DE2902391C2 - Verfahren zum Abscheiden von bestimmten Komponenten aus einem Gasgemisch und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Abscheiden von bestimmten Komponenten aus einem Gasgemisch und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

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Description

kenform an der Mantelwand der Kammer abgeschiedenen Abgases erzielt als nach dem Stand der Technik. So konnte z. B. nicht vorausgesehen werden, daß es nunmehr möglich ist, SO2 und Äthylenoxid aus ihrem Gemisch mit Luft in einer Ausbeute von rückgewonnenem SO2 und Äthylenoxid von ca. 95% abzuscheiden.
Insbesondere dient das erfindungsgemäße Verfahren dazu, die genannten Komponenten aus einem Gasgemisch abzutrennen, in dem die Komponente in höherer Konzentration vorliegt, nämlich die Abtrennung von to Schwefeldioxid aus einem Schwefeldioxid/Luft-Gemisch, wobei dieses Gemisch zur Sterilisation (Schwefelung) von in der Getränkeindustrie eingesetzten Flaschen (Wein oder Bier) verwendet wurde, sowie die Abscheidung von Äthylenoxid aus einem Äthylenoyxid/ Luft-Gemisch, wobei das Äthylenoxid zur Sterilisation von medizinischen Kunststoffgeräten verwendet wurde. Es wird darauf hingewiesen, daß Schwefeldioxid und insbesondere Äthylenoxid hochgiftige Substanzen sind, deren Abscheidung aus dem Gemisch daher mit hoher Effektivität notwendig ist Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zur Abtrennung von organischen Gasen aus Luftgemischen eingesetzt werden, nämlich zur Abscheidung von Kohlenwasserstoffen aus Lackiererei-Abgasen.
Als Kühlmittel wird flüssiger Stickstoff eingesetzt, der in ausreichender Menge als Nebenprodukt bei der Abtrennung von Luft anfällt
Zur Steigerung der Effektivität des Verfahrens bzw. der Vorrichtung ist es möglich, daß das von der be- %j stimmten Komponente zu befreiende Gasgemisch entlang der Innenseite der Außenwand des Abscheidebehälters eingeführt wird, wodurch der Aufwand für eine Behälter-Isolierung reduziert wird und wobei sich das eingeführte Gasgemisch bereits abkühlt. Ein kleinerer Teil der abgeschiedenen Stoffe kann in flüssiger Form zur Beschleunigung der Flockenbildung rückgeführt werden.
Weiterhin ist es möglich, in den Innenraum des Abscheidebehälters ein Adsorptionsmittel einzuführen, wobei die Menge an erforderlichem flüssigen Inertgas wesentlich herabgesetzt wird. Als Adsorptionsmittel kommen insbesondere in Frage Aktivkohle, Graphit, Silicate, wie Bentonit oder Montmorilloni, Ionenaustauscher etc.
Im allgemeinen sollte das vorhandene Gasgemisch eine größere Konzentration an abzutrennender Komponente, vorzugsweise etw a I %, enthalten.
