NO124714B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og apparat for å tilveiebringe kontakt mellom gass

og væske.

Denne oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og et appa-

rat for å tilveiebringe intim kontakt mellom gass og væske og hvor fremgangsmåten er av den art som angitt i hovedkravets innledning. Fremgangsmåter og apparater av denne art er tidligere kjent. I

norsk patent 110 046 er det f.eks. beskrevet en fremgangsmåte hvor gass og væske passerer kontaktsonen i motstrøm, mens f.eks. norsk patent 116 583 beskriver et apparat hvor gass og væske beveger seg i samme strømningsretning (medstrøms). Det kan også nevnes U.S. patent 3 219 324, hvor bl.a. et apparat er beskrevet hvori

gass og væske passerer kontaktsonen i motstrøm og hvor kontaktso-

nens bunn har et tverrsnitt som er innsnevret i forhold til kontaktsonen forøvrig.

Det vil være kjent at et fluidisert sjikt av svevelegemer av

den type aom anvendes i disse apparater, i prinsipp befinner seg i en ustabil driftstilstand under apparatets drift. Årsaken er at et tettpakket sjikt av kontaktelementer yter en langt større motstand mot gassgjennomstrømning enn et åpent sjikt med star av&tand mellom kontaktelementene og store åpne gjennomstrømningstverr.snitt for gassen. Dette medfører at man ved likt trykkfall aver hele sjiktets overflate, kan ha forskj-ellige soner med svært forskjellige spesifikke gass-ggjennomstrømninger. Det oppstår av denne grunn gjennombruddssoner der svevelegemene bringes til å sveve og bevege seg oppover med gasstrømmen med stor innbyrdes avstand, mens resten av sjiktet befinner seg i relativ ro og ligger forholdsvis tettpakket an mot kontaktsonens nedre begrensningsrist.

På grunn av de meget trange kanaler som dannes mellom svevelegemer i ro, blir gjennomstrømningsmotstanden høy i disse soner, selv med lave gjennomstrømmende gassmengder. I hvilken utstrekning det dannes slike soner og gjennombruddssoner i et sjikt av kontaktelementer kommer an på de geometriske forhold i apparatet.

Gassfordelingen blir med dette ujevn i en slik kontaktsone. Om væske tilføres i mcfctrøm, vil den finfordelte væsken av gassens og kontaktelementenes bevegelse bringes bort fra sonen med stor gjennomstrømningshastighet allerede i kontaktsonens øvre del,

og sammen med kontaktelementene falle ned i soner med liten gjenn.nstrømningshastighet. Det oppstår herved en skjevfor-deling av gass/væskeforholdet over kontaktsonens tverrsnitt. Forholdet varierer en dei med apparatets geometriske forhold. Dette medfører at det må tilføres til dels store væskemengder i et slikt apparat for å sikre det nødvendige minimum av væskeinnblandingen også i de deler av kontaktsonen som har største gassgjennomstrø-mninger.

Ved tilførsel av væske i medstrøm med gassen motvirkes denne ulempen, idet væsken automatisk tilføres i største mengde til kontaktsonens gjennombruddssoner. Ved det samlede, vertikalt oppadrettede trykk av gass- og væsketilstrømning vil også gjennombruddssonen i en kontaktsone i medstrøm konsentreres umiddelbart over tilførselsorganet for væske. Herav stabili-seres bevegelsen i kontaktsonen til en jevn sirkulerende bevegelse med riktig gass- væskeforhold i de aktive deler av kontaktsonen. Dette er grunnlaget for at det oppnås en vesentlig høyere effektivitet av en slik kontaktsone som arbeider i medstrøm.

Det vanlige krav til kontaktelementene i et absorbsjonstårn

med statisk pakning, er at disse skal ha en ru, noe porøs overflate som lett fuktes totalt av små væskemengder.

I den her omtalte type av apparater stilles det spesielt store krav til kontaktelementenes motstandsdyktighet mot slitasje, ettersom disse kontinuerlig ruller, glir og støter mot hverandre og mot kontaktsonens begrensningsflater.

Den mest hensiktsmessige form ut fra dette hensyn er kuleformen. De mest hensiktsmessige materialer er forskjellige plast-typer, som gir en hard, glatt, elastisk og helst noe selvsmørende overflate.

