DE2851176A1

DE2851176A1 - Gaswaschanlage und verfahren zum betrieb derselben

Info

Publication number: DE2851176A1
Application number: DE19782851176
Authority: DE
Inventors: Volker Dr Fattinger; Juerg Schneider
Original assignee: Ciba Geigy AG
Current assignee: Novartis AG
Priority date: 1977-11-29
Filing date: 1978-11-27
Publication date: 1979-06-07
Also published as: JPS6141602B2; CA1110965A; DE2851176C2; CH624018A5; JPS5490667A; US4210428A

Description

CIBA-GEIGYAG,CH-4002Basel V_-*VLjrAt^""'v3LZI\3 X

Case 7-11477
Deutschland

Anwaltsakte: 29 553 27. November 1978

Gaswaschanlage und Verfahren zum Betrieb derselben

Gasreinigungsanlagen zum Auswaschen von Staub und nebelfb'rmigen Verunreinigungen benötigen einen hohen Energieaufwand, wenn bei Teilchengrb'ssen um 1 Jim und darunter hohe Abscheidegrade erzielt werden müssen. Ein bekanntes Gaswaschprinzip ist es, bei hoher Gasgeschwindigkeit Flüssigkeit ins Gas einzuführen, wobei

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die Flüssigkeit vom Gasstrom zerrissen wird und dabei Verunreinigungen aus dem Gas in sich aufnimmt. Der Energieverbrauch bei solchen Gaswaschanlagen wird in erster Linie vom Ventilator verursacht, weil genügend hohe Druckdifferenzen im Gasstrom erzeugt werden müssen, um die notwendige Gasbeschleunigung vor der Gaswaschzone zu gewährleisten. Wenn grosse Gasmengen zu reinigen sind - wie das z.B. in der Aluminium-Industrie der Fall ist - spielen die Stromkosten für die Ventilatoren eine entscheidende Rolle als Kostenfaktor.

Es ist bekannt, grosse Gasströme vor der Reinigung in zylindrische oder schichtförmige Teilströme zu zerlegen. Auf diesem Wege kommt man zu einer gewissen Energieeinsparung, jedoch resultieren relativ komplizierte, verstopfungsgefährdete Apparate. Ein zentrales Problem bei solchen Gaswaschapparaten ist eine homogene Flüssigkeitsverteilung in der Gasbeschleunigungszone. FlUssigkeitsdUsen mit Drallkörpern und engen Durchtritten ermöglichen zwar eine gute Verteilung der Flüssigkeit, sind aber verstopfungsgefährdet. Bei der Reinigung von Abgasen aus der Aluminiumindustrie ist das Verstopfungsproblem besonders schwer zu lösen, weil neben fluorhaltigen Salzen auch Teer in Form feiner Partikel im Abgas vorhanden ist, welcher aus den Elektroden der Aluminium-Elektrolyseöfen stammt. Auch Abgase aus industriellen Verbrennungsanlagen, insbesondere der Abfallverbrennung, enthalten neben Salzen und Oxiden in manchen Fällen auch feine Teerpartikel.

Es besteht ein dringendes Bedürfnis für eine robuste Gaswaschanlage und viele Fachleute beschäftigen sich mit diesem Problem.

Es wurde gefunden, dass man mit einer gemäss den Patent-

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ansprlichen ausgebildeten und betriebenen Gaswaschanlage Abscheidegrade von 95% und mehr - bezogen auf den Gesamtfes tstoffgeha It von teerhaltigen Abgasen - bereits mit einem Energieaufwand in der Gaswaschanlage von weniger als 30 mbar Druckverlust des Gasstromes erreicht.

Der genannte Druckverlust von 30 mbar wird gemessen zwischen dem Eintritts- und Austrittsstutzen der Gaswaschanlage. Die erfindungsgemässe Anlage erwies sich trotz der Anwesenheit von Teernebeln als verstopfungssicher.

Aus der GB-PS 1 377 026 und der DE-OS 2 049 901 sind Gaswaschanlagen mit mehreren parallel in einem Waschturm angeordneten Gasleiteinsätzen bekannt. Die Gasleiteinsätze bestehen je aus einem doppelkonischen Venturirohr, auf dessen Eintrittsseite ein konischer Einsatzkörper axial verstellbar angeordnet ist. Durch Verstellung des Einsatzkörpers kann die Weite des zwischen ihm und dem eintrittseitigen Konus des Venturirohrs gebildeten Ringspalts variiert werden. Bei den Gasleiteinsätzen dieser bekannten Gaswasehanlagen befindet sich der Ringspalt im Gegensatz zur Erfindung nicht im sich in Gasströ'mungsrichtung erweiternden, sondern in dem sich verengenden Teil der Einsätze, was erhebliche Nachteile aufweist. Ferner sind bei diesen Waschanlagen keine Mittel vorhanden, die einen rotationssymmetrischen Flüssigkeitsstrahl in den Rihgspalt einbringen, sondern es wird das Waschwasser ganz einfach in das in die Einsätze eintretende Gas eingesprliht.

