DE3613151A1

DE3613151A1 - Kontaktelement fuer die abscheidung von partikeln und/oder gasfoermigen stoffen aus einem gasstrom

Info

Publication number: DE3613151A1
Application number: DE19863613151
Authority: DE
Inventors: Wolfram Ruff
Original assignee: Vereinigte Aluminium Werke AG
Current assignee: Vaw Aluminium Ag 5300 Bonn und 1000 Berlin De Eu
Priority date: 1986-04-18
Filing date: 1986-04-18
Publication date: 1987-10-22
Also published as: DE3613151C2

Description

Die Erfindung betrifft Kontaktelemente für die Abscheidung von Partikeln und/oder gasförmigen Stoffen wie SO₂, Cl₂, HCL, HF aus einem Gasstrom, insbesondere von staubförmigen Partikeln und sauren Gasen aus Abgasen einer Schmelzflußelektrolysezelle.

Aus der DE-AS 24 47 942 ist ein Kontaktelement aus einem Kunststoff für die Verwendung in einem Wäscher mit bewegtem Bett bekannt. Die Form dieses Kontaktelementes ist kugelig, wobei sowohl hohle Polypropylenkugeln als auch Vollkugeln aus geschlossenzelligem Schaumstoff verwendet wurden.

Um mit derartigen Kontaktelementen in einem Gasstrom die Stoff- und/oder Partikelabscheidung zu ermöglichen, werden diese in großer Zahl in Türmen mit bewegtem Bett eingesetzt, wobei die Kontaktelemente in Form von Kugeln meistens in mehreren Einzelkästen angeordnet sind. Die Zahl der einzelnen Kugeln wird durch die folgenden Randbedingungen bestimmt:

1. Zulässiger Druckverlust
2. Größe und Gewicht der Kugel
3. Erforderliche wirksame Phasengrenzfläche
4. Erforderlicher Lückengrad für die Fluidisierung der
Kontaktkörper

Trotz der relativ gut bekannten Verhältnisse in Wasch- Türmen mit bewegtem Bett kommt es immer wieder zu Betriebsstörungen durch Kugelhaufenverdichtung in einer Hälfte des Einzelkastens, während gleichzeitig die andere Hälfte frei von Kugeln ist. Weiterhin kommt es zu Pulsationen mit stoßweise wechselnder Gasverteilung wegen fortlaufender Umverteilung der Gasbelastung und der Kugelhaufen. Die Folge davon sind verminderte Absorptions- und Staubabscheideleistung sowie ein beschleunigter Verschleiß der kugelförmigen Kontaktelemente, insbesondere im Bereich der fertigungstechnisch geschwächten Polkappen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die beschriebenen Nachteile zu vermeiden und ein effizienteres und langlebigeres Kontaktelement für die Stoff- und/oder Partikelabscheidung in einem Gasstrom zu schaffen. Erfindungsgemäß wird dies bei einem Kontaktelement durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale erreicht.

Dieses Ellipsoid wird vom aufsteigenden Gasstrom schon bei niedrigen Anströmgeschwindigkeiten von 1 m/s fluidisiert, wobei die einzelnen Ellipsoide gerichtete Querbewegungen innerhalb des Einzelbettes ausführen und gleichzeitig um die kurze Halbachse rotieren. Bis zu einer Anströmgeschwindigkeit von 2,5 m/s ist die Bewegung so gerichtet, daß keine Kontaktkörper aus dem Bett herausgeblasen werden. Auf eine obere Begrenzung kann deshalb verzichtet werden. Die Verwendung von Hohlkörper-Ellipsoiden ist in Gaswäschern besonders vorteilhaft, weil der Flüssigkeitsfilm auf der Ellipsoid-Oberfläche durch die beschleunigte Drehbewegung häufig abreißt und durch Neubildung der Stoffaustausch aktiviert wird.

Die Eigenrotation erzeugt eine hohe Umfanggeschwindigkeit in der Ebene der langen Halbachse. Das führt zu einer gerichteten Strömung der Waschflüssigkeit auf der Kontaktkörperoberfläche mit intensiver Zerstäubung vom Rande auf benachbarte Kontaktelemente.