Disse materialer er imidlertid delvis vannavstøtende, og fuktes generelt dårlig av de fleste væsker. Dette medfører at gjenn-omstrømmende eller sirkulerende væskemengde i kontaktsonen må være stor for å gi full fukting av elementenes overflate og dermed fullt effektiv gass/væske-kontakt i element-sjiktet.

Hvis gass/væskefordelingen i sjiktet er dårlig, må væskemengden økes ytterligere for å gi full fukting i soner med lav spesifikk væsketilførsel .

For en medstrøms-utførelse ligger minimum væskemengde på størrelsesorden 0,5 l/m3 gass. For en motstrøms-utførelse vil minimum væskemengde i alminnelighet ligge betydelig høyere på grunn av den ujevne gass/væske-fordelingen over kontaktsonens tverrsni tt.

På grunn av effektiv gass/væske-kontakt i fluldisert kontaktsone, har prosessen blant annet funnet anvendelse for rensing av gasser med relativt lave konsentrasjoner av gassformige eller støvformige forurensninger.

Når forurensningene omfatter lettløselige gasser, så som for

eks. HF og HC1, kreves det i regelen langt mindre væskemengder for selve absorbsjonsprosessen enn det som er nødvendig for å oppnå full fukting og derved full gass/væskekontakt innenfor den fluidiserte kontaktsone. Ved utskilling av støvformige forurensninger kreves at væsken ikke blir forslammet i en grad som ødelegger fukteevnen , medfører uakseptabel slitasje av kontaktelementene eller fører til avsetninger på kontaktelementene til tross for disses bevegelse innenfor sjiktet. De væskemengder som kommer på tale ut fra disse hensyn, vil normalt også langt under-skride den nødvendige minimumsmengde for full fukting og full effekt av kontaktsonen.

Mange teknisk viktige gassformige forurensninger i avgasser, omfatte." gasser som løst i vann danner sterke eller svake syrer. Som eksempler kan nevnes HF (aluminiumsindustrien) NO og NOg (kunstgjødselindustrien), S02 og SO^ (fyringsanlegg, malmoppbe-redning, smelteprosesser og en rekke forskjellige kjemiske indu-striprosesser) HC1 (kjemiske prosesser, en rekke smelte- raffiner-ingsprosesser) osv. Ved utvasking av denne type forurensninger er det ofte hverken tilstrekkelig eller ønskelig bare å anvende vann til prosessen, da dette bare overfører forurensningsproblemet fra gassfasen til væskefasen, dvs. fra luften til vassdraget eller sjøen.

Vaskeprosessen inkluderer derfor i alminnelighet kjemisk nøy-tralisasjon av den syre som dannes under vaskeprosessen. Por å unngå flertrinnssystem er det normalt både teknisk og øko-nomisk formålstjenelig å anvende en væske som er tilsatt nøy-traliserende kjemikalier direkte i kontaktsonen.

Ved absorbsjon med kjemikalier tilsatt i vaskeluten er prosessen tilnærmet uavhengig av medstrøms- eller motstrømseffekten i kontaktsonen. Den nødvendige mengde tilsatslut for nøytralisasjon av utskilte og absorberte gasser i apparatet vil være omvendt proposjonal med lutens innhold av kjemikalier. Den nødvendige mengde tilsatslut ved de tekniske vanlig anvendte kjemikalie-løsninger er normalt langt mindre enn den væskemengde som må gjennomstrømme kontaktsonen for å sikre full fukting av kontaktelementene.

I de ovennevnte tilfeller, som i praksis<*> omfatter flertall av industrielle gassrenseprosesser under anvendelse av de kjente apparater, må gassrenseanlegget omfatte et resirkulasjonssystem for væske med tilstrekkelig kapasitet til å sikre full fukting og full effektivitet av den fluidiserte kontaktsone. Tilførsel og bortførsel av friskvann eller vaskelut fra apparatet utgjør normalt bare en brøkdel av den til enhver tid sirkulerte væskemengde.

Et slikt sirkulasjonssystem med rør, bassenger, pumper og regu-leringsutstyr omfatter i praksis en betydelig andel av vaskean-leggets totale kostnad. Dette fordi alt utstyr i væske-sirkula-sjonssystemet som regel må dimensjoneres for korrosive og/eller sterkt slamholdige væsker. Videre øker anleggets totale effektbehov i betydelig grad i forhold til det nødvendige effektbehov for gjennomstrømning av gass og tilsatsvæske. Dette ekstra effektbehov kommer også i meget liten grad selve vaskeprosessen til gode. Por væske-sirkulasjonsprosessen vil bare væske-for-støvningstrykket i selve tilførselsorganet i apparatet ha.noen effekt for vaskeprosessen. Trykktap i rør og ventiler, samt statiske løftehøyder betinger rene effekttap.

