DE968619C

DE968619C - Verfahren und Einrichtung zur Kuehlung und Reinigung von staubhaltigen Industriegasen, wie Roestgasen

Info

Publication number: DE968619C
Application number: DEM11749A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans-Wolfga Szubinski
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1951-11-17
Filing date: 1951-11-17
Publication date: 1958-03-13

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 13. MÄRZ 1958

M11749IV a/12 i

Es ist bekannt, die Kühlung und Reinigung von staubhaltigen Industriegasen, insbesondere Röstgasen, in der Weise vorzunehmen, daß nach einer Trockenvorreinigung eine direkte Kühlung in meist mehreren Stufen durch ein im Kreislauf geführtes Kühlmittel und anschließend eine elektrische Reinigung der gekühlten nassen Gase in wenigstens zwei Stufen vorgenommen wird, wobei zwischen diesen beiden elektrischen Reinigungsstufen ■— der sogenannten Entarsenierungsanlage — eine direkte oder indirekte Kühlung, eine sogenannte Zwischenkühlung, durchgeführt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühlung von wasserdampfgesättigten Industriegasen wenigstens auf die Temperatur des zur Verfügung stehenden Kühlwassers, beispielsweise von 25⁰C und gegebenenfalls noch darunter, vorzunehmen, ohne hierfür besondere Kälteerzeuger zu benötigen.

Nach der Erfindung wird die Kühlung und Reinigung von staubhaltigen Industriegasen, wie Röstgasen, durch direkte Kühlung mit Hilfe eines im Kreislauf geführten rückgekühlten Kühlmittels und anschließender elektrischen Reinigung der gekühlten nassen Gase in wenigstens zwei Stufen (Entarsenier,ungsanlage), zwischen denen eine indirekte Kühlung der Gase auf Betriebstemperatur stattfindet, in der Weise vorgenommen, daß diese Zwischenkühlung in zwei hintereinandergeschalteten, indirekten Kühlstufen erfolgt, wobei in der zweiten Stufe zugleich eine Trocknung der Gase beispielsweise mit rückgekühlter Säure des Waschsäurekreislaufes und danach durch Wiederanfeuchten der Gase eine Verdampfungskühlung vorgenommen

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wird. Zur Verdampfungskühlung wird man zweckmäßig die in der Entarsenierungsanlage anfallende Säure verwenden. Nach weiteren Merkmalen der Erfindung wird diese Zwischenkühlung in einem indirekten, vorzugsweise mit Frischwasser gekühlten Wärmeaustauscher in solchem Ausmaß vorgenommen, daß dadurch ein so großer Teil der Kühlleistung der vorgeschalteten direkten Kühlung übernommen wird, daß eine Rückkühlung des Waschmittels mindestens für eine der vorgeschalteten direkten Kühlstufen überflüssig wird, wobei vorzugsweise das im indirekten Wärmeaustauscher (Zwischenkühler) anfallende Kondensat in dem Waschmittelkreislauf der direkten Kühlung eingeführt werden kann. In Verbindung mit der Verdampfungskühlung nach der Erfindung ergibt sich dadurch eine weitere Ersparnis an Kühlleistung. Für die Zweistufen-Zwischenkühlung werden zweckmäßig Intensiv-Längsrippenrohrkühler aus Blei verwendet.
Das Verfahren der Erfindung läßt sich beispielsweise für Zellstoffabriken, für Sulfidinanlagen und für Kontaktanlagen mit Oleumerzeugung vorteilhaft anwenden, insbesondere in tropischen Ländern, in denen mit über 25⁰C liegenden Kühlwassertemperaturen gerechnet werden muß und in denen derartige industrielle Anlagen ohne künstliche Kälteerzeugung oft entweder gar nicht oder — z. B. nach dem Sulfidinverfahren — nicht in wirtschaftlicher Weise betrieben werden können, weil mit steigender Temperatur auch steigende Waschmittelmengen gebraucht und wieder regeniert werden müssen.

An Hand der Schemazeichnung sei das Verfahren der Erfindung und seine Vorteile bei Anwendung auf die Kühlung von Röstgasen des Näheren erläutert.