Falls kein gekühltes Adsorptionsmittel in den Abscheidebehäiter eingeführt wird, ist es bei der Abscheidung von SO2 im allgemeinen notwendig, das Gasgemisch auf eine Temperatur von mindestens —75°C durch Einführung von flüssigem Stickstoff herunterzukühlen. Es wird normalerweise angestrebt, das eingeführte Luftgemisch auf eine Temperatur von — tlO bis — 1200C beim Normalverfahren, d.h. ohne Einführung von Adsorptionsmitteln und Einführung eines Wärmeaustauschers, abzukühlen.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bestehend aus einem Abscheidebehälter, der mit einem Einlaß für das den abzuscheidenden Stoff enthaltende Gasgemisch, mit einem zentralen Auslaßrohr für das von den abgeschiedenen Stoffen befreite Gas, mit einer Einlaßleitung und Düsen v.um Einsprühen von flüssigem Stickstoff, mit einer Heizeinrichtung zum Aufschmelzen des abgeschiedenen Stoffes und mit einem Auffangbehälter zur Aufnahme des Aufgeschmolzenen Stoffes versehen ist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Abscheidebehälter einen Gleichrichter 4 zur Erzielung eines gleichmäßig absinkenden Gasstromes und einen Rotor 6 zur Erzeugung einer Rotationsströmung aufweist, daß die Behälterwand 5 und der Auffangbehälter thermisch isoliert sind, und daß das Auslaßrohr 7 mit einem Sauggebläse 11 verbunden ist
An der isolierten Wand 5 des Abscheidebehälters ist eine Führung 13 ausgebildet, durch die das Gasgemisch entlang der Wand 5 eingeführt wird. Ferner ist eine Wärmeaustauscherschlange 17 vorgesehen, durch die innen kaltes Abgas strömt
Die isolierte Wand 5 des Abscheidebehälters kann auch mit einem zusätzlichen Innenschild 21 versehen sein, um so die Kälteverluste durch die Behälterwand zu reduzieren. Außerdem werden hierdurch Schnee-Ablagerungen, die durch leichtes Anschmelzen der Flocken bedingt sind, vermieden.
Wie bereits ausgeführt ist das Ve-ynren insgesamt wesentlich effektiver und apparativ nicht ;-o aufwendig wie die Verfahren nach dem Stand der Technik. Insbesondere hat man zur Abscheidung von unerwünschten Gasen, wie SO2 aus Luft die Gase über einem Gaswäscher abgeschieden und über Ozon nachoxidiert Demgegenüber kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die abzuscheidende Komponente zu 95% aus einem Gasgemisch abgetrennt und wiedergewonnen werden.
Die Erfindung in ihrer Ursprungsforvn soll nun anhsnd der folgenden Zeichnungen, wobei als Beispiel die Abtrennung von SO2 aus einem SOz/Luft-Gemisch mittels flüssigem Stickstoff gewählt wurde, näher erläutert werden.
F i g. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung der gesamten Abscheideeinrichtung. Die mit SO2 vermischte Luft tritt oben bei 1 in das Gerät ein, passiert den Gleichrichter 4, um einen gleichmäßig absinkenden Luftstrom zu erzielen und wird dann mit fein zerstäubtem flüssigen Stickstoff vermischt, der über die Düsen 3 in den Behälter eingeführt wird. Die starke Temperatursenkung bewirkt daß sich SO2-Schneeflocken bilden und mit dem Luftstrom absinken. Dieser wird zunehmend durch den Rotor 6, der über einenElektromotor 12 angetrieben wird, in Drehung versetzt so daß d'e schwereren SO2-Schneeflocken durch die Zentrifugalkraft zu der isolierten Behälterwand 5 fliegen und dort als rotierender Mantelstrom in den isolierten Auffangbehälter 10 gelangen. In der gezeigten Ausführungsform wird der SO2-Schnee über einem Trichter aufgefangen, dessen Wände elektrisch mittels der von einer Isolierung 9 umgebenen Heizwicklungen 8 beheizt sind, um den Schnee in Flüssigkeit überzuführen.
Der Auffangbehälter 10 kann gegen einen leeren ausgetauscht werden, wenn die Trichterheizung vorübergehend abgeschaltet wird, bzw. die Flüssigkeit kann mittels Pumpe abgezogen werden.
Die im Abscheidebehälter befindliche rotierende Luft strömt zum zentra'in Absaugrohr 7, das die Rotorwelle umgibt und wird dort durch den Rotor 6 in ihrer Rotation weiter verstärkt, bevor sie in die Nabe des Absaugrohres 7 einströmt und wird dann über da? Sauggebläse 11 abgesaugt. So wird eine nochmalige Feinabscheidung von SO2-Schnee erreicht.
Fig.2 zeigt eine verfeinerte Ausführungsform mit höherer Effektivität der »Stiekstoffkälte«.
