NL8701837A - Werkwijze en inrichting voor het behandelen, resp. mengen van componenten in gas- en vloeistofstromen. - Google Patents

Description

» • '4 VO 9255

Werkwijze en inrichting voor het behandelen, resp. mengen van componenten in gas- of vloeistofstromen.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het, eventueel door chemisch binden, verwijderen van verontreinigings-bestanddelen in een fluïdum, zoals een gas- of vloeistofstroom, waarbij het fluïdum met neutraliserende en/of absorberende stoffen in contact 5 wordt gebracht en de gevormde meng-, resp. reactieprodukten worden afgescheiden.

Als voorbeeld van een toestel waarin deze werkwijze wordt uitgevoerd kan genoemd worden de cycloonvormige reaktiekamer(s), waarin absorptie/neutraliseringsstoffen in contact gebracht worden 10 met verontreinigde rookgassen van vuilverbrandingsinstallaties.

De cyclonen hebben daar als eerste functie het vangen van vonken meegevoerd vanuit de verbrandingsinstallaties in die gevallen waar doekfilters toegepast worden die vliegas en reaktieprodukten uit de rookgassen verwijderen, alvorens die rookgassen via een schoorsteen 15 in de atmosfeer te lozen. Het contact tussen de rookgassen en de daaraan toegevoegde absorptie/neutraliseringsstoffen verloopt in de cyclonen zodanig dat een deel van de zure bestanddelen uit de rookgassen gebonden en geneutraliseerd worden. Proeven hebben aangetoond dat de neutraliserende werking in de cyclonen hoger is dan die van de 20 op de nageschakelde filterdoeken gevormde neutraliserende laag. Toch blijkt dat het totale rendement van voorgeschakelde cyclonen en daaropvolgende doelfilters bij zware belastingen met zure componenten, zoals die in de praktijk regelmatig in rookgassen voorkomen, onvoldoende is om te voldoen aan de emissienormen zoals die in nationale en inter-25 nationale wetgevingen recentelijk werden vastgelegd.

Het alternatief zou zijn om te kiezen voor natte rookgasreiniging, waarmee die normen wèl gerealiseerd kunnen worden. De consequentie is dan echter dat de investeringen met een factor 2 a 3 verhoogd worden t.g.v. het bij deze methode nodige uitgebreide 30 behandelingsprocédé, dat dan meestal nog afgesloten moet worden met 8701837 -2- ft* een extra afvalwaterzuivering.

De uitvinding beoogt de droge rookgasreiniging met cyclonen zodanig te verbeteren dat de emissienormen wel gehaald worden en naar verwachting zelfs beneden deze waarden zullen uitkomen, waardoor 5 van een bijzondere verbetering sprake zal zijn ten aanzien van de milieuproblematiek rond o.a. vuilverbrandingsinstallaties. Dit kan dan ook nog gerealiseerd worden tegen alleszins aanvaardbare prijzen.

Daartoe worden volgens de uitvinding door toepassing van de in het kenmerk van conclusie 1 genoemde maatregelen, de in een cycloon 10 binnenkomende componenten niet alleen gecentrifugeerd, maar wordt verhinderd dat de lichte fracties in de rookgassen inclusief het merendeel van de gasvormige zure componenten - direkt dóór de rookgasstroom diffunderen naar de cycloonuitlaat, waardoor het contact met de neutraliserende zwaardere componenten te kort is.

15 Volgens de uitvinding worden de lichte fracties in de rook gassen samen met de zwaardere fracties na binnenkomen in de cyclonen samen gecentrifugeerd, waarbij in tegenstelling tot de situatie in de huidige vormgeving binnen cyclonen, toenemend intensief contact geforceerd wordt door verhoogde concentratie en gelijktijdig sterk 20 verhoogde snelheid door middel van een bij voorkeur in het centrum van de cycloon aangebrachte omgekeerde conus. Daarmee worden de lichte (o.a. de zure) componenten in de rookgassen gedwongen om direkt, langdurig en intensief te reageren met de neutraliserende stoffen.

