasungsteil 15 in einem bestimmten Bereich verändert wird. Außerdem ist es möglich, das Gas durch die Öffnungen 18 in der Seitenwand mit höchster Geschwindigkeit hindurchgehen zu lassen. Demnach kann der Gas-Flüssigkeitskontakt mit höchster Wirksamkeit erfolgen, und die Bildung von Ablagerungen, die Verstopfungen der Öffnungen verursachen, kann in der Nähe der Öffnungen wirksam verhindert werden. Besonders kann eine Wellenbildung, nämlich das Schwappen des Flüssigkeitsspiegels 2 D nach dem hier beschriebenen Verfahren wirksam verhindert werden.

Bei der Benutzung der Einperlvorrichtung beobachtet man das folgende eigenartige Phänomen.

Wenn das Gas nur aus den Öffnungen 18 in der Seitenwand der Einperlvorrichtung ausgeperlt wird, bevor eine bestimmte Gasoberflächengeschwindigkeit in einer Säule erreicht wird, beobachtet man, daß eine bestimmte Veränderung des Flüssigkeitsspiegels durch Unter- oder Überschwappen verursacht wird, das mit einer Steigerung der Gasoberflächengeschwindigkeit in einer Säule erzeugt wird. Wenn aber die Gasoberflächengeschwindigkeit in einem Begasungsteil bzw. in einer Säule einen bestimmten Wert überschreitet, wird das Schwappen vermindert, und der Bereich der Veränderung des Flüssigkeitsspiegels 2 D wird dann mit Steigerung der Gasoberflächengeschwindigkeit in einer Säule merklich verengt. Der Bereich einer solchen Gasoberflächengeschwindigkeit in einer Säule, der keine große Veränderung des Flüssigkeitsspiegels 2 D bewirkt, wird als ein stabiler Betriebsbereich angesehen. Es wurde gefunden, daß dieser Betriebsbereich in Abhängigkeit von der Lage zwischen den Öffnungen 18 in der Seitenwand 15 C und dem unteren Ende 15 A im Begasungsteil 15 realisiert wird.

Die Gas-Flüssigkeitskontaktbehandlungskapazität kann beispielsweise auf 300 bis 5000 Nm³/m² · h gesteigert werden.

Andere Ausführungsformen der Gaseinperlvorrichtung werden nun beschrieben.

Fig. 8 ist eine Darstellung, die eine andere Ausführungsform der Gas-Flüssigkeitskontaktvorrichtung mit Begasungsteil erläutert, in welcher das in Rede stehende Verfahren angewendet wird, und Fig. 9 ist eine Darstellung, die den Schnitt entlang der Linie IX-IX in Fig. 8 erläutert. In dieser Ausführungsform ist das Begasungsteil 15 mit der Gaszufuhreinrichtung 14 integriert, und ein Flüssigphasenbereich 2 X, der von einem Röhrenteil begrenzt ist, befindet sich im Begasungsteil 15 hinter der Gaszufuhreinrichtung 14. Ein Gas g wird in das Begasungsteil 15 von der Gaszufuhreinrichtung 14 aus eingeführt, dringt konzentriert in den Bereich 2 X des Röhrenteils von der Peripherie desselben her ein und kann in der Form von Blasen aufsteigen.

Die Bezugszeichen und Symbole in den Fig. 8 und 9 zeigen die gleichen Elemente und Teile wie in Fig. 3.

Fig. 10 ist eine Darstellung, die im Schnitt noch eine andere Ausführungsform der Gas-Flüssigkeitskontaktvorrichtung zeigt, und Fig. 11 ist eine Darstellung, die den Schnitt entlang der Linie XI-XI in Fig. 10 zeigt.

In der in Fig. 10 gezeigten Ausführungsform ist das Begasungsteil 15 verzweigt, und die Verzweigungen stehen miteinander in Verbindung. Das Begasungsteil 15 ist nämlich so gestaltet und konstruiert, daß aus den Öffnungen 18 in der Seitenwand ausgedüste Blasen gleichmäßig in den betreffenden Teilen im Inneren des Behälters 10 mit der Flüssigkeit in Kontakt gebracht werden.

Außer der Verbindungsweise der Verzweigungen des Begasungsteiles 15, die in Fig. 10 gezeigt ist, kann auch eine Anordnung gewählt werden, bei der die Verzweigungen des Begasungsteiles 15 in der Form mehrerer konzentrischer Ringe angeordnet sind.

Für die Öffnungen 18 in der Seitenwand des Begasungsteiles 15 kann jede beliebige Form verwendet werden, und zwar unabhängig von der Querschnittsform des Begasungsteils 15.