Die mit SO2 beladene Zuluft wird über den Einlaß 1 an der isolierten Behälteraußenwand 5 entlang über die Führung 13 geführt und kühlt sich dabei nur geringfügig ab. Dadurch wird der Wärrrieeinfall durch die Behälter-
isolierung erheblich reduziert bzw. die Isolierung weniger aufwendig.
An der Behälterinnenwand 14 wird durch diese Luftführung der SOj-Schnee geschmolzen und diese »Kälte« an die Zuluft übertragen.
Die unter dem Behälterdeckel 15 durch radiale Öffnungen 16 einströmende Zuluft wird über eine Wärmeaustauscherschlange 17 (innen kalte Abluft) weiter abg/rJcühlt, durchströmt den Gleichrichter 4 und wird mit flüssigem Stickstoff besprüht. Auf diese Weise wird weniger flüssiger Stickstoff benötigt.
SO2-Schnee bildet sich und wird — wie vorher beschrieben — an die Behälterinnenwand 14 geschleudert. Dort schmilzt er und rutscht als »Schneematsch« an der wärmeren Wand 14 herunter bis in den Auffangbehälter 10. Durch Luftgeschwindigkeit und Luftführung im Mantelraum 13 kann dieser »Schneematsch-Prozeß« optimal gesteuert werden.
Der Auffangbehälter 10 ist z. B. mit dem oberen Abscheidebehälter über eine Johnson-Kupplung 18. durch die die Auswechslung möglich ist, verbunden, wobei die Absperrung bzw. die öffnung des Auffanggefäßes durch die Handventile 19 und 20 bewirk werden kann.
Die kalte SO2-Flüssigkeit kann so durch Behälterwechsel oder aber über eine Bodenpumpe wieder in den Prozeß zurückgeführt werden, bei dem das SO2, wie z. B. bei der Flaschenreinigung, zur Sterilisation benötigt wird.
Die Abluft wird wie vorangehend beschrieben, durch den Rotor 6 in weitere Rotation versetzt und über das zentrale Absaugrohr 7 mittels des Sauggebläses 11 entfernt Die Abluft hat in diesem Fall ihre »Kälte« an die Zuluft abgegeben und verläßt die Anlage mit nur geringem »Kälteverlust«.
Fig.3 zeigt einen Abscheidebehälter mit zusätzlichem innenscniid 2i. Dieser reduziert einerseits die »Kälteverluste« durch die Behälterwand 5, da im Spaltraum keine Turbulenz besteht Andererseits nimmt dieser Innenschild 21 eine relativ tiefe Temperatur an und vermeidet so Schneeablagerungen, die durch leichtes Anschmelzen bedingt sind.
Aus dem Auffangbehälter 10 kann das gewonnene flüssige SO2 mittels einer Pumpe zu dem gewünschten Verfahrensprozeß oder in ein Vorratsgefäß geführt werden.
Der Rotor 6 im Abscheidebehälter kann verschieden ausgestaltet sein.
So kann der Rotor auf langer fliegender Welle mit einfachen radialen Schaufeln (»Quirl«) angebracht sein. Der Rotor kann auch mit nach oben verlängerten Schaufeln ausgestattet sein, um das Einsaugen von Luft durch den Spalt zu verhindern. Außer diesen verlängerten Schaufeln kann der Rotor ein konisches Gehäuse besitzen. Diese konische Formgebung soll den Abfluß von Festteilchen begünstigen, die innerhalb des Konus noch abgeschieden werden. Der Rotor kann neben den »Quirlschaufeln« über eine ausgeprägte Pumpenbeschaufelung verfugen. Diese Pumpenstufen saugen die Randströmung ab und bewirken eine intensive Nachabscheidung der in die Nabenmündung des zentralen Absaugrohres 7 eingeströmten Abluft
Im folgenden soll ein spezielles Zahlenbeispiel gegeben werden, um die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zu erläutern.
