DEST000865MA - Vorrichtung zum praktisch vollständigen Entfernen von absorbierbaren Bestandteilen aus Gasen - Google Patents

Description

Die üblichen Waschvorrichtungen zum Entfernen von absorbierbaren Bestandteilen aus Gasen, insbesondere Kohlendestillationsgasen mittels einer Waschflüssigkeit gehören im allgemeinen entweder zur Gattung der Berieselungswascher, bei denen also die Waschflüssigkeit über irgendein feststehendes oder bewegtes Füllwerk in dünnen Schichten herabrieselt und dadurch mit den entgegenströmenden Gasen in Berührung gebracht wird, oder zur Gattung der Tauchungswascher, bei denen der Gasstrom in passender Verteilung durch eine zusammenhängende Masse oder Schicht der Waschflüssigkeit meist in mehrfacher Wiederholung hindurchgetrieben wird. Die gebräuchlichsten Vertreter der Berieselungswascher sind turmartige Wascher mit inneren Einbauten von geeigneten Verteilungselementen, wie z.B. Horden, regelmäßig gesetzten oder regellos eingeschütteten Füllkörpern. Die wichtigsten Vertreter der Tauchungswascher sind Glockenbodenkolonnen. Beide Gattungen von Gaswaschern besitzen Vorzüge und nachteilige Schwächen. Horden- und Füllwerkswascher besitzen als wichtigsten Vorzug einen verhältnismäßig geringen Strömungswiderstand, d.h. Druckverlust des durchgeleiteten Gases, weil eigentliche hydrostatische Widerstände wegfallen. Ihre hauptsächlichsten Nachteile sind jedoch die verhältnismäßig langsame und schwache Austauschwirkung zwischen Gas und Flüssigkeit, die durch das ruhige Vorbeiströmen beider Stoffe aneinander bedingt wird und große Füllwerkvolumina nötig macht, und der hohe Energieaufwand für die Beförderung der Waschflüssigkeit durch die Anlage, da bei der meist notwendigen Anordnung einer Mehrzahl von verhältnismäßig hohen Waschtürmen ein entsprechend wiederholtes Hochheben der Flüssigkeit über bedeutende Höhenunterschiede erforderlich wird. Glockenwaschkolonnen haben den wichtigen Vorzug einer äußerst intensiven Austauschwirkung beim Durchtritt des Gases unter den Glocken hinweg durch die Waschflüssigkeit, sondern vor allem auf deren Schäumen und starkes Versprühen in den Leerräumen zwischen zwei Böden zurückzuführen ist. Infolgedessen genügt in der Regel zu einem erfolgreichen Auswaschen, wofür man sonst eine Mehrzahl von hohen Füllwerkswaschtürmen benötigt, eine einige Glockenkolonne mit einer nicht sehr großen Anzahl von Böden, die dadurch auch nur eine beschränkte Hubarbeit für die Waschflüssigkeit erfordert. Ein Nachteil solcher Kolonnen liegt jedoch darin, daß eben wegen der wiederholten Tauchung des Gasstromes durch die Flüssigkeitsschichten der verschiedenen Böden und wegen des auftretenden starken Versprühens ein verhältnismäßig großer Druckverlust für das durchzuleitende Gas entsteht.

Es sind auch Gaswaschanlagen bekannt geworden, die aus einer Kombination von Glockenbodenkolonnen und Füllwerkswaschern bestehen. Man hat jedoch bisher noch nicht erkannt, daß man bei einer solchen kombinierten Gaswaschanlage erhebliche Vorteile sowohl hinsichtlich der Einrichtung als auch des Betriebes erreichen kann, wenn man eine Glockenbodenkolonne und einen Füllwerkswascher im Gasweg hintereinander schaltet und sie so bemißt und ausgestaltet, daß die ihnen im einzelnen zugewiesenen Teilleistungen des Auswaschens in einem gewissen Verhältnis stehen und zusammengenommen ein praktisch vollständiges Entfernen der absorbierbaren Bestandteile des Gases verbürgen.