Aus der FR-Patentanmeldung 2 180 822 ist ein Venturi-Rohr-Gaswäscher bekannt, der ebenfalls im sich ver- jungenden Konus der Gaseintrittsseite einen axial verstellbaren Einsatzkörper aufweist, der zusammen mit

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der Rohrwand einen Ringspalt definiert. Der Einsatzkörper ist als Spritzdüse ausgebildet, mittels der Waschflüssigkeit in den Gasstrom eingebracht werden kann. Abgesehen davon, dass diese bekannte Gaswaschanlage nur einen einzigen und nicht eine Vielzahl von.Gasleiteinsätzen besitzt und dieser Gasleiteinsatz den Ringspalt auf seiner Eintrittsseite und nicht wie bei der Erfindung auf seiner sich konisch erweiternden Austrittsseite aufweist, ist auch die düsenartige Ausbildung des Einsatzkb'rpers nicht dazu geeignet, einen rotationssymmetrisehen Flüssigkeitsstrahl zu erzeugen.

Aus der US-PS 3 517 485 ist ebenfalls eine Gaswascheinrichtung mit einem einzigen Venturi-Rohr bekannt. Das Venturi-Rohr ist in seinem sich erweiternden Ab-: schnitt mit einem zylindrischen und an seiner Spitze konisch zulaufenden Einsatzkörper versehen, wobei im Uebergang zwischen dem zylindrischen und dem konischen Teil ein Umfangsschlitz vorgesehen ist, durch den Waschwasser radial auswärts und mit einer Komponente entgegen der Gasströmungsrichtung in den sich durch den Ringspalt bewegenden Gasstrom eingesprüht wird. Die Einbringung des Waschwassers erfolgt hier direkt an der engsten Stelle des Ringspalts und nicht wie bei der Erfindung davor. Ausserdem erlaubt die Form des Umfangschlitzes, der durch zahlreiche Distanzelemente unterbrochen ist, nicht die Ausbildung eines zusammenhängenden, rotationssymmetrischen Flüssigkeitsstrahls. Ferner besitzt das aus dem Umfangsschlitz austretende Wasser eine Komponente entgegen der Gasströmungsrichtung, sodass der Flüssigkeitsstrahl durch den Gasstrom sofort zerrissen und nicht zusammenhängend und gleichmässig in den Ringspalt eingetragen wird.

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In der US-PS 3 998 612 ist eine Gaswaschanlage beschrieben, bei der in einem rohrförmigen Waschturm zwei tellerförmige Platten so ausgebildet und angeordnet sind, dass sie einen flachen, ringförmigen, sich radial auswärts verengenden und dann wieder erweiternden Kanal nach Art eines V.enturi-Rohrs bilden. Das zu reinigende Gas tritt durch eine zentrale Oeffnung der unteren Platte in den Kanal zwischen den beiden Platten ein, strömt dann im wesentlichen horizontal radial auswärts und verlässt schliesslich den ringförmigen Venturi-Kanal an dessen Peripherie. In der Achse des ringförmigen Venturi-Kanals ist eine RingdUse angeordnet , mittels welcher Waschwasser in den Kanal eingesprUht wird. Bei dieser bekannten Waschvorrichtung ist der Venturi-Durchtrittskanal somit nicht wie bei der Erfindung konisch mit einem Oeffnungswechsel von weniger als 90°, sondern praktisch eben. Ausserdem umfasst die gesamte Anlage nicht eine Vielzahl sondern nur einen einzigen Gasleiteinsatz.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung

eines Ausfuhrungsbeispiels, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie I-I in

Fig. 1,

Fig. 3 ein Detail aus Fig. 1, Fig. 4 und 5 einen Schnitt nach den Linien H-IIbzw.

III-III der Fig. 3 und Fig. 6 ein Detail aus Fig. 3.

