DE8005728U1

DE8005728U1 - Vorrichtung zur Entfernung von nitrosen Gasen aus Gasgemischen

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Publication number: DE8005728U1
Application number: DE19808005728
Authority: DE
Original assignee: Nukem GmbH
Current assignee: Nukem GmbH
Priority date: 1980-03-01
Filing date: 1980-03-01
Publication date: 1985-10-24

Description

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6450 Hanau 11

^Vorrichtung zur Entfernung von nitroser Gasen aus Gasgemischen ^>

Die Neuerung betrifft eine Vorrich

tung zur Entfernung von nitrosen Gasen aus Gasgemischen durch Zugabe von Sauerstoff und Absorption der Stickoxide in wässrigen Lösungen. Insbesondere dient diese zur Vorreinigung von Gasgemischen, die

große Mengen an nitrosen Gasen enthalten, um bei der späteren Feinreinigung Kosten zu sparen.

Die Absorption von nitrosen Gasen ist eins der am schvierigsten zu lösenden Aufgaben innerhalb der Ab-

^ luftreinigungstechnik. Einer der Hauptwiderstände hierbei liegt in der schlechten Löslichkeit des Stickstoffmonoxids (NO) in wässrigen Systemen. Zum anderen wird, wenn die nitrosen Gase überwiegend als Stickstoffdioxid (NO₂) vorliegen, durch Disproportionierung des NO₂ in

der wässrigen Lösung NO gebildet, welches aufgrund seiner schlechten Löslichkeit in die Gasphase übertritt.

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' Dieses Stickstoffmonoxid ist dann nur noch mit großem Aufwand aus dem Gasstrom zu entfernen.

Bei der alkalischen Absorption von Stickoxiden entstehen theoretisch Nitrite und Nitrate, wenn zumindest gleiche Volumenanteile NO₂ und NO vorliegen bzw. NO. im Überschuß vorhanden ist.

In der Praxis zeigt sich jedoch, daß trotz Überschuß an Lauge durch nicht idealen Stofftransport in der Flüssigphase und dadurch bedingte örtliche Übersäuerung die Reaktion 3NO₂ + H₂O —^ 2HN0, + NO auftritt, und NO im Absorberaustritt festgestellt wird.

Außerdem werden in Form von Nitrit und Nitrat große Mengen von Schadstoffen erzeugt, die nur bedingt für die Aufarbeitung zu Düngemitteln geeignet sind.

Es ist bekannt, nitrose Gase aus Gasgemischen mit reduktiven Verfahren zu entfernen. Zur reduzierenden Ab sorption gibt es die verschiedensten Verfahren. Ihnen allen ist gemeinsam, daß ein reduzierender Stoff, wie z. B. Sulfid oder Thiosulfat, zur Reduktion des NO₂ eingesetzt wird, wobei im Idealfall Stickstoff, meist aber Distickstoffmonoxid (N₂O) entsteht.

Optimal funktionieren diese reduktiven Verfahren nur, wenn die nitrosen Gase ausschließlich als NO₂ vorliegen. Sie. werden mit zunehmendem NO-Anteil unwirksamer. Außerdem entstehen durch dm Einsatz der erforderlichen Reduktionsmittel hohe Chemikalienkosten. In den meisten Fällen (z. B. bei schwefelhaltigen Reduktionsmitteln) werden in Form der Oxidationsprodukte dieser Reduktionsmittel erneut Schadstoffe erzeugt.

Bekannt sind auch Verfahren zur Entfernung von nitrosen Gasen aus Gasgemischen durch Oxidation der Stickoxide. Als ideal anzusehen sind Verfahren, hei denen aus den Stickoxiden ohne das Auftreten von Sekundärschadstoffen eine wiederverwendbare Salpetersäure erzeugt wird. Allerdings ist für die Oxidation des NO bzw. des durch Disproportionierung entstehenden NO in der Gasphase ein großer apparativer Aufwand notwendig.

Die Oxidation von konzentriertem Stickstoffmonoxid (NO) erfolgt mit Luftsauerstoff spontan und exotherm zu Stickstoffdioxid (NO₂).

