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Verfahren zur Feinreinigung von Gasen
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feinreinigung von Gasen mit
in Wasser löslichen gas-, dampf-oder aerosolförmigen Schadstoffen in einer Kolonne.
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Bei verschiedenen industriellen Prozessen ist die Feinreinigung von
Gasen erforderlich, wobei unerwünschte Bestandteile in Konzentrationen unter 10
2 g/m3 Gas abgeschieden werden müssen.
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Hierbei handelt es sich um in Wasser lösliche gas-, dampf- oder aerosolförmige
Stoffe, die beispielsweise giftig, korrosiv, ubeiriechend oder radioaktiv sein,
oder zu unerwünschten Nebenreaktionen oder zu Katalysatorenvergiftungen führen können.
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Üblicherweise werden solche Gase gereinigt, indem sie durch geeignete
Wäscher, über Absorptionsmittel oder Filter geleitet werden. So sind z.B. Füllkörper-
und Bodenkolonnen, Sprühturm--tRotations-, Strahl- und Venturiwäscher bekannt.
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Mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand ist es jedoch mit Hilfe dieser
Verfahren und Vorrichtungen nicht möglich, bei niedrigen Eingangskonzentrationen
die oftmals geforderten Abscheidegrade von 99,9 % und mehr zu erreichen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Feinreinigung von Gasen mit in Wasser löslichen gas-, dampf- oder aerosolförmigen
Schadstoffen in einer Kolonne zu finden, bei dem auch Gase mit niedrigen Schadstoffgehalten
so gereinigt werden können, daß die Restkonzentration an Schadstoffen im Bereich
von 10 5 g/m3 Gas und niedriger liegt;bei möglichst niedrigen Kosten.
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Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zu reinigenden
Gase mit Wasserdampf gesättigt und anschließend soweit abgekühlt werden, bis der
zugesetzte Wasserdampf ganz oder teilweise kondensiert. Hierbei werden die Verunreinigungen
nahezu quantitativ im Kondensat abgeschieden und können mit dem Kondensat entfernt
werden.
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Um den Abscheidegrad noch weiter zu verbessern, ist es vorteilhaft,
nach Wiederaufheizen des Gases den Reinigungsvorgang bis zum Erreichen der erwunschten
Restkonzentration an Verunreinigungen zu wiederholen.
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Auch ist es möglich, bereits vor der erstmaligen Wasserdampfzugabe
das zu reinigende Gas auf höhere Temperaturen zu bringen, so daß praktisch beliebige
Gas-Dampf-V,erhältnisse eingestellt werden können.
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Bei heißen Gasen wird zweckmäßigerweise Wasser in den Gasstrom eingedüst
und verdampft, wodurch einerseits der Dampfbedarf entfällt und andererseits die
Kühlwassermenge bei der nachfolgenden Abkühlung zur Kondensation des Dampfes verringert
wird. Das Wasser zum Eindüsen kann vorteilhafterweise ganz oder teilweise durch
Kondensat ersetzt werden, so daß nur geringe Mengen Sekundärabfall zu behandeln
sind.
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Höchste Wirkungsgrade werden erreicht, wenn das mit Wasserdampf gesättigte
Gas in einer Destillierkolonne rektifiziert wird, wobei dann vor der Kondensation
das zu reinigende, mit Wasserdampf angereicherte Gas im Gegenstrom bei höheren Temperaturen
mit Kondensat gewaschen wird. Bei entsprechend langen Kolonnen und genügend großer
Berieselungsdicht mit Kondensat können nahezu beliebig hohe Wirkungsgrade erzielt
werden.
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Neben Wasserdampf können auch sonstige verdampf und kondensierbare
Flüssigkeiten, wie z.P organische Lösungsmittel, zur
Feinreinigung
von Gasen eingeserzt-werden,-wena entsprechende, in diesen Flüssigkeiten lösbare
Verunreinigungen im zu reinigenden Gas enthalten sind.
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Um Kondensatreste, die hinter dem Kühler als Aerosole vorliegen können,
quantitativ abzuscheiden, wird vorzugsweise eine mit dem Kondensat berieselte, im
Gleichstrom betriebene Füllkörpersäule nachgeschaltet. Die Abscheidung dieser Aerosole
ist Jedoch auch mit herkömmlichen Abscheidern, wie Lamellenabscheider, Demister,
Drucksprungabscheider und Tiefbettfaserfilter möglich.
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Die Sättigung der zu reinigenden Gase mit Dampf kann durch Eindüsen
erfolgen. Es ist aber auch möglich, und, insbesondere wenn Kondensat verwendet wird,
überaus einfach, hierfür eine berieselte, im Gleichstrom betriebene Füllkörpersäule
einzusetzen, die einen beheizten Sumpf besitzt, damit eventuell durch Verdampfen
Dampf ergänzt werden kann. Auch ist es möglich, die Temperatur des in den Verdampfer
der Kolonne eintretenden Gases zu regeln, um den Dampfgehalt zu beeinflussen.
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Vorteilhaft ist es auch, Laugen, Säuren oder andere zur Umsetzung
befähigte Stoffe in die Kolonne zuzugeben, um Schadstoffe zu binden oder umzusetzen.
