DE3727294A1 - Stoffaustauschsaeule fuer die behandlung von gasen und fluessigkeiten im gegenstrom - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stoffaustauschsäule für die Behandlung von Gasen, insbesondere Abgasen, und Flüssigkeiten im Gegenstrom, welche die Gattungs­ merkmale nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 aufweist.

Eine Stoffaustauschsäule mit diesen Gattungsmerkmalen ist aus der DE-OS 23 31 195 bekannt. Hierin ist eine Stoffaustauschsäule offenbart, bei der mehrere Gas­ verteilerböden mit Abstand übereinander in einem Gehäuse angeordnet sind und Kammern bilden, die durch Abflußrohre miteinander verbunden sind, wobei in jedem Abflußrohr ein Drosselorgan vorgesehen ist, welches die sich in den Kammern auf dem Gas­ verteilerboden ausbildende Sprudelschichthöhe unab­ hängig von der Gas- und Flüssigkeitsbelastung regelt. Zur Steuerung dieses Drosselorgans sind jedoch empfindliche Sensoren, Regler und andere Steuer­ glieder erforderlich, die das Drosselorgan in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen den Gaspolstern unterhalb des Verteilerbodens zweier unmittelbar übereinander angeordneter Kammern ver­ stellen.

Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, die Möglichkeit der individuellen Regelung der Sprudelschichthöhe über dem Gasverteilerboden und somit die Möglichkeit der Regelung des Flüssig­ keitsdurchsatzes und des Gasdurchsatzes unabhängig voneinander zu schaffen und die teuren Sensoren, Regler und Rechner entbehrlich zu machen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung eine Ausbildung mit Merkmalen nach dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 vor.

Die Anwendung der Stoffaustauschsäule mit diesen Ausbildungsmerkmalen ist vorwiegend für die Reinigung von Abgasen, insbesondere Abgasen aus Verbren­ nungsmotoren, aber auch Rauchgasen aus Verbren­ nungsöfen oder dergleichen bestimmt, so daß geeignete Waschflüssigkeit in der Stoffaustauschsäule versprüht wird, um den hindurchströmenden Gasen Schadstoffe zu entziehen. Wesentlich ist demzufolge die Höhe der Anstauung der versprühten Flüssigkeit oberhalb des Gasverteilerbodens in Abhängigkeit von der Art und vom Umfang der Schadstoffbelastung und weniger in Abhängigkeit von der Gasdurchsatzmenge. Dies kann nun durch die vorgeschlagenen Ausbildungsmerkmale in besonders einfacher Weise dadurch geschehen, daß die Mündung der die Flüssigkeit aus dem Sprudelbett abführenden Leitung in ihrer Höhe gegenüber dem Gasverteilerboden verstellt wird, wozu unterschied­ lichste mechanische Verstellmöglichkeiten geeignet sind, zum Beispiel Schraubverstellungen, Hebelver­ stellungen oder dergleichen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Ende der die Flüssigkeit abführenden Leitung mit seiner Mündung etwa mittig im Gasverteilerboden vertikal beweglich angeordnet und von unten durch den Gasverteilerboden hindurchgeführt.

Auch bei der erfindungsgemäßen Ausbildung ist es möglich, mehrere Gasverteilerböden mit einem Abstand übereinander anzuordnen, so daß die von unten im Gegenstrom eingeleiteten Gase die Sprudelschichten in den einzelnen Kammern von unten nach oben nach­ einander passieren müssen. Dabei können die die Flüssigkeit aus jedem Sprudelbett abführenden Lei­ tungen mehrerer Kammern an eine gemeinsame Sammelleitung angeschlossen sein. Es ist anderer­ seits aber auch möglich, die aus einem höherliegenden Sprudelbett abgeleitete Flüssigkeit in einer darunterliegenden Kammer wieder zu versprühen und dem Sprudelbett dieser Kammer zuzuführen, wie es noch anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert wird.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist unter jedem Gasverteilerboden ein zusätzlicher Sam­ melboden mit einem freien Durchlaß für den Gasstrom angeordnet, so daß die den Gasverteilerboden nach unten durchdringende Flüssigkeit von diesem Sam­ melboden aufgefangen und abgeleitet werden kann. Die Höhe der Sprudelschicht läßt sich in einfacher Weise, ggf. von Hand, durch Ventile in den die Flüssigkeit abführenden Leitungen einstellen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist nach einem an sich selbständigen Erfindungsgedanken vorgesehen, daß die die Flüssigkeit zuführende Leitung an einer in der Kammer über dem Gasverteilerboden angeordnete Sprüheinrichtung angeschlossen ist, so daß diese Sprüheinrichtung die Flüssigkeit mit einem Abstand über dem Sprudelbett versprüht.

Schließlich sieht die Erfindung in einer weiteren bevorzugten Anwendung vor, daß die die Flüssigkeit abführende Leitung an einen Wärmetauscher ange­ schlossen ist, um bei der Behandlung erwärmter Medien in der Stoffaustauschsäule die durch die Flüssigkeit im Sprudelbett abgeführte Wärme einer Nutzanwendung zuzuführen.