Door de omgekeerde conus-constructie, zoals hiervoor aange-25 geven, op een lager niveau te herhalen wordt een omkering van de rookgasbeweging bewerkstelligd, waarbij de met hoge snelheid omlaag-komende wervel omgekeerd wordt in een omhooggerichte, in eerste instantie expanderende wervel met relatief lage snelheid. Naarmate de wervel daarna op hoger niveau het centrum van de cycloon weer nadert . 30 neemt de versnelling en de concentratie aanzienlijk toe. In de sterk versnelde omhooggerichte wervel worden de zwaardere fracties opnieuw intensief gemengd met de lichte (o.a. de te neutraliseren) fracties in de gasstroom. Herhaling van vorengenoemde omgekeerde conusconstructies in het inwendige van de cycloon zal het effect van 35 mengen en neutraliseren van zure bestanddelen in de rookgassen verhogen. Per "etage" kan bovendien het effect van mengen en chemisch 8701837 > 4 -3- reageren opgevoerd worden door de afstand tussen de interne coni instelbaar te maken. Op deze wijze zullen aanzienlijk hogere wervel-snelheden (en daarmee het effect van mengen) opgewekt worden dan in eerste instantie - nl. bij het binnenkomen in de cycloon - aanwezig 5 zijn. Wijziging van de afstand tussen de interne coni kan gestuurd worden door koppeling van de instelling aan bijvoorbeeld de gemeten zuurgraad van de rookgassen vóór afvoer daarvan naar de schoorsteen.

De laatste vaste conus kan verlengd worden tot een cilindrisch verzamelvat waar de wervel middels dimensionering van de cilinder tot 10 zodanig lage snelheid teruggebracht kan worden dat vaste bestanddelen (vliegas, chemische reactieprodukten en eventuele overdosis aan neutraliserende stoffen) afgescheiden worden. De gereinigde gasstroom wordt via een centrale afzuiging binnen de laagste cilinder verwijderd.

Het spreekt vanzelf dat afzuiging uit de inrichting niet noodzakelijker-15 wijs op de hiervoor genoemde wijze moet plaats vinden. Men kan bijvoorbeeld ook kiezen voor tangentiale afzuiging vanuit de omtrek.

Een andere mogelijkheid zou bijvoorbeeld kunnen zijn : afzuigen vanuit de top van de inrichting in het geval dat één etage voldoende zou zijn om het vereiste rendement te bereiken. Kiest men voor een vergroting 20 van de laagste conus zoals hiervoor gemeld, dan ontstaat er automatisch een verzamelvat dat een aantal nuttige functies naar keuze kan vervullen en wel; a tijdelijke opslag van afgescheiden en/of uitgereageerde produkten, vóór afvoer in een container; 25 b terugvoer van de afgescheiden produkten naar de inlaat van de cycloon of één van de etages om op deze wijze het eventueel nog niet volledig uitgewerkte neutraliserend materiaal opnieuw aan het proces te laten meedoen.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de tekeningen, waarin 30 Fig. 1 schematisch de werking van een conventionele cycloon toont; fig. IA een doorsnede-aanzicht volgens de pijl A in fig. 1 is; fig. 2 in bovenaanzicht de werking toont van een cycloon volgens de uitvinding; 87 0 18 3 7 —----- -4- fig. 3 een schematisch doorsnede-aanzicht toont van de cycloon volgens fig. 2; fig. 4 een aanzicht overeenkomstig fig. 3 toont, echter het bovendeel van de cycloon volgens fig. 3 en de werking daarvan meer in 5 detail weergeeft; fig. 5 een aanzicht toont overeenkomstig fig. 4, echter in een verder stadium van de fluïdumbeweging; fig. 6 in een overeenkomstig aanzicht een vervolg- fluïdumbeweging op de in fig. 5 afgebeelde situatie toont; en 10 fig. 7 het afronden van het proces door opvangen van reactie- produkten toont.

In fig. 1 is in doorsnede de normaliter toegepaste cycloonconstructie afgeheeld met de centrifugerende afscheiding van zwaardere vliegas, 15 neutraliserende stoffen en reaktieprodukten via de neerdalende wervel (a) en de dóór het geheel snel diffunderende lichte (bijvoorbeeld : zure ) componenten (b) en lichte, vaste bestanddelen van de rookgassen, die vervolgens afgevoerd worden naar filters vóór de schoorsteen.

De via 1 tangentiaal in het cilindrische deel 2 binnengebrachte 20 rookgassen, vermengd met absorberende en/of neutraliserende stoffen, worden in dit cilindrische deel met elkaar in contact gebracht,

De zwaarste componenten, zoals vliegas en een deel van het reactie-materiaal zakken via wervel (a) uit naar de afvoer- of verzamel-trechter 8 . De lichte fracties zoals zure gassen, lichte vliegas-25 delen en resterend reactiemateriaal worden direkt aan de open onderzijde van afzuigpijp 11 uit wervel (a) afgescheiden en verdwijnt via wervel (b) in fracties van seconden via pijp 11 .