Det samme gjelder pumpens virkningsgrad, som oftest vil være

lav da det normalt dreier seg om pumper i grov utførelse, beregnet for slam og syrer i resirkulasjonsvæsken.

Eff ektbehovet i et slikt? resirkulaajonsaystem kan under visse forhold-bli s^ høyt i forhold til systemets- øvrige effektbehov, at anlegg av den ovenfor nevnte art faller urimelig dyre i drift tiltross for sin høye virkningsgrad. Dette gjelder spesielt ved lavtrykksvasking av sto-re gassmengder med lavt innhold av forurensninger.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte

og et apparat av den innledningsvis nevnte art som muliggjør en bedre utnyttelse av væske, og som sikrer en mer kontrollert bevegelse av kontaktlegemene i behandlingssonen. En mer spesiell hensikt med oppfinnelsen er å forlenge væskens oppholdstid i behandlingssonen og gjøre anlegget uavhengig av resirkulasjonssys-temer. Det er dog intet i veien for å resirkulere væsken hvis dette av en eller annen grunn skulle anses hensiktsmessig.

Fremgangsmåten og apparatet ifølge oppfinnelsen utmerker seg ved de i patentkravene angitte trekk.

Ifølge oppfinnelsen utgjøres kontaktsonen av et kammer med for-trinnsvis skrånende bunn med en innløpsåpning for gassen. Kontaktsonen begrenses av en øvre rist over hele kammerets tverrsnitt samt en rist i åpningen i kammerets bunn. Disse ristene er som kjent gjennoiiitrengelige for gass og væske, men ugjennomtrengelige for kontaktelementene. Gassens vertikale innløpshastighet gjennom innløpsåpningen i kammerets bunn er så høy at væsken som renner ned langs kammerets vegger og gjennom sjiktet av kontaktelementer langs kammerets yttervegger, ikke kan trenge ned mot gassens dynamiske trykk i innløpet, men bringes til å resirkulere opp gjennom den aktive kontaktsone på grunn av hastigheten på den innstrømmende gass.

Ved innløpsåpningen for gass er anbragt innretninger som til-later en på forhånd bestemt væskemengde å renne ut av kontaktsonens nedre del.

Ved hjelp av fremgangsmåten og apparatet ifølge oppfinnelsen oppnås en kraftig, kontrollert bevegelse av kontaktelementene innenfor kontaktsonen, og stabilisert og fullt optimal drift innenfor et langt større reguleringsområde enn det som har vært mulig ved tidligere utførelser av kontaktapparater med svevelegemer I tillegg til dette, oppnås øket, stabil utskillningsgrad spesielt på partikkelformete forurensninger, samt også andre fordeler spesielt for apparatets praktiske drift.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere ved hjelp av eksempler under henvisning til tegningen, hvor:

Fig. 1 viser et vertikalt lengdesnitt gjennom et apparat utført

i samsvar med oppfinnelsen, fig. 2a et vertikalt lengdesnitt gjennom det nedre parti av en behandlingssone i et apparat ifølge en annen utførelse av oppfinnelsen, og fig. 2b viser et snitt langs linjen A-A på fig. 2a. Fig. 3 viser skjematisk og i snitt en utforming av den øvre rist i behandlingssonen og fig. 4 også skjematisk og i snitt en anordning av støtplater under en øvre horisontal rist som kan være anordnet i apparatet ifølge fig. 1 eller 2. Fig. 5 viser et anlegg hvor flere apparatenheter ifølge fig. 1 er anordnet ved siden av hverandre for parallelldrift. Fig. 6 viser et anlegg med overfor hverandre anordnede apparatenheter for seriedrift, og fig. 7 og 8 er diagrammer som illustrerer driftsforholdene under forsøk med et apparat ifølge oppfinnelsen.

Fig. 1 viser et apparat ifølge oppfinnelsen omfattende et vertikalt hus eller mantel 1 med sylindrisk, kvadratisk eller annet hensiktsmessig tverrsnitt med en traktformet bunn 2 og en kjegle-formet topp 3.

