DE3613151C2

DE3613151C2 -

Info

Publication number: DE3613151C2
Application number: DE19863613151
Authority: DE
Inventors: Wolfram 2161 Hammah De 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: 1989-09-28
Also published as: DE3613151A1

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 sowie ein Verfahren zur Herstellung der Kontaktelemente und ein Verfahren zur Abscheidung der Partikel.

Aus DE-PS 8 46 093 ist ein Verfahren zum Auswaschen von Stäuben aus Gasen bekannt, bei dem kugelige oder ellipsoide Voll-Körper in einem statischen Bett durch Rührarme bewegt werden. Die Verwendung von massiven Füllkörpern führt zu einem größeren Druckverlust und einem zusätzlichen Energiebedarf für die Bewegung im statischen Bett im Vergleich zu den in einem Gasstrom fluidierten leichten Hohlkörpern, wie sie aus DE-AS 10 85 662 bekannt sind.

Das in DE-AS 10 85 662 beschriebene Verfahren zum Herstellen von geschlossenen Hohlkörpern erfolgt in zwei Phasen, wobei zunächst eine Werkstoffschicht aus thermoplastischem Kunststoff zwischen zwei Formteilen aufgeblasen und in einer zweiten Phase die beiden Formteile so aneinander genähert werden, daß die in den Hohlräumen befindlichen Teile des Hohlkörpers unter Ausquetschen der sich darüber hinaus erstreckenden Teile gegeneinandergedrückt und miteinander verschweißt werden. Die dabei entstehenden Hohlkörper sind kugelig und weisen eine gleichmäßige Wandstärke auf. Sie können als Kontaktelemente in einem Gaswäscher eingesetzt werden.

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.

Aus der DE-OS 15 44 161 und US-PS 22 12 932 sind Füllkörper für Stoffaustauschkolonnen bekannt, die aus durchbrochenen Gebilden mit Stegen und Lamellen bestehen. Derartige Füllkörper eignen sich ebensowenig wie die massiven Füllkörper für dynamische Fließbettverfahren, da sie neben der aufwendigeren Herstellungsweise den weiteren Nachteil des größeren Druckverlustes und des zusätzlichen Energiebedarfs für die Bewegung des Füllkörperbettes aufweisen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein effizientes und langlebiges Kontaktelement in Form eines Füllkörpers zum Einsatz in Waschtürmen mit Fließbett bereitzustellen, sowie ein Verfahren zur Herstellung der Kontaktelemente für die Abscheidung von Partikeln und/oder gasförmigen Stoffen aus einem Gasstrom zu entwickeln. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale gelöst.

Das erfindungsgemäße Kontaktelement in Form eines Ellipsoids 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 zeigt
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 der Füllkörper erfolgt mittels Pumpe 15, 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 geeigneten Füllkörpern 6 und einer Tropfenabscheideanlage 14 besteht.

Eine Pumpe 7 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 21 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 16 der 2. Stufe und über ein Überlaufwehr 23 auch 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 die Tropfabscheider 14 und 11.

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

1. Verbesserter Stoffaustausch - damit niedrigere Konzentration an sauren Abgasbestandteilen im Reingas
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 ellipsoiden Hohlkörper mit einer von der Rotationsachse (32) aus zunehmenden Wandstärken unter Ausbildung einer wulst- oder ringförmigen Verdickung am Äquator (31) besteht, wobei die Halbachsen des Ellipsoides in mindestens einer Ebene das Verhältnis von 1 : 1,2 bis 1 : 10 aufweisen.

2. Kontaktelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der 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 die längste bestimmende Halbachse des Hohlkörpers zwischen 20 und 80 mm liegt.

5. Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper eine panzerartige, ringförmige Verdickung in Höhe der langen Halbachse aufweist, welche die Drehbewegung stabilisiert und gleichzeitig als bevorzugter Stoß- und Impulsüberträger wirkt.

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

7. Verfahren zur Herstellung von Kontaktelementen nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß ein plastisch verformbares Material in Form eines Schlauches zwischen zwei Formhälften aufgeblasen wird, die Formhälften mittels Druck zusammengepreßt und das verformbare Material unter Ausbildung einer Wulst zwischen den Formhälften verschweißt wird.

8. Verwendung von Kontaktelementen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, zur Abscheidung von Partikeln und/oder gasförmigen Stoffen wie SO₂, Cl₂, HCl, HF aus einem Gasstrom, dadurch gekennzeichnet, daß die ellipsoiden Kontaktelemente in einem Gasstrom mit einer Anströmgeschwindigkeit (Leerrohrgeschwindigkeit) von 1-2,5 m/sec fluidisiert werden, wobei die Kontaktelemente um die kurze Halbachse rotieren und dabei im ständigen Stoß- und Impulsaustausch untereinander sich selbst reinigen.