Gemäss Fig. 1 enthält die Gaswaschanlage mindestens eine . mit einer FUllkörperschicht versehene Waschstufe

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31 und mindestens eine Stufe zur Schwebstoffauswaschung

4. In der Schwebstoff-Auswaschstufe werden die Gase zwischen Leitflächen, die weniger als 50 mm Abstand haben, auf eine Geschwindigkeit von Über 30 m/sec. beschleunigt und anschliessend wieder verlangsamt, bevor sie einer Vorrichtung zur Abscheidung der Waschflüssigkeit 32 zugeführt werden. Die"Gase gelangen über die Leitung 1 in den Ventilator 2 und von dort in die Gaswaschanlage 3, welche von unten nach oben durchströmt wird. Sie werden über den Kamin 10 abgeleitet. Zur Umwälzung von Flüssigkeit Über die FUllkörperschicht 31 dienen die Pumpe und die Leitung 7. Die Einspritzflüssigkeit für die Schwebstoffabscheidung wird von der Pumpe 8 über die Leitung 9 in die Gasleiteinsätze 4 befördert. Die vom Gas mitgerissene Flüssigkeit wird in die Tropfenfänger-Vorrichtung 32 geführt und gelangt von dort über den Tauchverschluss 33 auf den Zwischenboden 34 und weiter über die Leitung .35 in die Sammelleitung und zurück in die Pumpe 8. Ueber die Leitung 36 und das Ventil 37 kann Wasser vor die Tropfenfängervorrichtung

32 eingesprüht werden. Der Wasserzusatz führt zu einem Anstieg des FlUssigkeitsniveaus in der Sammelleitung 5, so dass durch die Ueberlaufleitung 38 Flüssigkeit in den Sumpf 39 abfliesst. Die Einbauten 391 dienen zur Verbesserung der Schlammabscheidung im Sumpf 39. Der aussedimentierte Schlamm wird über die Leitung 392 und das Ventil 393 aus dem Waschsystem entfernt. Geeignet als Füllkörper für die Waschstufe 31 sind z.B. IgelfUllkörper nach der DT-OS 24 16 955. Es können in der mit FUllkörpern versehenen Waschstufe 31 aber auch sich bewegende Füllkörper zum Einsatz kommen, so z.B. kugelförmige Füllkörper aus Kunststoff, wie sie in der Aluminiumindustrie bereits Verwendung finden.

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Als Tropfenfängervorrichtung 32 ist ein in der Deutschen Offenlegungsschrift 23 24 520 erläuterter Tropfenfänger besonders geeignet.

Erfindungsgemäss werden Gasleiteinsätze 4 zur Beschleunigung und anschliessenden Verlangsamung der Gase verwendet, welche ringförmige Querschnitte der Gasdurchtrittsöffnung 43 besitzen, deren Radien sich in Richtung zum Gasaustritt vergrössern. Im Gasleiteinsatz 4 befindet sich ein Rohr 44, welches von Flüssigkeit entgegen der Richtung des Gases durchströmt wird. Am Ende des Rohres 44 befindet sich ein ringförmiger FlUssigkeitsaustrittsschlitz 45.

Der ringförmige Flüssigkeitsstrahl prallt auf die FlUssigkeitsumlenkscheibe 46 und wird dort zu einem rotationssymmetrischen FlUssigkeitsfilm umgeformt, bevor er in das in den Gasleiteinsatz 4 einströmende Gas eingesprUht wird. Die flächenförmige Aufspaltung des FlUssigkeitsstrahles ergibt eine homogene FlUssigkeitsverteilung an der Stelle der höchsten Gasgeschwindigkeit. Diese ideale FIUssigkeitsverteilung wird trotz geringem Druckaufwand in der Verteilvorrichtung erzielt. Es genügt bereits ein Druck von ca. 0,5 bar im Rohr 44. Der kleinste Abstand zwischen der inneren und äusseren kegelförmigen Gasleitfläche Fig. 3, 41 und 42 ist weniger als ein Fünftel der Länge des Gasweges gemessen von der Aussenkante der FlUssigkeitsumlenkscheibe 46 bis zum Austritt aus dem Gasleiteinsatz 4

Es erwies sich als vorteilhaft, in der Gaswaschstufe mit hoher Gasgeschwindigkeit zu arbeiten. Die Gasgeschwindigkeit soll über 1,5 m/sec. betragen, bezogen auf den freien Querschnitt des Wäschers.

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Es empfiehlt sich eine möglichst grosse Zahl von Gasleiteinsätzen 4 vorzusehen, um den Gasstrom in zahlreiche Gasteilströme geringer Dicke aufzuspalten. Besonders hohe Abscheidegrade werden erzielt, wenn der kleinste Abstand zwischen den inneren und äusseren kegelförmigen Gasleitflächen 41, 42 kleiner als 3 cm beträgt. . ·

Der von den beiden Gasleitflächen 41 und 42 gebildete konische Ringkanal 43 besitzt im Interesse eines kleinen Durchflusswiderstands und geringen Platzbedarfs einen mittleren Oeffnungswinkel α von etwa 10-90°, vorzugsweise etwa um 10-20°.

Messungen ergaben, dass eine starke Einsprühung von Flüssigkeit den Abscheidegrad verbessert. Eine besondere Erhöhung des Abscheidegrades wird beobachtet, wenn man

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pro Nm Gas mehr als 2 Liter FlUssigl förmigen Austrittsschlitz 45 leitet.