Gemäß der Erfindung werden eine von dem Gasstrom zuerst betretene Glockenbodenkolonne mit 6 bis 8 Böden und ein nachgeschal- teter Waschturm mit Berieselungsfüllwerk angewendet, welches, statt der meist üblichen einheitlichen Packungsweise über die ganze Turmhöhe, in mehrere Höhenabschnitte mit je einer zusätzlichen Verteilungsvorrichtung für die Waschflüssigkeit unterteilt ist und einen Gesamtumfang besitzt, der zum praktisch vollständigen Auswaschen, d.h. zum Entfernen des von der Glockenkolonne übrig gelassenen Restes an auszuwaschendem Stoff ausreicht. Die mit dieser Erfindung in der Groß-Praxis gemachten Erfahrungen haben gezeigt, daß man, wenn es beispielsweise auf das Auswaschen eines einheitlichen Stoffes bzw. einer Stoffgruppe durch einen ebenfalls einheitlichen Waschmittelstrom ankommt, mit der Glockenbodenkolonne von 6 bis 8 Böden etwa 85 bis 95% des Stoffs und mit dem nachgeschalteten Füllwerkswascher die gewünschten restlichen Prozente desselben entfernen kann, so daß ein Gesamtauswaschungsergebnis von etwa 95 bis nahezu100% erreicht wird. Nähere Angaben hierüber befinden sich in den am Schlusse dieser Beschreibung angefügten Ausführungs-Beispielen. Zugleich mit diesem hochwertigen Auswaschungsergebnis wird erreicht, daß im Betriebe der gesamte Energieaufwand für Druckverlust des Gases und Hubarbeit der Waschflüssigkeit niedriger als bei der sonst notwendigen Mehrzahl von Füllwerkswaschern bleibt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist durch den Zusammenbau der Glockenkolonne und des Füllwerkswaschers zu einem einheitlichen Waschturm gekennzeichnet. Da nämlich die angegebene beschränkte Bodenzahl der Glockenkolonne nur eine mäßige Bauhöhe derselben im ganzen ergibt, so gelangt man bei einem solchen Zusammenbau praktisch in der Regel auf eine solche Gesamthöhe des einheitlichen Waschturmes, welche den in der Praxis üblichen Höhe von solchen turmartigen Gaswaschern im wesentlichen gleich kommt. Diese Ausführungsform ist besonders günstig, wenn ein vorhandener Füllwerks- oder Hordenwaschturm gemäß der Erfindung umzubauen ist. In diesem

Fall wird der unterste Teil des Füllwerks über ein solches Höhenstück, welches der Höhe der Glockenbodenkolonne entspricht, entfernt und durch einen neu einzubauende Glockenbodenkolonne ersetzt. Da eine solche Glockenbodenkolonne, bezogen auf einen üblichen Füllwerks- oder Hordenwaschturm, praktisch etwa nur 15 bis höchstens 20% der Gesamthöhe des letzteren einnimmt, ist die durch die eingebaute Glockenkolonne hervorgerufene Verringerung des Füllwerks- oder Hordenvolumens verhältnismäßig klein, und es kann daher zustandegebracht werden, daß der verbleibende, gegenüber dem ursprünglichen Umfang weit überwiegende Restteil des Füllwerks durchaus genügt, um ein praktisch vollständiges Auswaschen zu gewährleisten.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes je in einem senkrechten Schnitt dargestellt. Abb. 1 zeigt die Glockenkolonne und den nachgeschalteten Füllwerkswascher in getrennter Anordnung nebeneinander, während Abb. 2 den Zusammenbau der Glockenbodenkolonne und des Füllwerkswaschers zu einem einheitlichen Waschturm darstellt. Beide Abbildungen enthalten gleiche Bezugszeichen für gleichbedeutende Teile.

In Abb. 1 bedeutet 1 die Glockenbodenkolonne und 2 den Füllwerkswaschturm, der im mittleren Höhenteil unterbrochen dargestellt ist. Die Glockenbodenkolonne der Abb. 1 umfaßt 8 Glockenböden üblicher Bauart. Das zu waschende Gas tritt am Fuß der Kolonne durch den Rohrstutzen 3 ein, an der Drucke durch die Rohrleitung 4 aus und wird über die letztere bei 5 in den Fußteil des Hordenwaschers 2 eingeführt. Es durchzieht diesen aufwärts und tritt oben durch die Rohrleitung 6 fertig gewaschen aus. Die anzuwendende Waschflüssigkeit wird durch die Druckpumpe 7 und die Steigleitung 8 auf den Kopf des Waschturms 2 nach der dortigen Verteilbrause 9 befördert und von dieser über das Füllwerk des Turms verteilt. Die mit den absorbierbaren Bestandteilen teilweise beladene Waschflüssigkeit wird am Fußteil des Waschturmes 2 durch die Saugleitung 10 der Druckpumpe 11 abgenommen und durch die Steigleitung 12 auf den obersten Boden der Glockenkolonne 1 aufgegeben. Am 4. Boden der Kolonne, von unten her gerechnet, ist ein weiterer Zulaufstutzen 13 vorgesehen, durch den eine zweite Waschflüssigkeit zugeführt werden kann, wie die in dem untenstehenden Ausführungsbeispiel II vorgesehen ist. Die gesamte, mit allen absorbierbaren Bestandteilen angereicherte Waschflüssigkeitsmenge geht am Boden der Kolonne 1 durch das Siphonrohr 14 ab, um einer Verarbeitungsstelle zugeführt zu werden.