Die beispielsweise mit 400⁰ C den Röstofen verlassenden Gase gelangen in bekannter Weise zunächst in das Heißgasfilter 1, alsdann in den Waschturm 2, in welchem sie mit im Säurekühler 3 rückgekühlter 6o°/oiger Säure gewaschen werden, anschließend in einen als Standrohr 6 dargestellten Verdampfungskühler, in welchem die Gase mit Kondensat aus dem Kondensatsammelbehälter 11 über die Pumpe 12 und Leitung 12a berieselt und nach dem Beispiel bis auf etwa 50⁰ C heruntergekühlt werden. Die anschließende bekannte Entarsenierungsanlage besteht aus den beiden Naßelektrofiltern 7 und io, zwischen denen die bekannte Zwischenkühlung vorgenommen wird. Diese Zwischenkühlung besteht nach der Erfindung aus zwei indirekten, hintereinandergeschalteten Kühlstufen 8 und 9 mit der Kühlwasserleitung gb, von denen die letzte Kühlstufe 9 zugleich als eine Trocknungsstufe durch Absorption des Wassergehaltes der Gase beispielsweise vorteilhaft mit Hilfe von entsprechend hoch gradiger Waschsäure ausgebildet ist. Dieser indirekte Gaskühler 9 wird daher nachfolgend als »Absorptionskühler« bezeichnet, der zweckmäßig mit senkrechtem Gasdurchgang als Intensiv-Längsrippenrohrkühler aus Blei ausgebildet ist. Dadurch, daß die während der Trocknung frei werdende Reaktionswärme im Absorptionskühler sofort an die Kühlflächen abgeführt wird, kann mit sehr viel kleineren Säuremengen oder bei höherem Temperaturniveau gearbeitet werden, wie an Hand eine!· Gegenüberstellung der üblichen Gastrocknung in einem besonderen Trockenturm mit der nach der Erfindung an einem Zahlenbeispiel nachstehend erläutert werden soll.

Bei Berieselung eines Waschturmes mit 0,5 m³ 6o'°/oiger Schwefelsäure für je 1000 Nm³, wobei das Gas von unten und die Säure von oben mit 40⁰C eintreten soll, haben beide Medien etwa die gleiche Wärmekapazität und nehmen infolge der Reaktionswärme eine Temperatur von etwa 60 bis 65⁰C an. Bei diesen Temperaturen ist der Dampfdruck der Säure jedoch schon so beträchtlich, daß der beab sichtigte Trocknungsefrekt unbefriedigend würde; die Säuremenge muß daher so weit erhöht werden, daß ihre Wärmekapazität ein Mehrfaches derjenigen des Gases beträgt. Alsdann wird die Reaktionswärme im wesentlichen von der Säure aufgenommen. An der Gaseintrittsstelle, also am unteren Ende des Waschturmes, wo die Reaktion am heftigsten erfolgt, kann die Temperatur bei einer Berieselung mit z. B. 5 m³, also der zehnfachen Menge, auf etwa 47⁰ C ansteigen. Darüber findet fast nur noch ein Wärmeaustausch zwischen dem wärmeren Gas und der kälteren Säure statt, so daß das Gas den Turm mit annähernd 40⁰ C verläßt. Die Trocknung ist dann besser; zur Abführung der Reaktionswärme muß jedoch eine verhältnismäßig große Säuremenge über Wärmeaustauscher rückgekühlt werden.

Wird nun entsprechend dem Verfahren der Erfindung die Reaktionswärme sofort am Ort ihrer Entstehung abgeführt, so kann das Verhältnis von Säuremenge zu Gasmenge sehr klein gehalten werden. Bei Einhaltung des Gegenstromprinzips ist die Säure dann unten stärker verdünnt, und die Reaktion findet nicht nur im unteren Teil des Waschturms statt, sondern sie verteilt sich über einen größeren Bereich. Beispielsweise würden bei Anwendung eines derartigen Absorptionskühlers nach der Erfindung mit 0,2m³ 6o°/oigerSäurefürjeioooNm³ Gas bei 40⁰ C 52 kg Wasserdampf von der Säure aufgenommen werden, wobei sich die Säure auf etwa 50^/0 verdünnt. In diesem Fall ist die Wärmekapazität der Säure im Vergleich zu der des Gases so gering, daß es sich erübrigt, die Säure besonders zu kühlen. Sie kann deshalb aus dem Säurekreislauf des ersten Waschturms 2 (nämlich über die Leitungen 2a, Sammelbehälter 4, Förderpumpe 5 und Leitungen 5 a und 5&) entnommen werden, auch wenn ihre Temperatur z. B. um 20⁰ C höher liegen sollte, als für die Absorptionskühlung im Kühler 9 gebraucht wird. Die Einrichtung, die zur Vortrocknung der Gase nach dem Verfahren der Erfindung gebraucht wird, beschränkt sich also auf den Absorptionskühler 9 mit · der Einspritzleitung 5 b und Verteilerdüse 5 c. Hiermit vermindern sich die Anlagekosten beträchtlich.