De beschikbare reactietijd voor het neutraliseren van ongewenste bestanddelen is dan ook uiterst gering. In die gevallen waar het per-30 centage ongewenste chemische componenten in de gasstroom hoog is, zal het toegevoegde neutraliserings en/of absorptiemiddel onvoldoende kunnen reageren. De via 11 afgevoerde rookgassen zullen dan qua samenstelling niet voldoen aan de recentelijk verzwaarde emissienormen.

Aanzienlijke overdosering van het neutraliseringsmiddel 35 blijkt het probleem niet op te kunnen lossen en schept bovendien twee extra problemen nl. : 870 1837 -5- - de extra kosten verbonden aan afvoer van aanzienlijke hoeveelheden reststoffen naar stortterreinen, die - deze stoffen alleen tegen verhoogde tarieven kunnen accepteren.

De reststoffen vereisen op de stortterreinen nl. extra voorzieningen 5 om de waterbeheersing en -kwaliteit in de hand te kunnen houden.

De uitvinding beoogt deze nadelen te vermijden en het resultaat in positieve zin te verbeteren op een wijze zoals in principe aangegeven in de figuren 2 t/m 7.

Volgens fig. 2 en 3 worden rookgassen tangentiaal via 1 in 10 de cilinder 2 - de cycloon - binnengebracht, eventueel met toege- vóegde neutraliserende stoffen. Het toevoegen van deze en/of andere stoffen kan uiteraard ook na de intrede plaats vinden, bijvoorbeeld via de top van conus 4 of de voet van conus 5 .

Ongewenste componenten worden samen met de zwaardere com-15 ponenten (vliegas en neutraliserende stoffen) gecentrifugeerd in cilinder 2 waarbij, in tegenstelling tot de situatie zoals beschreven bij de huidige cyclonen toenemend intensief contact bevorderd wordt door verhoogde concentratie en gelijktijdig sterk verhoogde snelheid van wervel (a) d.m.v. een (bij voorkeur) in het centrum van de cycloon 20 aangebrachte omgekeerde conus 4 .

Zoals blijkt uit het detail volgens fig. 4 wekt de in het centrum opgehangen omgekeerde conus 4 in eerste instantie de versnelde neerwaartse wervel (a) op, aangegeven in figuur 3. Deze wervel wordt door de bodem van conus 5 360° van richting veranderd en heeft 25 als enige uitweg de cilindervormige doorsnede II, welke aanzienlijk groter is dan doorsnede I m.a.w. : naast een omkering over een hoek van 360° heeft bovendien een plotselinge expansie plaats. Dit is uitermate gunstig voor extra wervelingseffecten, resulterend in extra mengen en verhoogde chemische reacties. De cyclonale gasbeweging zal 30 niet plotseling rechtlijnig kunnen worden : er wordt een nieuwe wervel (b) gevormd (modelproeven hebben dat ook aangetoond) die volgens de op tekening aangegeven stippellijnen tussen de twee coni omhoog beweegt met steeds grotere vertikale en tangentiële snelheid « mengsnelheid = chemische reactiesnelheid. Het absorptie/neutralise-35 ringsmiddel wordt voor de tweede maal tot geforceerd reageren gedwongen.

870 183.7 -6-

In fig. 5 is hetzelfde cycloondetail als in figuur 4 weergegeven met een afbeelding van de gasbewegingen welke een stadium verder dan in figuur 4 aangegeven, tot ontwikkeling komen. Vanuit doorsnede III vindt er opnieuw in grote trekken een 360°- omkering 5 van gasbewegingen plaats. Aangetekend moet worden dat, wanneer over een 360°- omkering gesproken wordt, dit het uiteindelijke effect in vertikale zin betekent. De werkelijke gasbeweging blijft tangentiaal met als resultaat een werveling, die zich als wervel loodrecht omhoog of omlaag verplaatst. In doorsnede III vindt opnieuw een dergelijke 10 360° -omkering plaats. Wervel (c) wordt gevormd, resulterend in zeer hoge snelheden m.a.w. een zeer hoog mengeffect en zeer hoge chemische . reaktiesnelheden. Het absorptie/neutraliseringsmiddel wordt voor de derde maal, nu in de tweede etage, tot geforceerd reageren gedwongen.

In fig. 6 is het eventuele vervolg afgeheeld op de situatie 15 weergegeven in figuur 5. Door deze constructie over meerdere etages te herhalen kan het reactierendement in feite onbeperkt verhoogd worden.