I mantelena 1 sidevegg er i nærheten av bunnen 2 utformet et inn-løp 4 for gass som skal behandles. Bunnen 2 har et utløp 5 , for væske og toppen 3 har et utløp 6 for behandlet gass.

En skillevegg 7 som utgjør bunnen i apparatets behandlingskammer

8 deler mantelens 1 indre idet nevnte behandlingskammer 8 og et innløpskammer 9. Skilleveggen 7 skal nedenfor kalles behandlingskammerets bunn og har en sentral eller eksentrisk anordnet åpning 10 som er dekket med en rist 11. En øvre rist 12 skiller behandlingskammeret 8. fra et utløpskammer 13. I utløpskammeret er anordnet en dråpefanger 14. I innløpskammeret 9 under åpningen 10 er anordnet en dyseinnretning 15 som sprøyter væske inn i behandlingskammerets 8 nedre del. Behandlingskammeret 8 inneholder kuleformede kontaktlegemer 16 med liten egenvekt av hensiktsmessig type. Ristene 11 og 12 er ugjennomtrengelige for kontaktlegemene 16.

Innløpet 10 for gass og væske har vesentlig mindre tverrsnitt enn manteltverrsnittet i innløpskammeret 9 eller i behandlingskammeret 8. Som vist på figuren er behandlingskammerets bunn 7 utført traktformet. Ved bunnens nedre ende finnes en radial utvendig flens 17. Til denne flens er på undersiden fastskrudd med bolter 18 en i det vesentlige ringformet avløpsrenne 19 for væske som i hvert fall over en del av sin lengde i omkretsretningen har trau-formet tverrsnitt, som vist. Avløpsrennen har en avløpsstuss 20 som munner ut i innløpskammeret 9. Avløpsrennens 19 mot innløps-åpningen 10 vendede vegg eller kant 21 har avrundet form for å minske strømningsmotstanden. Mellom bunnens 7 flens 17 og avløps-rennens 19 festeflens 22 er anordnet den allerede nevnte nedre rist II og dessuten en ringplate 23 som er utformet slik at den dekker en større eller mindre del av avløpsrennens 19 overside. På tegn. har platen 23 slike dimensjoner at renneåpningen er fri på den ene side av snittet, og dekket på den andre siden.

En del alternative utførelser er antydet på fig. 1. I stedet for innsprøytningsinnretningen 15, eller i tillegg til denne, kan en innløpsinnretning for væske være anordnet i behandlingskammerets mantelvegg 1 som antydet med strek-prikkede linjer ved 15a. Det er også mulig å tilføre væske ovenfra som vist med strek-prikkede linjer ved 15b. Ved 20a er antydet en for-lengelse av avløpsrøret 20 for separat bortføring av væske gjennom innløpskammerets vegg.

Ved den viste foretrukne utførelse innsprøytes væsken gjennom dyseinnretningen 15. Gass pumpes inn gjennom innløpet 4.

Gassens, kontaktlegemenes og væskens bevegelsesbaner er henholdsvis vist med heltrukne, strekede og prikk-strekede linjer.

Apparatet virker på følgende måte:

Rågassen passerer innløpet 4 og innløpskammeret 9 og strømmer med forholdsvis stor hastighet gjennom åpningen 10 inn i behandlingskammeret 8. Gjennom samme innløpsåpning sprøytes inn be-handling svæske fra sprøyteinnretningen 15. Gassen og væsken strømmer gjennom kontaktlegemesjiktet og river med seg kontaktlegemer 16 slik at en strøm bestående av gass, væske og kontaktlegemer beveger seg oppover mot den øvre begrensningsrist 12,