Einzelheiten der Erfindung sind als Ausführungsbei­ spiele auf der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Stoffaustauschsäule mit den Erfin­ dungsmerkmalen im aufrechten Schnitt durch die Mittelebene,

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 in einem vergrößerten Maßstab,

Fig. 3, 4 + 5 weitere Ausführungsbeispiele jeweils im aufrechten Teilschnitt.

Das Ausführungsbeispiel in Fig. 1 zeigt eine Stoff­ austauschsäule mit einem im Querschnitt etwa kreisrunden Gehäuse 1 mit einem unteren Eintritt und einem oberen Austritt 3 für den Gasstrom, wobei sowohl der Eintritt 2 als auch der Austritt 3 ein Regelorgan 4 bzw. 5 aufweisen, um den Gasstrom innerhalb des Gehäuses 1 von unten nach oben hinsichtlich seiner Geschwindigkeit und seiner Menge regeln zu können. Ein im oberen Bereich angeordneter zweiter Eintritt 6 mit einem Regelorgan 7 dient ebenfalls zur Regelung des Gasstromes in dem Gehäuse 1.

Die mit dem das Gehäuse 1 von unten nach oben durchströmenden Gas in Berührung zu bringende Flüssigkeit wird über eine Leitung 8 einer Verteil- oder Sprüheinrichtung 9 im Gegenstrom zur Gas­ strömungsrichtung zugeführt. Unterhalb dieser, im folgenden als Sprühvorrichtung bezeichneten Verteil- oder Sprüheinrichtung, erstreckt sich quer zum Gasstrom innerhalb des Gehäuses 1 ein Gasver­ teilerboden 10, der ganz oder wenigstens in einem wesentlichen Teilbereich relativ feine Öffnungen aufweist und vorteilhaft aus einem Sieb oder einem feingelochten Blech besteht, so daß der Gasstrom von unten nach oben durch diesen Gasverteilerboden 10 hindurchtreten kann. In dem Gasverteilerboden 10 ist das eine Ende einer Leitung 11 höhenverstellbar angeordnet, deren anderes Ende nach außen geführt ist. Die Mündung 11 a des höhenverstellbaren Endes kann somit in der Höhe gegenüber dem Gasver­ teilerboden reguliert werden, wozu beliebige Mittel nach dem Stande der Technik geeignet sind, so daß auf ihre Darstellung verzichtet werden konnte. Durch Regelung des Gasstromes in dem Gehäuse 1 über die Regelorgane 4, 5 bzw. 7 läßt sich das Druckgefälle innerhalb des Gehäuses 1 regeln. Die über die Sprühvorrichtung 9 zugeführte Flüssigkeit über dem Gasverteilerboden 10 wird dabei in einer Höhe h gestaut, die dem Höhenabstand der Mündung 11 a über dem Gasverteilerboden entspricht, so daß das Gas von unten nach oben durch die so gestaute Flüs­ sigkeitssäule hindurchperlen muß. Zur Abscheidung mitgerissener Flüssigkeitsteilchen sind in einer oder in mehreren Stufen am oberen Ende des Gehäuses 1 Fangsiebe 12 oder vergleichbare Einrichtungen vor­ gesehen. Die über dem Gasverteilerboden 10 gestaute Flüssigkeit wird fortlaufend abgeführt und durch neue Flüssigkeit aus der Sprühvorrichtung 9 wieder er­ setzt. Dazu dienen Regelorgane, z.B. Ventile, sowohl in der Zuleitung 8 als auch in der Leitung 11, die im Zusammenwirken mit den Regelorganen 4, 5 und 7 gesteuert werden. Die über die Leitung 11 abgeführte Flüssigkeit kann einer Aufbereitungsanlage bzw. einer sinnvollen Verwendung zugeführt werden.

Das Ausführungsbeispiel in Fig. 2 zeigt in Draufsicht einen Gasverteilerboden bevorzugter Aus­ bildung aus einem feinmaschigen Siebgewebe um ein festes Mittelteil 13 herum, in dem das Ende der Leitung 11 befestigt ist, so daß die Mündung 11 a einen Höhenabstand gegenüber dem Gasverteilerboden aufweist. Unterhalb des Gasverteilerbodens ist die Leitung 11 syphonartig geformt. Die Maschenweite bzw. die Größe der Lochung des Trennbodens ist leicht errechenbar und/oder in Versuchseinrichtungen empirisch leicht zu ermitteln.