Das Füllwerk des Waschturmes 2 kann aus Holzhorden, regelmäßig gesetzten oder aus regellos eingeschütteten Füllkörpern beliebiger bekannter Art bestehen. Erfindungsgemäß ist ist das gesamte Füllwerk des Waschturmes 2 in eine Anzahl, z.B. vier bis sechs einzelne Höhenabschnitte 15 unterteilt, von denen in Abb. 2 nur die zwei untersten und der oberste gezeichnet sind, und deren jeder mit einer zusätzlichen Verteilungsvorrichtung für die Waschflüssigkeit versehen ist. Zu diesem Zweck ruht jeder Füllwerksabschnitt auf einem besonderen Zwischenboden, der im Zeichnungsbeispiel bei Annahme einer Hordenpackung zur Hauptsache aus den Querträgern 16 und dem über den gesamten Turmquerschnitt reichenden waagerechten Boden 17 besteht. Zur Abstützung am Gehäuserand dient der Winkeleisenring 18. Jeder Boden 17 enthält zwischen den Trägern 16 verteilt eine Mehrzahl von aufrecht stehenden niedrigen Rohrstutzen 19, welche sowohl als Durchtrittsstutzen für das von unten her hochziehende Gas wie auch als Überläufe für die auf jedem Boden sich sammelnde Waschflüssigkeit wirken. Sie müssen deshalb eine nicht zu enge Lichtweite, beispielsweise etwa 0,3 bis 0,5 m Durchmesser oder mehr besitzen, damit die Gas- und Flüssigkeitswege sich nicht gegenseitig stören. Die oberste Füllwerkspackung 15 enthält am Kopf ihre geregelte Flüssigkeitszuteilung durch die Brause 9. Jeder der darunter folgenden Zwischenböden 16, 17 ist eine zusätzliche Verteilungsvorrichtung für die bis dahin herabgerieselte Waschflüssigkeit und bewirkt daher für das nächst untere Füllwerkspaket 15 eine erneute gute Grundrißverteilung. Auf diese Weise wird der bekannten Neigung der abwärts gehenden Flüssigkeit zum Ausbreiten nach den Seiten und nach dem Gehäusemantel des Turmwaschers hin entgegen gewirkt und über die ganze Turmhöhe eine wesentlich gleichmäßige Grundrißverteilung der Flüssigkeit, damit zugleich aber ein vollkommener Stoffaustausch zwischen dem Gas und der Flüssigkeit gesichert.

Die Abb. 2 ist an Hand der vorstehend gegebenen Einzelbeschreibung der Abb. 1 ohne weiteres verständlich. Hier ist die Glockenbodenkolonne 1 mit sieben Böden dargestellt, und der bei 3 zutretende Gasstrom geht in einem einheitlichen Weg durch die ganze Waschvorrichtung 1 und 2 bis zum oberen Austritt durch die Rohrleitung 6. Zur Förderung der Flüssigkeit dient hier die einzige Förderpumpe 7 mit ihrer Druckleitung 8 nach der oberen Verteilbrause 9 hin, und 14 ist hier der einzige Ablauf der fertig beladenen Waschflüssigkeit.

Die nachstehenden Ausführungsbeispiele sind so abgefaßt, daß durch Gegenüberstellung des Standes der Technik und der erfindungsgemäßen Vorrichtung der mit der Erfindung erzielte Fortschritt deutlich erkennbar wird.

Ausführungsbeispiel I.

Auswaschung des Benzols (C(sub)6H(sub)6 + Homologe) aus Koksofengas mittels eines gewöhnlichen Waschöls.

1. Anlage gemäß dem Stand der Technik: 5 hintereinandergeschaltete Hordenwaschtürme von je 40 m Höhe und 3,5 m Durchmesser.

Gasmenge 30 000 Nm(exp)3/h von 26°C,

Waschölmenge 55 m(exp)3/h, Viskosität 3,8°E bei 20°,

Anfangs-Benzolgehalt des Gases 32 g/Nm(exp)3,

End-Benzolgehalt des Gases 1,8 g/Nm(exp)3,

Auswaschungsgrad 94,5%.