In den Fig. 10 und 11 bedeuten die Bezugszeichen und Symbole die gleichen Teile und Elemente wie in Fig. 3.

Eines der speziell angestrebten Ziele des hier beschriebenen Verfahrens besteht darin, das Anhaften und Ablagern von Krusten beim Einperlen des Gases zu verhindern.

Um dieses Ziel wirksam zu erreichen, kann der untere Endabschnitt des Begasungsteils 15 so ausgebildet sein, daß er einen speziellen Aufbau hat. Eine typische Ausführungsform dieser Anordnung ist in den Fig. 12 und 13 erläutert. Fig. 12 ist eine teilweise weggeschnittene Darstellung, die einen senkrechten Schnitt durch den unteren Endabschnitt des Begasungsteils 15 zeigt, und Fig. 13 ist ein Schnitt entlang der Linie XIII-XIII in Fig. 12. Wie aus den Fig. 12 und 13 ersichtlich ist, befindet sich im Inneren des rohrförmigen Teils der Gaseinperlvorrichtung eine Düse 20, deren oberes Ende mit dem rohrförmigen Teil des Begasungsteils 15 verbunden ist. Das untere Ende 15 A des rohrförmigen Teils erstreckt sich abwärts zu dem unteren Ende 20 A der Düse 20, und die Seitenwandöffnungen 18 sind in der Mitte der Düse 20 ausgebildet. Außerdem sind Einschnitte 20 E unterhalb der Positionen der Öffnungen 18 in der Seitenwand ausgebildet. Der Flüssigkeitsspiegel 2 D′ in der Düse 20 wird in einer Stellung oberhalb des unteren Endes 15 A, aber unterhalb der Seitenwandöffnungen 18 gehalten.

In dieser Ausführungsform wird ein zu behandelndes Gas g in die Düse 20 eingeführt und in der flüssigen Phase in der Form feiner Blasen durch die Einschnitte 20 E am unteren Ende der Düse 20 und die Seitenwandöffnungen 18, die in dem rohrförmigen Teil ausgebildet sind, dispergiert. Schließlich können die Gasblasen in der flüssigen Phase durch Auftrieb aufsteigen und werden in den Gasphasenbereich 2 X eingeführt.

Da die Seitenwandöffnungen 18 in dem rohrförmigen Teil oberhalb der Einschnitte 20 E der Düse 20 liegen, kann der Flüssigkeitsspiegel 2 D′′ des von der Seitenwand 15 C des rohrförmigen Teils und der Düse 20 umgebenen Bereichs immer auf einem höheren Niveau gehalten werden als die unteren Enden der Einschnitte 20 E, wenn die Fläche der Seitenwandöffnungen 18 in dem rohrförmigen Teil ungefähr entsprechend der Menge des Gases eingestellt wird. Wenn eine solche Anordnung verwendet wird und das in die Düse 20 eingeführte Gas durch die Einschnitte 20 E geht, reißt es die Flüssigkeit mit und bildet eine turbulente gemischte Gas-Flüssigkeitsphase, und diese gemischte Phase geht durch die Seitenwandöffnungen 18 des rohrförmigen Teils. Daher werden selbst im Falle einer Kombination des Gases und der Flüssigkeit, die leicht eine Ausfällung von Feststoffen durch den Kontakt verursacht, die ausgefällten Feststoffe zwischen der Düse 20 und der Seitenwand 15 C des rohrförmigen Teils weggewaschen, so daß sie nicht an der Düse 20 anhaften können.

Der Flüssigkeitsspiegel 2 D′′ wird durch Faktoren, wie die Höhe und Größe der Seitenwandöffnungen beeinflußt. Diese Faktoren werden so bestimmt, daß der Flüssigkeitsspiegel 2 D′′ zwischen dem unteren Ende 20 A und der Position der Seitenwandöffnungen 18 gehalten wird. Wenn der Flüssigkeitsspiegel 2 D′′ auf einem niedrigeren Wert gehalten wird, kann die Bildung von Wellen des Flüssigkeitsspiegels 2 D′′ im allgemeinen vermindert werden, doch wird in diesem Fall der die Krustenablagerung verhindernde Effekt vergleichsweise vermindert. Um die Ablagerung von Krusten zu steuern, wird demnach der Flüssigkeitsspiegel 2 D′′ auf einem relativ hohen Wert gehalten, obwohl etwas Wellenbildung an dem Flüssigkeitsspiegel 2 D′′ erzeugt wird.