Bei dem Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 3 sind in dem Gehäuse 1 in an sich bekannter Weise mehrere Gasverteilerböden 10 mit einem Abstand übereinander angeordnet, wobei in jedem Gasverteilerboden 10 das Mündungsende einer Leitung 11 zur Ableitung von Flüssigkeit vorgesehen ist, die über dem jeweiligen Gasverteilerboden 10 eine Sprudelschicht bildet. Dabei kann die Stauhöhe h in der Sprudelschicht durch unterschiedliche Höhenabstände der Mündungen 11 a über den Boden 10 in einer Richtung fortschreitend unterschiedlich sein, um den Wirkungsgrad der Anlage zu beeinflussen. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt außerdem die Verbindung der Leitungen 11 durch eine gemeinsame Sammelleitung 14 und die Verbindung der Zuleitungen 8 durch eine gemeinsame Speiseleitung 15, wobei als eine weitere Variante des Erfin­ dungsgegenstandes dargestellt ist, daß die Zuleitung 8 nicht zu einer Sprühvorrichtung führt, sondern unmittelbar in den Kammern in dem Gehäuse 1 münden kann.

Eine weitere Variante der Erfindung ist in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 dargestellt. Hiernach ist unter jedem Gasverteilerboden 10 ein Sammelboden 16 angeordnet, dessen mittlerer Bereich einen freien Durchlaß 17 für den Gasstrom aufweist und in der Gestalt eines umgekehrten Trichters nach oben gezogen ist. Die Anordnung Fig. 4 ermöglicht bei Verwendung mehrerer Gasverteilerböden 10 mit jeweils einem darunter angeordneten Sammelboden 16 die Verwendung verschiedener Reaktionsflüssigkeiten, die getrennt reagieren können und einzeln abgeführt werden.

In der Fig. 5 sind Gasverteilerböden 10 in einem Gehäuse 1 dargestellt, bei denen die Leitung 11 nicht aus dem Gehäuse 1 herausgeführt ist, sondern in dem Bereich oberhalb des jeweils darunterliegenden Gasverteilerbodens mündet, so daß die auf einem oberen Gasverteilerboden gestaute Flüssigkeit auf den jeweils darunterliegenden Boden abgeleitet wird. Lediglich die Leitung 11 des untersten Bodens 10 ist nach außen geführt. In den darüberliegenden Leitungen 11 kann eine Syphonkrümmung vorgesehen sein, wie sie bereits in Verbindung mit Fig. 2 erwähnt wurde. Die Zufuhr der Flüssigkeit erfolgt über die Sprühvorrichtung 9.

Wie schon eingangs erwähnt, kann die aus der Sam­ melleitung 14 bzw. aus Einzelleitungen 11 austre­ tende Flüssigkeit einem Wärmetauschersystem zugeführt werden, um zum Beispiel Abwärme nutzbar zu machen. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung mit stationär aufgestellten Verbren­ nungsmotoren zur Reinigung der Abgase aus solchen Verbrennungsmotoren kann die aus der Waschflüssigkeit für die Abgase wiedergewonnene Abwärme beispielsweise für die Raumheizung verwendet werden.

Claims (9)

1. Stoffaustauschsäule für die Behandlung von Ga­ sen, insbesondere Abgasen, und Flüssigkeiten im Gegenstrom,

• - mit wenigstens einem inneren Gasverteilerboden, auf dem sich ein Sprudelbett bestimmter Schicht­ höhe ausbildet,
• - mit unterem Gaseintritt und oberem Gasaustritt,
• - mit Leitungen für die Flüssigkeit des Sprudel­ betts, deren Mündungen in Höhe des Sprudelbetts angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung (11 a) der die Flüssigkeit aus dem Sprudelbett abführenden Leitung (11) mit einem der Sprudelbettschichthöhe ent­ sprechenden Abstand über dem Gasverteilerboden (10) angeordnet ist.

2. Stoffaustauschsäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Flüssigkeit zuführende Leitung (8) an eine mit einem Abstand über dem sich ausbildenden Sprudelbett angeordnete Sprüheinrichtung (9) angeschlossen ist.

3. Stoffaustauschsäule nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung (11 a) der die Flüssigkeit abführenden Leitung (11) in ihrem Abstand über dem Gasverteilerboden (10) höheneinstellbar ist.

4. Stoffaustauschsäule nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung (11 a) der die Flüssigkeit abführenden Leitung (11) etwa mittig in dem Gasverteilerboden (10) angeordnet und von unten durch diesen Gasverteilerboden hindurchgeführt ist.

5. Stoffaustauschsäule nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Siebes mit kleinen Durchgangsöffnungen zur Bildung des Gasverteilerbodens (10), welches eine zentrale Öffnung aufweist, durch die die Mündung (11 a) der Leitung (11) hindurchgeführt ist.

6. Stoffaustauschsäule nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (11) für den Abfluß der Flüssigkeit mehrerer übereinander angeordneter Gasverteilerböden (10) an eine gemein­ same Sammelleitung (14) angeschlossen sind.

7. Stoffaustauschsäule nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß unter dem bzw. den Gasverteilerböden (10) ein Sammelboden (16) mit einem freien Durchlaß (17) für den Gasstrom angeordnet ist.

8. Stoffaustauschsäule nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Leitungen (11) für den Abfluß der Flüssigkeit Regelorgane für die Menge der abfließenden Flüssigkeit vorgesehen sind.

9. Stoffaustauschsäule nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (11) für den Abfluß der Flüssigkeit an einen Wärmetauscher angeschlossen ist.