2. Vorrichtung mit den Hauptmerkmalen der Erfindung:

Ein einzelner Hordenwascher von gleichen Abmessungen wie zu 1) ist im untersten Teil mit 8 Glockenböden

(Abstand 700 mm) ausgerüstet. Der ganze übrige Höhenteil enthält eine zusammenhängen Hordenfüllung.

Die Glockenkolonne umfaßt etwa 16% der Hordenhöhe.

Gasmenge wie vor 30 000 Nm(exp)3 von 27°C,

Waschölmenge 48 m(exp)3/h (also verkleinert), gleiche Viskosität wie vor.

Anfangs-Benzolgehalt des Gases 32,2 g/Nm(exp)3 (fast ebenso wie vor)

Weitere Benzolgehalte des Gases:

oberhalb des obersten Glockenbodens 4,9 g/Nm(exp)3

Auswaschungsgrad hier 85%

am Ende, hinter dem Hordenwascher 2,8 g/Nm(exp)3

Auswaschungsgrad 91,3%

3. Vorrichtung mit allen Merkmalen der Erfindung (Abb. 2):

Die oben geschilderte Vorrichtung zu 2) von gleichen Abmessungen enthält als einzige Abänderung im Hordenteil vier zusätzliche Zwischenböden für Wiederverteilung des Waschöls.

Gasmenge und Waschölmenge ebenso wie nach 2),

Gaseintrittstemperatur 24°C,

Anfangs-Benzolgehalt des Gases 32,1 g/Nm(exp)3 (fast ebenso wie vor)

Weitere Benzolgehalte des Gases:

oberhalb des obersten (8.) Glockenbodens 5 g/Nm(exp)3

Auswaschungsgrad hier 84,4%

am Ende, hinter dem Hordenwascher 1,6 g/Nm(exp)3

Auswaschungsgrad 95,0%.

Vorteile und Fortschritt der Erfindung.

Die erfindungsgemäße, zusammengedrängte Vorrichtung nach 3) ergibt dieselbe, praktisch vollständige Benzolauswaschung (95%) wie die viel umfangreichere und in der Anschaffung bedeutend teurere Hordenwascheranlage gemäß dem Stand der Technik nach 2) (94,5%). Dabei ist der gesamte Druckverlust des Gases in beiden Fällen praktisch gleich groß, etwa 200 mm WS., wird also bei der Erfindung nicht gesteigert. Es ergibt sich aber eine bedeutende Verringerung der Pumpenleistung für die Hebung des Waschöls, da dieses, außer seiner Mengenverkleinerung, nur einmal, statt fünf- mal, auf die Wascherkopfhöhe zu befördern ist. Die Stromkostenersparnis macht im Beispielsfalle rund 2000 kWh täglich zu je 0,05 DM aus, das ergibt eine jährliche Kostenersparnis von DM 35.000,-.

Ausführungsbeispiel II.

Auswaschung von Ammoniak und Schwefelwasserstoff aus Koksofengas mittels Frischwassers und ammoniakhaltigen Wassers.

1. Anlage gemäß dem Stand der Technik:

Vier hintereinander geschaltete Hordenwaschtürme, die nachstehend, in Richtung des Gasstromes gerechnet, als 1., 2., 3., 4. Wascher bezeichnet werden.

Gasmenge 30 000 Nm(exp)3/h von 26°C

Gehalte des eintretenden Gases 5,3 gNH(sub)3/Nm(exp)3, 9,2 g H(sub)2S/Nm(exp)3

Waschmittel: der 4. Wascher erhält 13,5 m(exp)3/h Frischwasser, das dann auch über den 3., 2., 1. Wascher läuft,

der 2. Wascher erhält zusätzlich 13,5 m(exp)3/h gekühltes Gaskühlerkondensat, das dann auch noch über den 1. Wascher läuft,

es gehen also über den 2. und 1. Wascher insgesamt 13,5 + 13,5 = 27 m(exp)3/h.

Endgehalte des austretenden Gases:

an Ammoniak 0,020 g/Nm(exp)3, Auswaschungsgrad 99,6%

an H(sub)2S 7,6 g/Nm(exp)3, Auswaschungsgrad 17,5%.

2. Vorrichtung mit den Hauptmerkmalen der Erfindung:

Ein einzelner Hordenwascher von gleichen Abmessungen wie zu 1) ist um untersten Teil mit 6 Glockenböden (Abstand 700 mm) ausgerüstet. Der ganze übrige Höhenteil enthält eine zusammenhängende Hordenfüllung. Die Glockenkolonne umfaßt etwa 14% der Hordenhöhe.