Nach der Absorptionskühlung der Gase in der zweiten indirekten Stufe 9 durch die Kühlwasserleitung 9 δ erfolgt nunmehr nach einem weiteren Merkmal der Erfindung eine Wiederanfeuchtung der Gase etwa durch Eindüsen von Säurekondensat

aus dem Sammelbehälter ii über die Pumpe 12 und die Leitungen 12a und 12b mit Spritzdüsen 12c am Ende, derselben. Dadurch wird dem vorher getrockneten Gase so- viel Wärme entzogen, daß es von beispielsweise 40 auf 25⁰C und damit mindestens auf die Temperaturlage des verwendeten Kühlwassers und gegebenenfalls noch darunter gekühlt wird. Zugleich wird es durch diese Wiederanfeuchtung in den physikalischen Zustand versetzt, bei dem es sich besonders gut von mitgerissenen Säuretröpfchen in dem nachgeschalteten Elektrofilter 10 reinigen läßt.

Die Kondensatabläufe des Verdampfungskühlers 6 der Elektrofilter 7 und 10 und gegebenenfalls auch der ersten indirekten Kühlstufe 8 (6a, ja, 8a, 10a) werden in dem Sammelbehälter 11 zusammengeführt, aus dem verdünnte Säure über diePumpe 12 und die Leitung 12a in den Verdampfungskühler 6 gelangt und über die Leitung 12b das getrocknete Gas hinter dem Absorptionskühler 9 wieder anfeuchtet. Bei diesen Kondensaten handelt es sich um schwach saure Wasser, deren Überschuß gegebenenfalls zur Ergänzung bzw. Verdünnung der im Sammelbehälter 4 gesammelten konzentrierten Säure verwendet werden kann (Abzweigleitung iifl zwischen 11 und 4 in der Schemazeichnung). Die konzentriertere Säure aus dem Sammelbehälter 4 wird durch die Pumpe 5 sowohl im Kreislauf über die Leitung 50·, über den Wäscher 2 und den Kühler 3 gegeben als auch mit den beschriebenen geringen Mengen über die Abzweigleitung 5 b auf den Absorptionskühler 9, von wo sie über die Leitung 90 wieder in den Behälter 4 zurückgeführt und dort aufgestärkt wird. Das fast SO₃-freie Kondensat aus der ersten Kühlstufe 8 geht ganz oder teilweise in Abwasser, kann also regelbar von der Kondensatableitung 8a über die Abzweigung 8b bei entsprechender Stellung der Absperrschieber 8c und 8d in den Sammelbehälter 11 abgeleitet werden.

Dadurch, daß die beiden Gaskühler 8 und 9 bzw. Gruppen solcher Gaskühler auf einem hohem Temperaturniveau betrieben werden und damit große Temperaturdifferenzen zwischen Gas und Kühlwasser aufrechterhalten werden, wird hier so viel Wärme abgeführt, daß die Kühlfläche der Säurekühler 3 für die bei 2a ablaufende konzentrierte Säure sehr klein gehalten werden kann. Anlagekosten und besonders auch der Verbrauch des über die Leitung 9a geführten Kühlwassers fallen dadurch wesentlich niedriger aus als bei den bisher üblichen Kühlanlagen.

Claims

Patentansprüche:

ι . Verfahren zur Kühlung und Reinigung von staubhaltigen Industriegasen, wie Röstgasen, durch direkte Kühlung mit Hilfe eines im Kreislauf geführten rückgekühlten Kühlmittels und anschließender elektrischen Reinigung der gekühlten, nassen Gase in wenigstens zwei Stufen (Entarsenierungsanlage), zwischen denen eine indirekte Kühlung der Gase auf Betriebstemperatur stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß diese Zwischenkühlung in zwei hintereinandergeschalteten indirekten Kühlstufen erfolgt, wobei in der zweiten Stufe zugleich eine Trocknung der Gase, beispielsweise mit rückgekühlter Säure des Waschsäurekreislaufes, unter Gegenstromführung von Gas und Säure und danach durch Wiederanfeuchten der Gase eine Verdampfungskühlung vorgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verdampfungskühlung die in der Entarsenierungsanlage anfallende Säure verwendet wird.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenkühlung in einem indirekten, vorzugsweise mit Frischwasser gekühlten Wärmeaustauscher in einem solchen Ausmaße "vorgenommen wird, daß dadurch ein so großer Teil der Kühlleistung der vorgeschalteten direkten Kühlung übernommen wird, daß eine Rückkühlung des Waschmittels mindestens für eine der vorgeschalteten direkten Kühlstufen entfällt, wobei vorzugsweise das im indirekten Wärmeaustauscher anfallende Kondensat in den Waschmittelkreislauf der direkten Kühlung eingeführt werden kann.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die zweistufige Zwischenkühlung Intensiv - Längsrippenrohrkühler aus Blei verwendet werden.
5. Einrichtung zur Durchführung der Verfah- go ren nach Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Anordnung eines Absorptionskühlers (9) unter Gegenstromführung von Gas und Säure hinter die an sich bekannte indirekte Kühlstufe (8).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 530218, 643878, 678470, 706737, 751907= 751908, 835612, 620401: USA.-Patentschrift Nr. 1 969 381.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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