Fig. 7 toont één van de mogelijkheden om, met gebruikmaken van hetzelfde principe volgens de uitvinding, het reaktieproces af te ronden met het opvangen van reaktieprodukten.Wordt de wand van conus 20 7 verlengd dan kan door dimensionering van diameters wervel (d) zodanig in snelheid verlaagd worden dat de vaste bestanddelen vliegas, chemische reaktieprodukten en eventuele overdosis aan neutraliserende stoffen neerslaan binnen cilinder 8. De wervel (d) zal automatisch wervel (e) opwekken, die nu omhoog beweegt volgens de stippellijnen 25 en daarna via de centrale afzuiging de nu, chemisch sterk gereinigde gassen, via 11 afvoert.

Het zal duidelijk zijn dat, waar gesproken wordt over rookgassen en zure componenten, het principe van de uitvinding óók van toepassing is op andere, bijvoorbeelde industriële afgasprodukten of 30 op vloeistoffen en basische componenten, waarbij dan uiteraard andere absorptie/neutraliseringsstoffen een rol kunnen spelen. Waar in de omschrijving over "absorptie" gesproken wordt zal ook de term "absorptie" of een term van gelijke strekking gebezigd kunnen worden.

870 183 7

Claims (9)

1. Werkwijze voor het, eventueel door chemisch binden, verwijderen van verontreinigingsbestanddelen in een fluïdum, zoals een gas- of vloeistofstroom, waarbij het fluïdum met neutraliserende en/of absorberende stoffen in contact wordt gebracht en de gevormde 5 meng-, resp. reactieprodukten worden afgescheiden, met het kenmerk, dat een mengsel van te reinigen fluïdum en neutraliserende en/of absorberende stoffen in een wervelende beweging wordt gebracht, de wervelbeweging wordt versneld onder gelijktijdige verdichting van het mengsel en de gevormde reactieprodukten ofwel direkt worden afgevoerd, 10 ofwel aan ten minste één voortgezette contactbewerking worden onderworpen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat bij de of elke voortgezette contactbewerking de verdichte wervel tot expansie gedwongen wordt en vervolgens weer wordt versneld en verdicht, waarna 15 de laatst gevormde wervel zodanig wordt vertraagd dat vaste stoffen uit het wervelende mengsel neerslaan.

3. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 1, gekenmerkt door een cilindrische kamer (2) met bij het gesloten boveneinde een tangentiale inlaat, alsmede een conisch 20 inzetstuk (4) dat bij het nauwe boveneinde afgesloten is t.o.v. de cilindrische kamer (2) en met de wijde onderrand op korte afstand (I) is gelegen van de cilindrische wand van de kamer (2).

4. Inrichting volgens conclusie 3 voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 2, gekenmerkt door een tweede, afgeknot- 25 conisch inzetstuk (5) dat op een (variabele) afstand (II) onder het hol uitgevoerde, eerste conische inzetstuk (4) is aangebracht, welk tweede conische inzetstuk (5) een open boveneinde heeft en met het wijde ondereinde afsluitend met de wand van de cilindrische kamer (2) is verbonden.

5. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het boveneinde van de eerste conus (4) of van de tweede conus (5) is aangesloten op een centrale uitlaat (11) (fig. 3). 8701837 -8-

6. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat onder het samenstel van de eerste, aan de bovenzijde gesloten conus (4) en de daaronder gelegen, tweede, aan de bovenzijde open, afgeknotte conus (5), samen een etage vormend, tenminste nog een dergelijke 5 etage (6,7) in de kamer (2) is aangebracht.

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk,dat de afstand tussen de etages (4, 5; 6, 7) variabel is.

8. Inrichting volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat de onderste conus (7) van de onderste etage (6,7) aansluit op een 10 onderliggende cilindrische ruimte (8) met een grotere diameter dan de cilindrische kamer (2) in welke wijde ruimte (8) zich centraal omlaag een afvoer (11) uitstrekt, waarbij de diameter van de wijde cilindrische ruimte (8) zodanig is gekozen dat bij een bepaald reinigingsproces de reactieprodukten en/of de overmaat aan neutrali-15 serende stoffen, door vertraging van de wervel in deze als opslagruimte functionerende ruimte (8) neerslaan.

9. Inrichting volgens één van de conclusies 3-8, gekenmerkt door een vaste-stoffenafvoer naar een container, naar een recirculatie-leiding en/of naar een nageschakelde filtreerinrichting op elk 20 gewenst niveau van de kamer (2). 8701837