Gasmenge wie vor 30 000 Nm(exp)3/h von 26°C

Gehalt des eintretenden Gases 5,3 g NH(sub)3/Nm(exp)3, 9,2 g H(sub)2S/Nm(exp)3, wie nach 1)

Waschmittel: Hordenwascher erhält am Kopf 7,5 m(exp)3/h Frischwasser,

Glockenkolonne erhält auf den von unten her 3. Boden 13,5 m(exp)3/h Kühlerkondensat,

Gehalte des Gases oberhalb des obersten (6.) Glockenbodens:

an Ammoniak 0,48 g/Nm(exp)3, Auswaschungsgrad 91%,

an H(sub)2S: 4,1 g/Nm(exp)3, Auswaschungsgrad 55,5%

Endgehalte des vom Hordenwascher austretenden Gases:

an Ammoniak 0,052 g/Nm(exp)3, Auswaschungsgrad 99,1%

an H(sub)2S: 3,7 g/Nm(exp)3, Auswaschungsgrad 59,7%.

3. Vorrichtung mit allen Merkmalen der Erfindung (Abb. 2):

Die oben geschilderte Vorrichtung zu 2) von gleichen Abmessungen enthält, als einzige Abänderung, im Hordenteil fünf zusätzliche Zwischenböden zur Wiederverteilung der Waschflüssigkeit.

Die Menge des Gases und seine Anfangsgehalte sowie die Mengen, Arten und Aufgabestellen der Waschflüssigkeit sind dieselben wie vorstehend nach 2).

Endgehalte des vom Hordenwascher austretenden Gases:

an Ammoniak 0,01 g/Nm(exp)3, Auswaschungsgrad 99,8%,

an H(sub)2S: 3,65 g/Nm(exp)3, Auswaschungsgrad 60,3%.

Vorteile und Fortschritt der Erfindung:

Das vorstehend behandelte Ausführungsbeispiel II zeigt zunächst dieselben Vorteile, wie oben am Schluß des Ausführungsbeispiels I dargelegt worden ist, da je im wesentlichen für I und II nur die auszuwaschenden Stoffe und die angewendeten Waschmittel verschieden sind. Das Ausführungsbeispiel II zeigt aber darüber hinaus bei der Gegenüberstellung des Falles 1 (Stand der Technik) und der Fälle 2 und 3 (Erfindung) einen sehr bemerkenswerten Vorteil für die Auswaschung des Schwefelwasserstoffs:

Es wird nämlich mit der Vorrichtung der Erfindung der Schwefelwasserstoff zu einem hohen Prozentsatz, nämlich zu rund 60% der ursprünglich vorhandenen Menge, d.h. selektiv ausgewaschen, während die Hordenwascheranlage nach dem Stand der Technik dafür nur eine Auswaschung von 17,5% ergibt. Dies ist auf die Anwendung der Glockenkolonne und des nachgeschalteten Hordenwaschers von begrenztem Umfang und verhältnismäßig beschränkter Teilauswaschung zurückzuführen. Im übrigen ist noch darauf aufmerksam zu machen, daß für beide Ausführungsbeispiele I wie auch II der Fall 3 gegenüber dem Fall 2 eine deutliche Verbesserung des Gesamtauswaschungsgrades aufzeigt. Diese Verbesserung ist auf die Anwendung der Zwischenverteilungsböden im Hordenteil zur mehrfachen Wiederverteilung der Waschflüssigkeit zurückzuführen. Dies ist daher ebenfalls ein wichtiges Erfindungsmerkmal.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum praktisch vollständigen Entfernen von absorbierbaren Bestandteilen aus Gasen, insbesondere Kohlendestillationsgasen, mittels einer Waschflüssigkeit im Gegenstrom, gekennzeichnet durch die Kombination einer vom Gas zuerst betretenen Glockenbodenkolonne mit 6 bis 8 Böden und eines nachgeschalteten Waschturms mit Berieselungs-Füllwerk, das in mehrere Höhenabschnitte mit je einer zusätzlichen Verteilungsvorrichtung für die Waschflüssigkeit unterteilt ist und dessen Gesamtumfang zum praktisch vollständigen Auswaschen ausreicht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Zusammenbau der Glockenbodenkolonne und des Füllwerkswaschers zu einem einheitlichen Waschturm.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der unterste Füllwerksteil eines vorhandenen Füllwerks- oder Hordenwaschers durch eine neu einzubauende Glockenbodenkolonne ersetzt ist.