Insgesamt wird dadurch permanent eine große Phasengrenzfläche für den Stoffaustausch angeboten und damit die Absorptionsleistung sowie die Partikelabscheidung verbessert.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 = Erfindungsgemäßes Ellipsoid
Fig. 2 = Erfindungsgemäße Gaswaschanlage
Fig. 3 = Querschnitt durch verschiedene Hohlkörper

Das erfindungsgemäße Ellipsoid 30 besteht aus einem Hohlkörper mit variabler Wandstärke. Diese nimmt von der Rotationsachse 32 bis zum Äquator 31 kontinuierlich zu, so daß eine Art Wulst entsteht. Um die Wirkungen verschiedener Grundformen von Hohlkörpern festzustellen, wird nachfolgend ein Vergleichsversuch beschrieben.

In einem zweistufigen Fließbettwäscher (Fig. 2) mit je 2 Fließbetten pro Stufe und einer Bestückung mit je 300 000 Hohlkugeln (⌀ 38 mm, Wanddicke 1,5 mm) wird ein staubhaltiges und HF-haltiges Abgas bei einer Berieselungsdichte von insgesamt 4,1 l/Nm³ gereinigt. Parallel zu dem erstgenannten Fließbettwäscher wurde ein zweiter Wäscher mit gleichem Abgas und gleicher Berieselungsdichte beaufschlagt. Dieser Wäscher enthielt insgesamt 40 000 Kontaktelemente in Form von Ellipsoiden gemäß Anspruch 8 in der 1. Stufe. Aufgrund mehrerer Versuchsjahre konnte festgestellt werden, daß die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Kontaktelemente mindestens doppelt so lang ist wie bei den Hohlkugeln. Die durchschnittliche Reingaskonzentration an Staub und HF zeigt die nachfolgende Tabelle:

Innerhalb der Versuchsserie mußte bei dem Wäscher mit Hohlkugelfüllung eine monatliche Überprüfung auf eventuelle Verschlammung vorgenommen werden. Bei den erfindungsgemäßen Ellipsoiden konnte eine Selbstreinigung der Füllkörper wegen der besonderen Flugeigenschaften festgestellt werden. Daher waren die Wartungs- und Reinigungskosten bei der erfindungsgemäß bestückten Anlage um ca. 30% geringer.

Die geringere Anzahl der Kontaktelemente pro Füllkörperbett führte bei der erfindungsgemäßen Anlage dazu, daß der Druckverlust bei der Gasreinigung erheblich vermindert werden konnte. Dies ermöglicht einen um 10% verringerten Energieverbrauch der Anlage. Aufbau und Wirkungsweise des zweistufigen Fließbettwäscher läßt sich wie folgt beschreiben:

Der Wäscher besteht aus einem rechteckigen Schacht 1, der über einen Konus 2 in den zylindrischen Kamin 3 mündet. Alle flüssigkeitsberührten Teile bestehen aus glasfaserverstärktem Kunststoff in geeigneter Dimensionierung. In der unteren Hälfte des Schachtes ist die erste Waschstufe 4 untergebracht, bestehend aus zwei übereinander angeordneten Betten 5, die sich aus je 30 Einzelelementen (Füllkörperkasten) aufbauen. In diesen Betten befindet sich eine Schüttung aus geeigneten Füllkörpern 6, die nicht als statische Schüttung genutzt werden sondern im aufsteigenden Gasstrom dynamisch bewegt (fluidisiert) werden. Die Berieselung des Füllkörpers erfolgt mittels Pumpe 7, die aus dem Vorlagebecken der 1. Stufe 8 die Waschflüssigkeit ansaugt und dann über ein PE-Rohr 9 und 15 Drallkörperdrüsen 10 auf das gesamte Bett verteilt. Im darüberliegenden Lamellentropfenabscheider 11 werden die im Gasstrom mitgerissenen Tröpfchen abgeschieden. Nach Passieren der beiden Füllkörperlagen 5 fließt das Waschwasser in das Vorlagebecken der 1. Stufe 8 zurück.

In der oberen Hälfte des Schachtes ist die zweite Waschstufe 12 untergebracht, die ebenfalls aus zwei Füllkörperlagen 13 mit geeignetem Füllkörper 6 und einer Tropfenabscheideanlage 14 besteht.

Eine Pumpe 15 saugt das qualitativ viel sauberere Waschwasser aus dem Vorlagebecken 16 der 2. Stufe und verdüst es ebenfalls über 15 Düsen 17 auf das Bett.

Das ablaufende Waschwasser wird in Auffangschalen 18 gesammelt und daraus wieder dem Vorlagebecken der 2. Stufe über ein PE-Fallrohr 19 zugeführt.