hvor den av bøyes til sidene. Gassen vil imidlertid passere risten 12 og strømme inn i utløpskammeret 13, passere dråpefangeren 14 for å strømme ut gjennom utløpet 6. Væsken og kontaktlegemene følger så den ytre nedadgående bane langs behandlingskammeret 8 vegger, og kontaktlegemene oppsamles ved bunnen for å rives opp på ny, mens væsken renner langs traktbunnen 7 og ned i avløps-rennen 19, fordi det umiddelbart over rennen 19 eller den av ringplaten 22 dekkete del av rennen ikke skjer noen direkte vertikal gassbevegelse. Væsken som renner ut over ringplaten 22 vil av den vertikale gassbevegelse resirkuleres opp gjennom kontantsonen når den når innløpskanten 21. Ved å la ringplaten 22 dekke en større eller mindre del av avløpsrennens 19 øvre åpning kan en tilsvarende mindre eller større del av den nedadstrømmende væske tappes av og fjernes fra behandlingssonen. Hvor mange ganger den tilførte væske skal resirkuleres innenfor kontantsonen, kan derfor regu-leres ved å la ringplaten 22 dekke en større eller mindre del av rennens 19 omkrets, mens den øvrige del av

rennens omkrets er åpen. Det er på denne måte mulig å holde en stor væskemengde stående i behandlingskammeret, selv ved minimal væsketilførsel gjennom tilførselsinnretningen 15.

Som regel vil innløpsåpningens og avløpsrennens dimensjoner være bestemt for hver prosess som skal utføres. Visse justeringer av den bortførte vannmengde vil imidlertid kunne foretas ved å redusere eller utøke ringplatens 22 omkrets.

Under apparatets drift får kontaktsonen utseende av en kontinuerlig fontene. Drevet av den konsentrerte gasstrøm strømmer kontaktelementer samt ny og resirkulerende væske opp gjennom kammeret sentralt over gassinnløpet. Avhengig av kontaktelementene s vekt og fallhastighet i forhold til gasshastigheten, samt kontaktsonenes innhold av væske, blir den sentrale "fontene" høyere eller lavere. I kammerets øverste del avledes kontaktelementene sideveis i kastebaner under innflytelse av gassens dynamiske trykk og tyngdekraften og faller ned langs kammerets ytterkanter. Her faller de ned i det statiske sjikt av kontant-elementer som befinner seg i relativ ro utenfor den aktive kontaktsone. Fra kammerets bunn og også lengere oppe i den statiske sonen rives kontaktelementene med av gasshastigheten og sirkulerer opp gjennom den aktive kontaktsone. Det etableres på denne måten en kontinuerlig, kraftig sirkulasjon innenfor hele kontaktsonens høyde. Væsken fra innblandingsprganet og medrevet, resirkulert væske følger i prinsipp samme baner som kontaktelementene, i det væsken blir utsatt for de samme krefter, nemlig gassens dynamiske trykk -g tyngdekraften. Av den høye gasshastighet rives væsken opp i finfordelt form, og fine væskedråper vil, på grunn av sin lave fullhastighet, delvis passere gjennom øvre begrensningsrist før de faller tilbake ned i kontantsonen. I likhet'med kontaktelementene bringes væsken ned i det statiske laget av kontaktelementer rundt kontaktsonen og renner av tyngdekraften ned mot kammerets bunn. Det vil i den statiske del ikke være noen oppadgående gassgjennomstrømning som kan stue den nedadstrømmende væske opp.

Det prinsippielle ved prosessen ifølge oppfinnelsen er således

at væsken hindres fra å strømme tilbake gjennom innløpsåpningen og fjernes i kontrollert mengde på et annet sted i behandlingskammerets nedre del.

Fig. 2a og 2b viser henholdsvis i vertikalsnitt og horisontal-

snitt en annen utførelse av behandlingskammerets nedre del.

I dette tilfelle er behandlingskammerets 8' bunn 7'.utført med

en avrundet åpningskant 21', og avløpsåpningen 19' for den væske som skal fjernes er utformet i den traktformede bunns vegg. Åpningen 19' dekker bare en del av veggens periferi og kan omfatte mindre åpninger. En ringformet skillevegg 19'' er anordnet væske-og gasstett mellom åpningskanten 21<1> og mantelen 1' og har samme oppgave som rennens 19 bunn på fig. 1. En avløpsstuss 20' er anordnet som vist. Fig. 2b viser et horisontalsnitt til fig. 2a i tilfelle av et apparat med firkantet tverrsnitt. Av figuren frem - går at innløpsåpningen 10' er dekket med en rist 11', mens avløps-åpningen 19' er dekket med en separat rist 11". I dette tilfelle kan en etterregulering av avløpsmengden foretas ved å avblinde en del av ristens 11" sidekanter. Virkemåten er den samme som ved utførelsen ifølge fig. 1.