Bedingt durch die geringe Wahrscheinlichkeit des gleichzeitigen Aufeinandertreffens von einem O₂- und 2N0- Molekülen werden bei dieser Gasphasenoxidation mit abnehmender Stickoxidkonzentration allerdings immer größere Verweilzeiten des Gasgemisches im Reaktor erforderlich. 20

Bei den auf dem Abluftsektor vorkommenden Stickoxid-Konzentrationen kann das zu Verweilzeiten in der Größenordnung von mehreren Hinuten bis zu Stunden führen. Bei den üblichen Abluftmengen kommen dadurch Oxidationsräume bis zu mehreren hundert Kubikmetern Inhalt zu stande.

Im Falle der Verwendung von Oxidationschemikalien, wie z. B. Wasserstoffperoxid oder Ozon, treten hohe ChemikalienkoBten oder hohe Investitionskosten auf. Aller dings wird hier die Forderung, keinen Sekundärschadstoff zu erzeugen, in idealer Weise erfüllt.

Weiterhin gibt es noch verschiedene Verfahren zur Gasphasenreduktion der nitrosen Gase, z.B. mit Wasserstoff oder auch mit Ammoniak, zu Stickstoff.

Abgesehen von hohem Verbrauch an Wasserstoff oder Ammoniak erfordern diese Verfahren Temperaturen über 250⁰C und den Einsatz von Katalysatoren. Nachteilig hierbei ist vor allem der hohe Energieaufwand und die Empfindlichkeit der Katalysatoren gegen Verunreinigungen des Rohgases, wie sie z.B. in der Edelstahlbeizerei unvermeidlich sind.

Es war Aufgabe der vorliegenden Neuerung, eine Vorrichtung zur Entfernung von nitrosen Gasen aus Gasgemischen durch Zugabe von Sauerstoff und Absorption der Stickoxide in wässrigen Lösungen zu finden, bestehend aus einem Kolonnenteil und einem Sumpfteil, mit der die nitrosen Gase schnell, ohne Entstehung von Sekundärabfall und ohne hohe

Kosten aus den Gasgemischen entfernt werden können. 15

Diese Aufgabe wurde neuerungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zuführungsleitung für das die nitrosen Gase enthaltende Gasgemisch unterhalb des Kolonnenteils angeordnet ist und die Zuführungsleitung für den Sauerstoff in den Sumpfteil führt.

Dadurch werden die Stickoxide, vornehmlich Stickstoffmonoxid, in einer salpetersäurehaltigen Flüssigphase gelöst und dort durch ebenfalls gelösten Luftsauerstoff zu Salpetersäure oxidiert.

Die Löslichkeit von Stickstoffmonoxid ist von der Konzentration der Salpetersäure abhängig. Bewährt hat sich ein Konzentrationsbereich zwischen 15 und 50 Gew.-% HNO,. VOr^ow zugsweise verwendet man eine Lösung, die 25 - 40 % Salpetersäure enthält. Die Oxidation der Stickoxide zu Salpetersäure erfolgt in der flüssigen Phase und läuft daher sehr rasch ab, ohne daß kostspielige Einrichtungen oder

teure Oxidationschemikalien benötigt werden. 35

Der Sauerstoff, vorzugsweise Luftsauerstoff, wird der salpetersäurehaltigen Waschflüssigkeit beispielsweise entweder durch direktes Einblasen oder durch Ansaugen mittels Unterdruck zugesetzt.

Da sich Sauerstoff in Salpetersäure nicht so gut löst Wie die nitrosen Gase, ist es vorteilhaft, einen ausreichenden Sauerstoffeintrag in die Waschflüssigkeit dadurch zu erreichen, daß eine möglichst lange Verweilzeit der Waschflüssigkeit bei der Sauerstoffbeladung erzielt wird. Vorzugsweise ist das Sumpfvolumen oder das Flüssigkeitsvolumen auf dem nicht vom zu reinigenden Gasgemisch durchströmten Teil der Kolonnenboden, abhängig vom Verhältnis der Löslichkeiten und der Gasmengen, größer als das Flüssigkeitsvolumen auf dem vom Rohgas durchströmten Teil der Kolonnenboden, bei Füllkörperkolonnen in der Füllkörperschüttung oder bei gepackten Kolonnen innerhalb der Kolonnenpackung.