Um die Ablagerung von Krusten zu verhindern, ist es auch wirksam, die Gesamtfläche S₂ des Flüssigkeitsspiegels 2 D′′ zu vergrößern. Diese Fläche S₂ ist 1 bis 10mal, vorzugsweise 2 bis 5mal so groß wie die Gesamtfläche der Seitenwandöffnungen 18.

In den Fig. 12 und 13, die eine typische Ausführungsform des unteren Endabschnittes der Gaseinperlvorrichtung erläutern, bezeichnen die Bezugszeichen und Symbole wiederum die gleichen Teile und Elemente wie in den vorausgehenden Figuren.

Weitere Ausführungsformen des unteren Endabschnittes der Einperleinrichtung werden nun unter Bezugnahme auf die Fig. 14 bis 21 beschrieben, worin die Bezugszeichen und Symbole die gleichen Teile und Elemente wie in den vorausgehenden Figuren bezeichnen.

Bei der in Fig. 14 erläuterten Ausführungsform sind die Seitenwandöffnungen 18 in dem haubenartigen Abschnitt 15 B des rohrförmigen Teils ausgebildet.

Bei der in Fig. 15 gezeigten Ausführungsform sind keine Einschnitte 20 E ausgebildet, wie sie in den Fig. 12 und 14 gezeigt sind, und der Abschnitt des unteren Endbereiches des Begasungsteils 15 hat in horizontaler Richtung quadratische Form, wie in Fig. 16 gezeigt ist.

Die Fig. 18 und 20 erläutern Ausführungsformen, in denen eine Düse 20 an die Seitenwand 15 C eines langen Begasungsteiles 15 angesetzt ist, und die Fig. 19 und 21 zeigen Schnitte entlang der Linie XIX-XIX in Fig. 18 bzw. entlang Linie XXI-XXI in Fig. 20. In der in Fig. 18 gezeigten Ausführungsform besteht ein Teil der Seitenwand des Begasungsteils 15 aus der Innenseitenwand des Behälters 10.

Beispiel 1

Unter Verwendung eines Begasungsteils 15, das in Fig. 4 gezeigt ist, und einer bekannten Gaseinperlvorrichtung mit nur einem offenen unteren Ende, aber ohne Seitenwandöffnungen wurden die Vergleichsversuche unter den folgenden Bedingungen durchgeführt. Die Gaseinperlvorrichtungen wurden gemäß Fig. 3 angeordnet.

Der Durchmesser des Begasungsteils betrug 100 mm, und jede Öffnung 18 in der Seitenwand des Begasungsteils 15 hatte einen Durchmesser von 20 mm, und der Abstand L zwischen den Seitenwandöffnungen 18 und dem unteren Ende 15 A betrug 200 mm. Die Begasungsteile 15 waren in Abständen von etwa 300 mm in einem Behälter mit einer Länge von 3000 mm angeordnet. Im Falle, daß das Begasungsteil mit den Seitenwandöffnungen versehen war, wurde der Flüssigkeitsspiegel in einer Höhe H 100 mm oberhalb der Seitenwandöffnungen gehalten, und im Falle der herkömmlichen Einperlvorrichtung wurde der Flüssigkeitsspiegel in einer Höhe 100 mm oberhalb des unteren Endes 15 A gehalten, wenn das Gas nicht eingeführt wurde. In diesem Zustand wurde das Gas eingeführt.

Im Falle des Begasungsteils ohne Seitenwandöffnungen 18 wurden mit Steigerung der Menge des Gases (der Gasoberflächengeschwindigkeit in einer Säule) Veränderungen der Flüssigkeitsoberfläche, nämlich ein Schwappen oder Wellenbildung, heftig, und der Betrieb wurde schwierig. Im Falle der Gaseinperlvorrichtung mit den Seitenwandöffnungen 18 wurden andererseits Veränderungen des Flüssigkeitsspiegels vermindert, wenn die Menge des Gases einen bestimmten Wert überschritt, und selbst wenn die Menge des Gases weiter erhöht wurde, wurde keine periodische Bewegung der Flüssigkeit beobachtet. Fig. 22 erläutert dieses Phänomen quantitativ, wobei die Abszisse die Gasoberflächengeschwindigkeit und die Ordinate die Veränderungsbreite der Flüssigkeitsoberfläche zeigt. Die Kurve A zeigt die Ergebnisse, die man im Falle der Vergleichseinperlvorrichtung erhielt, und Kurve B zeigt die Ergebnisse, die man im Falle der Einperlvorrichtung nach der Erfindung erhielt. Wie aus den in Fig. 22 gezeigten Ergebnissen ersichtlich ist, kann das Gas, wenn die Gaseinperlvorrichtung mit Seitenwandöffnungen verwendet wird, ausreichend behandelt werden, selbst wenn die Menge des Gases groß ist.