Rohgasmenge (SO2 + Luf) 50 mJ
davon SO2 1.8 m>
zugeführte Menge Stickstoff
(LN2) ca. 30 kg
5 rückgewonnene Menge SO2 ca. 95%
Temperatur im Abscheider 165 K
(-1080C)
Falls erforderlich, können auch mehrere Abscheide-10 vorrichtungen nach der Erfindung hintereinander geschaltet werden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

ι .'■■■. '."■ ,;■ .;. 2 .. . ■■,■·.. nente auf naß-chemischem Wege, d. h. chemische UmPatentansprüche: Setzung im flüssigen Zustand, abgeschieden wurde. Weiterhinwar es bekannt, die abzuscheidenden Komponen-
1. Verfahren zum Abscheiden von SO2 aus gasfor- ten auf gekühlten Flächen, z.B. Wärmeaustauschern, migen SCVLuft-Gemischen oder von Äthylenoxid 5 abkühlen zu lassen, wodurch sie sich in flüssigem oder in aus Äthylenoxid/Luft-Gemischen oder von Kohlen- festem Zustand abschieden. Von diesen gekühlten Fläwasserstoffen aus Lackiererei-Abgasen in fester chen mußte die Abscheidung dann diskontinuierlich Form durch Abkühlen, dadurch ge kenn- durch Abschaben oder Abtauen entfernt werden; Nachzeichnet, daß das Gasgemisch von oben her in teilig sind hierbei insbesondere die mit zunehmender einen Behälter eingeführt, ein gleichmäßig absinken- 10 Schicht abnehmende Wirksamkeit der Abscheidung und der Gasstrom erzeugt und dieser mit fein zerstäub- die Unterbrechung zur Entfernung der abgeschiedenen tem flüssigen Stickstoff vermischt wird, wobei die Komponente sowie die damit verbundenen Verluste an durch die starke Temperatursenkung gebildeten, aus 'Kälteenergie. Im übrigen waren auch alle bekannten den abgeschiedenen Stoffen bestehenden Flocken Verfahren apparativ aufwendig und daher kostspielig,
mit dem Gasstrom absinken, der zunehmend in eine 15 Die vorliegende Erfindung betrifft im Gegensatz zu Rotationsströmung überführt wird, so daß die bekannten Verfahren die Abtrennung einer Komponenschweren Flocken zur Behälterwand fliegen und als te aus einem Gasgemisch und nicht aus einer Mischung rotierender Mantelstrom aufgefangen werden, wäh- eines Dampfes mit Gasen oder Dämpfen, und zwar ein rend das Gae ^jnter Verstärkung seiner Rotation ab- Verfahren zum Abscheiden von SO2 aus gasförmigen gesaugt wird, wobei eine Feinabscheidung von Flok- 20 SCVLuft-Gemischen oder von Äthylenoxid aus Äthyken erfolgt, und daß die aufgefangenen Flocken lenoxid/Luft-Gemischen oder von Kohlenwasserstoffen schließlich aufgeschmolzen werden. aus Lackiererei-Abgasen. Hierbei handelt es sich um
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Komponenten, die unter normalen Bedingungen gasförzeichnet daß das Gasgemisch entlang der Behälter- mig sind, also um Gase und nicht um Dämpfe wie bei wand in den Behälter eingeführt wird. 25 den bekannten Verfahren. Die dort im wssenlichen ab-
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge- zuscheidenden Substanzen, insbesondere Phthalsäurekennzeichnet, daß ein kleiner Teil der abgeschiede- anhydrid und Maleinsäure sowie Cyanurchlorid, sind nen Stoffe in flüssiger Form zur Beschleunigung der unter Normalbedingungen feste Substanzen, d. h. also. Flockenbildung rückgeführt wird. daß es sich hier um die Abscheidung von Festsubstan-
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch 30 zen aus Dämpfen bei höherer Temperatur handelt
gekennzeichnet, daß in-ien Be*-liter zur Herabset- Die vorliegende Erfindung hat nun zur Aufgabe, ein zung der erforderlichen Menge an flüssigem Stick- Abscheidungsverfahren und die dazugehörige Vorrichstoff Adsorptionsmitel eingebrad '. werden. tung zu schaffen, bei denen aufwendige Apparaturen