Hierbei wird Salpetersäure erzeugt, die aus dem Anlagensumpf automatisch entnommen werden kann. Da es sich bei der Reaktion von NO, Wasser und Salpetersäure um eine Gleichgewichtsreaktion handelt, können Gleichgewichtsbeladungen von NO in der Gasphase und HNO- in der Salpetersäure errechnet werden. Hierdurch ist es möglich, theoretische Bodenzahlen für die Absorption von NO in der Salpetersäurelösung zu ermitteln. Durch die Anwendung einer Bodenkolonne als 1. Absorptionsstufe mit zusätzlichem Sauerstoffeintrag in die Flüssigphase wird der Verbrauch von Oxidationschemikalien in einer 2. Stufe, die mit Wasserstoffperoxid arbeitet, auf ca. 10 % reduziert.

Anhand der Abbildung wird eine vorteilhafte Ausführungsform der neuerungsgemäßen Vorrichtung schematisch dargestellt.

Die Vorrichtung besteht aus einen Kolonnenteil (l) und einen Sumpfteil (2). Unterhalb des Kolonnenteile (l) befindet sich die Zuführungsleitung (3) für das Gasgemisch und eine Vaseerzuführung (5), während die Zu- führungsleitung (k) für den Sauerstoff in den Sumpfteil (2) führt.

Das stiekoxidhaltige Gasgemisch tritt unterhalb des Kolonnenteile (l) ein und durchströmt den Kolonnen teil (l) im Gegenstrom zur Absorptionslösung von unten nach oben. Das gereinigte Gasgemisch verläßt den Kolonnenkopf über die Reingasleitung (7). Die mit gelösten Stickoxiden angereicherte Absorptionslösung gelangt anschließend in den Kolonnensumpf (2). Hier wird der Sauerstoff, vorzugsweise Luftsauerstoff, durch eine hierfür geeignete Vorrichtung (6) in die Absorptionslösung, d.h. in die flüssige Phase eingetragen« Der zur Oxidation erforderliche Sauerstoffeintrag in die Flüssigkeit kann durch Bereitstellung eines aus reichend großen Flüssigkeitsvolumens im Sumpfteil (2) bei Normaldruck oder bei Überdruck in einem Verweilzeitbehälter in der Waschflüssigkeitskreislaufleittung (8) erfolgen.

Die bei dem Prozeß freiwerdende Gesamtwärme wird durch einen Kühler (9) abgeführt. Die entstehende Salpetersäure wird über eine Leitung (10) der Vorrichtung entnommen.

^Λ, 30

PAT/Dr.Br-cj
28.06.1985
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Zusammenfassung

Zur Entfernung von nitrosen Gasen aus Gasgemischen wird eine Vorrichtung benötigt, mit der sie schnell, ohne Entstehung von Sekundärabfall und auf möglichst billige Weise beseitigt werden können. Die Vorrichtung besteht aus Kolonnenteil und Sumpfteil, wobei

die Zuführungsleitung für das Gasgemisch unterhalb des Kolonnenteils angeordnet ist und eine Zuführungsleitung für Sauerstoff in den Sumpfteil führt.

Claims

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NUKEM GmbH 6450 Hanau

Schutzanspruch

Vorrichtung zur Entfernung von nitrosen Gasen aus Gasgemischen durch Zugabe von Sauerstoff und Absorption der Stickoxide in wässrigen Lösungen, bestehend aus einem Kolonnenteil und einem Sumpfteil, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitung (3) für das die nitrosen Gase enthaltende Gasgemisch unterhalb des Kolonnenteils (1) angeordnet ist und die Zuführungsleitung (4) für den Sauerstoff in den Sumpfteil (2) führt.