Wenn die Experimente unter Verwendung der in Fig. 8 gezeigten Art einer Gaseinperlvorrichtung durchgeführt wurden, wurde bestätigt, daß man ganz ähnliche Ergebnisse zu jenen erhielt, die bei den Experimenten erhalten wurden, welche unter Verwendung der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung durchgeführt wurden.

Unter Verwendung der Gaseinperlvorrichtung nach der Erfindung wurden bei den obigen Experimenten die Durchmesser der Blasen gemessen, die durch das Eingießen von Dispersion des Gases gebildet wurden. Es wurde gefunden, daß im wesentlichen alle Blasen einen Durchmesser von 3 bis 5 mm hatten und daß die Flüssigkeit, die diese Blasen enthielt, durch die aufsteigenden Blasen heftig durchgewirbelt wurde. Es wurde somit bestätigt, daß nach der Erfindung der Gas-Flüssigkeitskontakt mit sehr hoher Effizienz erreicht werden kann.

Wie aus der obigen Erläuterung ersichtlich ist, kann der Betrieb, wenn die Gas-Flüssigkeitskontaktvorrichtung nach der Erfindung benützt wird, sehr stabil durchgeführt werden, und die Behandlungseffizienz ist vielfach so hoch wie die Behandlungseffizienz, die man mit dem herkömmlichen Gaseinperlturm vom kontinuierlichen Flüssigkeitsphasentyp erhält, wo ein Gas in der kontinuierlichen Phase einer Flüssigkeit aufsteigt, während es mit der Flüssigkeit in Kontakt tritt. Da das untere Ende der Gaseinperl offen ist, wird selbst dann, wenn die Flüssigkeit ein Schlamm ist, eine Verstopfung überhaupt nicht verursacht, und da das Gas aus den Öffnungen in der Seitenwand ausgeperlt wird, weiten sich die Gasblasen in einem sehr breiten Bereich aus. Demnach können die Abstände feiner Gaseinperleinrichtungen merklich erhöht werden, so daß die Struktur vereinfacht werden kann.

Beispiel 2

Ein Behälter mit einem Durchmesser von 3 m wurde mit Wasser gefüllt, und das Gaseinperlexperiment wurde unter Verwendung einer Gas-Flüssigkeitskontaktvorrichtung, wie sie in Fig. 12 gezeigt ist, durchgeführt, und die Erzeugung eines Schwappens wurde geprüft. Die Hauptabmessungen der verwendeten Apparatur waren folgende:

Größe der Seitenwandöffnungen:20 mm Durchmesser Zahl der Seitenwandöffnungen:16 Größe der Einschnitte 20 E:20 mm breit und
550 mm lang Zahl der Einschnitte:9 Größe des Bodens des rohrförmigen
Teils der Gaseinperlvorrichtung 15:200 mm Durchmesser (Kreisdurchmesser) H₁ zwischen dem oberen Ende des Einschnittes 20 E und dem oberen Ende der Seitenwandöffnung 18 in vertikaler Richtung: 40 mm.

• Abstand zwischen dem unteren Ende 15 A und dem unteren Ende 20 A der Düse 20 in vertikaler Richtung: 50 mm.
• Abstand zwischen dem oberen Ende der Düse 20 und dem unteren Ende 20 A der Düse 20 in vertikaler Richtung: 250 mm.
• Größe der Düse 20: 100 mm Durchmesser.

Die Gaseinperlvorrichtungen 15 wurden in einem Muster gleichseitiger Dreiecke mit Steigungen von 350 mm angeordnet. Wenn das Gas nicht eingeführt wurde, wurde der Flüssigkeitsspiegel in einer Stellung 150 mm oberhalb des oberen Endes der Öffnungen 18 des rohrförmigen Teils (entsprechend H) eingestellt.

Zu Vergleichszwecken wurden Begasungsteile 15, deren unterer Endabschnitt eingekerbt, aber frei von Seitenwandöffnungen 18 war, mit Durchmessern von 100 mm in einem Muster von Quadraten mit Steigungen von 250 mm in dem oben erwähnten Behälter mit einem Durchmesser von 3 m angeordnet. Wenn das Gas nicht eingeführt wurde, wurde der Flüssigkeitsspiegel in einer Stellung 150 mm oberhalb des oberen Endes der Einkerbung eingestellt.