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und insbesondere Wärmeaustauschvorrichtungen vernach Anspruch 1, bestehend aus einem Abscheide- 35 mieden werden und wobei direkt die abzuscheidende behälter, der mit einem Einlaß für das den abzuschei- Komponente in fester Form abgeschieden wird,
denden Stoff enthaltende Gasgemisch, mit einem Die vorliegende Erfindung betrifft daher ein Verfahzentralen Auslaßrohr für das von den abgeschiede- ren zum Abscheiden von SO2 aus gasförmigen nen Stoffen befreite Gas, mit einer Einlaßleitung und SOj/Luft-Gemischen oder von Äthylenoxid aus Äthy-Düsen zum Einsprühen von flüssigem Stickstoff, mit 40 lenoxid/Luft-Gemischen oder von Kohlenwasserstoffen einer Heizeinrichtung zum Aufschmelzen des abge- aus Lackiererei-Abgasen in fester Form durch Abkühschiedenen Stoffes und mit einem Auffangbehälter len, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Gasgezur Aufnahme des aufgeschmolzenen Stoffes verse- misch von oben her in einen Behälter eingeführt, ein hen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abscheide- gleichmäßig absinkender Gasstrom erzeugt und dieser behälter einen Gleichrichter (4) zur Erzielung eines 45 mit fein zerstäubtem flüssigen Stickstoff vermischt wird, gleichmäßig absinkenden Gasstromes und einen Ro- wobei die durch die starke Temperatursenkung gebildeter (6) zur Erzeugung einer Rotationsströmung auf- ten, aus den abgeschiedenen Stoffen bestehenden Flokweist, daß die Behälterwand (5) und der Auffangbe- ken mit dem Gasstrom absinken, der zunehmend in eine hälter thermisch isoliert sind, und daß das Auslaß- Rotationsströmung überführt wird, so daß die schweren rohr (7) mit einem Sauggebläse (11) verbunden ist. 50 Flocken zur Behälterwand fliegen und als rotierender
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn- Mantelstrom aufgefangen werden, während das Gas unzeichnet, daß an der isolierten Wand (5) des Abschei- ter Verstärkung seiner Rotation abgesaugt wird, wobei debehälters eine Führung (13) ausgebildet ist, durch eine Feinabscheidung von Flocken erfolgt, und daß die dit das Gasgemisch entlang der Wand (5) eingeführt aufgefangenen Rocken schließlich aufgeschmolzen wird, und daß eine Wärmeaustauscherschlange (17) 55 werden.
vorgesehen ist, durch die innen kaltes Abgas strömt. Aus der DE-OS 23 16 570 ist es grundsätzlich be-
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn- kannt, Abgase zu entfernen und zu gewinnen, indem sie zeichnet, daß die isolierte Behälterwand (5) mit ei- tangential in eine Kammer eingeführt werden, in die nem zusätzlichen Innenschild (21) zur Vermeidung gleichzeitig flüssige Inertgase tangential eingedöst wervon Kälteverlusten und Vermeidung von Ablage- 60 den. Hierbei wird unter Verdampfung des Inertgases rungen aus angeschmolzenen Flocken versehen ist. das zu entfernende Abgas in fester Form abgeschieden.
Gegenüber diesem Verfahren wird bei dem Verfahren
nach der Erfindung zuerst ein gleichmäßig absinkender
Gasstrom aus Abgas, vermischt mit verflüssigtem Stick-65 stoff, hergestellt und dieser absinkende Gasstrom zu-
Bisher erfolgte im allgemeinen die Abscheidung von nehmend in Rotationsströmung überführt, die beim Abbestimmten unerwünschten Bestandteilen aus einem saugen des Gases sich wesentlich verstärkt. Hierdurch Gaseemisch dadurch, daß die abzuscheidende Komoo- wird eine wesentlich schärfere Abtrennung des in Flok-
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