Das vom Ventilator 20 kommende Rohgas wird horizontal in den Wäscher eingeblasen und dann mittels Umlenkschaufeln umgelenkt und gleichmäßig auf den gesamten Wäscherquerschnitt verteilt.

Die heißen Rohgase werden bei diesem Waschprozeß gekühlt unter Bildung von Wasserdampf. Die Verdampfungsverluste werden ausgeglichen durch Zugabe von Frischwasser 22 in das Vorlagebecken der 2. Stufe 16 und über ein Überlaufwehr 23 auf in die 1. Stufe 8.

Der Austrag der abgeschiedenen Rohgasbestandteile erfolgt aus dem Waschflüssigkeitskreislauf der 1. Stufe durch programmgesteuertes Öffnen eines Ventils 24.

Die Tropfenabscheider der 1. und 2. Stufe werden in bestimmten Zeitabständen über festinstallierte Düsen 25 mit Wasser besprüht, um die Ablagerungen auf den Lamellen zu entfernen.

Das in diesem zweistufigen Waschprozeß gereinigte Abgas verläßt den Wäscher mit einer Geschwindigkeit von ca. 19 m/s über den Kamin 3 in einer Höhe von ca. 40 m.

Mit 26 ist die Rückgewinnung der Abgasinhaltstoffe bezeichnet; mit 27 die Frischwasserspülung für den Tropfabscheider 14.

Zusammenfassend kann man sagen, daß ein Fließbettwäscher mit den erfindungsgemäßen Kontaktkörpern folgende Verbesserungen aufweist:

1. Verbesserter Stoffaustausch - niedrigere Reingaskonzentration der sauren Abgasbestandteile.
2. Verbesserte Staubabscheideleistung - damit niedrigerer Staubgehalt im Reingas.
3. Geringerer Druckverlust der Fließbetten - damit geringerer Energieverbrauch.
4. Längere Lebensdauer der Kontaktelemente.
5. Störungsfreier Wäschebetrieb wegen geringer Verschlammungsneigung und permanenter Selbstreinigung der Ellipsoide.

In Fig. 3 sind Originalabdrücke (Schnittbilder) von senkrecht zum Äquator geschnittenen Hohlkörpern aus Polypropylen dargestellt. Man erkennt daraus die unterschiedlichen Abmessungen, die sich auf Drehbewegung und Impulsaustausch auswirken.

Claims

1. Kontaktelement für die Abscheidung von Partikeln und/ oder gasförmigen Stoffen wie SO₂, Cl₂, HCL, HF aus einem Gasstrom, insbesondere von staubförmigen Partikeln und sauren Gasen aus Abgasen einer Schmelzflußelektrolysezelle, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement aus einem Ellipsoid besteht, wobei die Halbachsen des Ellipsoiden in mindestens einer Ebene das Verhältnis von 1 : 1,2 bis 1 : 10 aufweisen.

2. Kontaktelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement als Hohlkörper aus Kunststoff geformt ist.

3. Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper aus einem thermoplastischen Kunststoff mit einer Wandstärke von 0,5-3 mm gefertigt ist.

4. Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ellipsoid in Höhe der langen Halbachse eine ringförmige Verdickung aufweist.

5. Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ellipsoid mit folgender Abmessung verwendet wird: Die längste bestimmende Halbachse liegt zwischen 20 und 80 mm.

6. Verfahren zur Herstellung von Kontaktelementen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein plastisch verformbares Material in Form eines Schlauches zwischen zwei Formhälften aufgeblasen wird und die Formhälften mittels Druck zusammengepreßt und das verformbare Material in der endgültigen Form verschweißt wird.

7. Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine panzerartige, ringförmige Verdickung die Drehbewegung stabilisiert und gleichzeitig als bevorzugter Stoß- und Impulsüberträger fungiert.

8. Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ellipsoid aus Polypropylen mit Wandstärke von 1,5 mm und einer längsten Halbachse von 50 mm besteht.

9. Verfahren zur Abscheidung von Partikeln und/oder gasförmigen Stoffen wie SO₂, Cl₂, HCL, HF aus einem Gasstrom, dadurch gekennzeichnet, daß ellipsoide Kontaktelemente in einem Gasstrom mit einer Anströmgeschwindigkeit (Leerrohrgeschwindigkeit) von 1-2,5 m/sec fluidisiert werden und um die kurze Halbachse rotieren.