Die Gaseinperlexperimente wurden unter den gleichen Bedingungen wie in den vorausgehenden beiden Experimenten durchgeführt.

Die erhaltenen Ergebnisse sind in Fig. 23 gezeigt, die die Beziehung zwischen der Gasoberflächengeschwindigkeit in einer Säule (Nm³/m² · h) und der maximalen Veränderungsbreite (cm) der Flüssigkeitsoberfläche zeigt. In Fig. 23 zeigt die Kurve A die Ergebnisse, die man in dem Experiment nach der Erfindung erhielt, und Kurve B zeigt die Ergebnisse, die man in dem Vergleichsexperiment erhielt. Aus diesen experimentellen Ergebnissen ist leicht ersichtlich, daß dann, wenn die Gas-Flüssigkeitskontaktvorrichtung mit dem Verfahren nach der Erfindung verwendet wird, die Gas-Flüssigkeitskontaktbehandlung sehr stabil mit einer stark verminderten Veränderungsbreite der Flüssigkeitsoberfläche in einem sehr breiten Bereich von Betriebsbedingungen (in einem breiten Bereich der Menge des zu behandelnden Gases) durchgeführt werden kann.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Einperlen eines Gases in eine Flüssigkeit, insbesondere eines schadstoffhaltigen Gases in eine ein Reaktionsmittel enthaltende Flüssigkeit, wobei der Schadstoff z. B. Schwefeldioxid und das Reaktionsmittel z. B. eine Kalziumverbindung ist, mit einem Behälter zur Aufnahme der Flüssigkeit, die im Behälter einen ersten Flüssigkeitsspiegel (2 D) einnimmt, mit einem in die Flüssigkeit eingetauchten Begasungsteil (15), in das eine Zufuhreinrichtung (14) für das Gas mündet und das in einer horizontalen Reihe verlaufende Öffnungen (18) aufweist, die unterhalb des Flüssigkeitsspiegels (2 D) und in einem Abstand (L) vom unteren Ende (15 A) des Begasungsteils liegen und durch die das Gas in die Flüssigkeit dispergiert wird, wobei in einem Abstand (1) unterhalb der Öffnungen ein zweiter Flüssigkeitsspiegel (2 D′) aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Begasungsteil (15) rohrförmig ausgebildet ist und vertikal in die Flüssigkeit eintaucht, daß das untere Ende (15 A) des Begasungsteils offen ist und in einem Abstand vom Behälterboden angeordnet ist, daß die Öffnungen (18) in der Seitenwand (15 D) des Begasungsteils angeordnet sind, daß nur eine einzige Reihe horizontal liegender Öffnungen (18) vorgesehen ist und daß der Abstand (1) der Öffnungen vom zweiten Flüssigkeitsspiegel (2 D′) größer als 10 mm und kleiner als (L-10) mm ist, wobei der Abstand (L) der Öffnungen vom unteren Ende (15 A) des Begasungsteils zwischen 50 mm und 500 mm liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (18) in der Seitenwand (15 D) des rohrförmigen Begasungsteils (15) einen Durchmesser von etwa 5 mm bis 80 mm haben.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere rohrförmige Begasungsteile (15) in die Flüssigkeit eintauchend vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Begasungsteil (15) innen eine Düse (20) aufweist, deren oberes Ende mit dem Begasungsteil (15) oberhalb der Öffnungen (18) verbunden ist und deren unteres Ende (20 A) unterhalb der Öffnungen (18) liegt, und daß der Flüssigkeitsspiegel (2 D′′) zwischen dem Begasungsteil (15) und der Düse (20) unterhalb der Öffnungen (18), aber oberhalb des unteren Endes (20 A) der Düse (20) vorgesehen ist (Fig. 12 und 14).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende (15 A) des rohrförmigen Begasungsteils (15) sich abwärts über das untere Ende (20 A) der Düse (20) hinaus erstreckt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem unteren Ende (20 A) der Düse (20) Einkerbungen oder Einschnitte (20 E) vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (10) mit einer Zufuhreinrichtung (11) für die Flüssigkeit, einer Austragseinrichtung (12) für die Flüssigkeit und einer Zufuhreinrichtung (14) für das Gas versehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur kontinuierlichen Durchströmung des Behälters (10) mit Flüssigkeit die Zufuhreinrichtung (11) für die Flüssigkeit im oberen Bereich des Behälters (10) und die Austragseinrichtung (12) im Bodenbereich des Behälters (10) angeordnet sind.