Solche Zusätze sind z. B.
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Ammoniak, Natronlauge, Kalilauge oder Kalkmilch zur Bindung saurer
Verunreinigungen, wie HC1, Halogene, H2F2, S02 oder NOx, oder z. B. Salzsäure, Schwefelsäure
oder Phosphorsäure zur Bindung basischer Bestandteile, wie NH3, Amine oder Pyridin,
oder z. B. Oxidationsmittel, wie Chlor, Ozon, Kaliumpermanganat oder Bichromat,
zur Oxidation organischer Verbindungen und Schwefelverbindungen, oder Reduktionsmittel,
wie z. B. Natriumsulfit, zur Reduktion oxidierender Gasverunreinigungen. Die mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß höchste Abscheidegrade erzielt werden können, wobei der Aufwand wirtschaftlich
vertretbar bleibt,
die eingesetzten Apparate technisch erprobt sind
und für ihre Auslegung ausreichende Kenntnisse vorhanden sind.
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Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren auch eingesetzt
werden zur Reinigung von Gasen, die große Schadstoffmengen enthalten. Folgende Beispiele
sollen das erfindungsgemäße Verfahren näher kennzeichnen: Beispiel 1 750C heiße
Brüden aus einem Trockner, die Staub und Geruchsstoffe enthalten, werden von unten
nach oben durch eine Füllkörperkolonne geleitet. Diese Kolonne besitzt zwei Füllkörperschichten.
Die untere Schicht wird mit Wasser berieselt. Hierbei wird ein Teil des Staubes
und der Aerosole ausgewaschen und das Gas mit Wasserdampf gesättigt. Die obere Füllkörperschicht
dient der Feinreinigung. Sie wird beaufschlagt mit Kondensat, das in einem Rückflußkühler
niedergeschlagen wird. Das gereinigte, in einem Kondensator getrocknete Gas strömt
über den Kopf der Kolonne ab. Es ist staubfrei und praktisch geruchlos.
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Beispiel 2 Ein etwa 120po heißes Abgas aus einer Verbrennungsanlage,
das Spuren von Salzsäure, Flußsäure und anderen Schadstoffen enthält, wird in eine
Kolonne eingeleitet und mit Wasserdampf gesättigt, indem es im Gleichstrom über
eine mit Kondensat berieselte Füllkörperstrecke strömt. Die im Sumpf der Kolonne
anfallende Flüssigkeit wird wieder am Kopf der Kolonne aufgegeben. Außerdem wird
verdünnte Natronlauge zur Bindung der Schadstoffe zugegeben.
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Das mit Dampf gesättigte Gas wird in eine Waschkolonne eingeleitet,
wo es im Gegenstrom mit Kondensat aus einem Kondensator gewaschen wird. Dieses Kondensat
rieselt zuvor im Gleichstrom über eine weitere Füllkörperkolonne, in der die im
Kondensator entstehenden Aerosole abge-
schieden werden, bevor das
Abgas aus der Anlage austritt.
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Die so behandelten Abgase sind praktisch frei von Schadstoffen.
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Beispiel 3 170 kg/h Abluft aus verschiedenen Behältern mit radioaktiven
Lösungen sind kontaminiert und müssen gereinigt werden. Die Abluft ist 280C warm
und enthält 3,74 kg/h Wasserdampf und 2,42 kg/h Wassertröpfchen.
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Die Aerosolmenge führt mit an - Aktivität 5 x 1013 Bq - - Uran 4 g
- Plutonium 6o mg Die Reinigung erfolgt in einer Apparatur gemäß der Abbildung.
Das Abgas wird von unten über eine Leitung (9) in eine Kolonne (1) eingeleitet und
im Gegenstrom mit Kondensat aus einem Kondensator (2) gewaschen. Dieses Kondensat
entsteht aus Dampf, der durch Verdampfung von Wasser im beheizbaren Kolonnensumpf
(3) erhalten wird.
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Das Wasser wird über eine Leitung (4) zugegeben und als beladene Waschlösung
über eine Leitung (5) kontinuierlich oder diskontinuierlich abgezogen, sobald eine
bestimmte Schadstoffkonzentration erreicht ist. Das gereinigte Gas verläßt über
eine Leitung (10) die Kolonne (1).
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Die Beheizung des Sumpfes erfolgt mit Dampf, der über eine Leitung
(6) in den Heizmantel (8) eintritt und als Kondensat über einen Kondensatabscheider
(7) abläuft.
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Die Kolonne wird vom Abluft/Dampfgemisch mit einer Geschwindigkeit
von 1,0 m/s durchströmt, wobei eine Berieselungsdichte von 1 m³/m² h für das Kondensat
gewählt wurde.
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Bei einer Kolonnenlänge von 4 Metern wurde auf diese Weise ein Dekontaminationsfaktor
von über 106 erreicht, das heißt, die Restaktivität lag unter 5 x 107 Bq und die
stündlichen Restmengen an Uran und Plutonium bei unter 4 x 10-6 bzw. 6 x10- 8 g.
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