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pro Nm Gas mehr als 2 Liter Flüssigkeit durch den ring-

Die Erfindung ermöglicht es, den Gasstrom in vielen gleichartigen Gasleiteinsätzen 4 zu reinigen." Diese Leiteinsätze können in Serienfertigung hergestellt werden, wobei mit besonderem Vorteil Kunststoffe wie Polypropylen oder Polyaethylen Anwendung finden. Derartige thermoplastische Kunststoffe können im Spritzgiessverfahren verarbeitet, und durch Zusammensetzen mehrerer derart hergestellter Teile lässt sich ein Gasleiteinsatz aufbauen. Diese Herstellungsart fuhrt zu überraschend geringen Kosten, verglichen mit anderen Gaswaschsystemen.

Bei der Reinigung von Abgasen aus Oefen zur elektrolytischen Äluminiumerzeugung wurde gefunden, dass in einer Anlage gemäss der Erfindung bei einem Druck-

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aufwand von 30 mbar bereits eine Abgasreinheit erzielt v/erden konnte, die bei Verwendung von bekannten Venturiwäschern erst bei einem Druckaufwand über 50 mbar möglich war. Bei den grossen Gasmengen, welche gereinigt werden müssen, ergibt sich daraus eine erhebliche Einsparung an Kosten für die elektrische Energie.

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L e e r s e i t e

Claims

Anwaltsakte: 29 553 Patentansprüche

1. Gaswaschanlage mit einer mit FUllkörpern versehenen Waschstufe (31), einer Stufe (4) zur Schwebstoffauswaschung und einer Stufe (32) zur Abscheidung von Waschflüssigkeit, wobei die Schwebstoffauswaschstufe eine Vielzahl von vom Gas zu durchströmenden Gasleiteinsätzen (4), in denen das Gas beschleunigt und anschliessend wieder verzögert wird, sowie Mittel zum Eintragen einer Flüssigkeit in die Gasleiteinsätze aufweist, dadurch gekennzeichnetj, dass die Gasleiteinsätze aus zwei koaxialen, im wesentlichen konischen Leitflächen (41,42) bestehen, die zwischen sich einen im Querschnitt ringförmigen Durchtrittskanal· definieren, dessen mittlerer Oeffnungswinkel im Bereich von etwa 10-90°, vorzugsweise 10-20° liegt, wobei die Querschnittfläche in Achsenrichtung von aussen nach innen abnimmt und der mittlere Radius der Querschnittfläche in Pachtung zum Gasaustritt zunimmt, und dass die FlUssigkeitseintragmittel einen rotationssymmetrischen, zu den Leitflächen koaxialen Flüssigkeitsstrahl erzeugen und diesen in GasStrömungsrichtung zwischen die Leitflächen einbringen.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Leitflächen bis zu einem Mindestabstand nähern, welcher maximal ein Fünftel der axialen Länge der Gasleiteinsätze beträgt.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Leitfläche (41) der Gasleiteinsätze (4) hyperboloid-artig geformt ist.

S09823/0B67 ORfGINAL INSPECTED

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Leitfläche (42) der Gasleiteinsätze (4) paraboloid-artig geformt ist.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die FlUssigkeitseintragmittel eine an der Gaseintrittseite der Gasleiteinsätze (4) axial angeordnete Umlenkscheibe (46) sowie ein axiales Zufuhrrohr (44) umfassen, durch welches die Flüssigkeit entgegen der GasStromrichtung auf die Umlenkscheibe geleitet und von dieser dann rotationssymmetrisch in die Gasstromrichtung umgelenkt wird.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Minimalabstand zwischen den beiden Leitflächen maximal 50, vorzugsweise maximal 30 mm beträgt.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasleiteinsätze aus thermoplastischen Spritzgussteilen zusammengesetzt sind.

8. Gasleiteinsatz nach einem der voranstehenden Ansprüche.

9. Verfahren zum Betrieb der Gaswaschanlage gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas in den Gasleiteinsätzen auf Geschwindigkeiten von wenigstens etwa 30 m/sec. beschleunigt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der mit den FUllkörpern versehenen

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Wäschstufe (31) die Gasgeschwindigkeit, bezogen auf den freien Gesamtquerschnitt der Stufe, Über 1,5 m/sec gewählt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch

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gekennzeichnet, dass pro Nm Gas wenigstens 2 Liter Flüssigkeit in die Gasleiteinsätze (4) eingesprüht werden.

12. Gaswaschanlage nach einem der Ansprüche 1-8 zur Reinigung von Abgasen aus der elektrolytischen Aluminiumerzeugung.

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