Fig. 3 viser en anordning av den øvre rist for behandlingskammeret som kan benyttes både med utførelsen ifølge fig. 1 og 2a og 2b. Risten 12'forløper på skrå.

Støtene mot øvre begrensningsrist ved denne utførelse øker slitasjen på kontaktelementene. De man også medføre deformasjon av elementene eller fastkiling i risten, som skal være så åpen som mulig for ikke unødig å hindre gass- og væskegjennomslippet. Disse ulemper er mest fremtredende ved harde, vinkelrette støt mot risten. For mest mulig å redusere disse ulempene kan risten f.eks. plasseres i en skråstilling som vist på fig. 3» gjøres noe krum, og/eller utføres av et mykt, elastisk materiale for å redusere slitasje-virkningen.

Det kan også med stor fordel anordnes utskiftbare støt- og lede-plater under øvre rist, som sprer kontaktelementene eller avbøyer deres vertikale bevegelse, slik at for harde, vinkelrette anslag mot underkanten av øvre rist unngås. ledeplaten eller platene kan være tette eller perforerte, rette eller krumme.

Fig-'. 4 viser skjematisk,, eksempler på. en anordning av slike plater 24, er passende for gass som-inneholder partikler av skarpt og slitende støv. Platene er utført med gummibelegg og gjort lett utskiftbare. Ved en slik utførelse som ble-prøvet, var anslagene mot øvre rist så meget avdempet at slitasjen her ikke ble noe problem-. Ledeplatene ble heller ikke utsatt for urimelig slitasje.

Et kontaktapparat i henhold til foreliggende oppfinnelse har en bratt stigende karakteristikk, det vil si sterkt økning av trykkfallet gjennom apparatet ved økende gassmengde. (Se fig. 7). Dette forhold gjør at apparatet egner seg godt for paralelldrift. For store gassmengder kan derfor apparatet bygges med flere para-lelle kammere som hvert utgjør en seksjon av hele apparatets tverrsnitt. Konstruksjonen fremgår i prinsipp av fig. 5. Hvert kammer utføres med et selvstendig apparat som på fig. 1, mens inn-løp 4', dråpefanger 14' og utløp 6' er felles for samtlige kammere. På grunn av den ovenfor omtalte relative steile karakteristikk for hvert kanmer, blir gassfordelingen til samtlige kammere meget jevn selv ved ujevn hastighetsfordeling i apparatets felles innløpsdel. Hastighetsfordelingen bør likevel søkes utjevnet så godt som mulig ved en hensiktsmessig utførelse av den felles innløpsdel, f.eks. ved hjelp av ledeskovler 25 eller liknende, spesielt ved lavt trykkfall over kontaktsonene. Væsketilførselen ordnes normalt med dysestokker og egnet tilførlsesorgan under gassinnløpet til hver seksjon. Ved utforming av væsketilførselen må det også sørges for mest mulig jevn væsketilførsel til hver seksjon. På fig. 5 er det anordnet en felles dysestokk 15' for flere kammere, med separat dyse, eventuelt dyser, for væsketilførsel til hvert kammer. Et kontaktapparat i henhold til foreliggende oppfinnelse kan også fordelaktig anordnes med seriekoplete kammere over hverandre, der hvert kammer i prinsipp utgjør en komplett, separat enhet i henhold til fig. 1. Konstruksjonen er i prinsipp vist på fig. 6. Væsken tilføres på vanlig måte i medstrøm til hvert enkelt kammer, mens væskeløpet gjennom hele apparatet går fra øvre til nedre kammer. En slik anordning av kammere over hverandre gir kost-nadsmessig fordeler i forhold til 2 eller flere separate tårn i serie, der det i tillegg til mellomliggende kanaler også vil kreves pumper for å sirkulere væsken fra den ene tårn til det andre.

Et apparat som vist på fig. 6 vil kunne gi tilnærmet likevekt mellom utgående gass og utgående væske i hvert kammer, og vil totalt gi en absorbsjonseffekt tilsvarende opp til 2 teoretiske trinn i motstrøm. Forutsetningen er at væske ikke ukontrollert kan passere fra det ene kammer til det andre gjennom apparatet. Nedadgående væske utenom fallrøret vil ikke forekomme, da væsken ikke kan trenge ned gjennom gassir.nløpet i hvert kammer. Oppadgående væskesprut eller -tåke'stoppes av en dråpeutskiller mellom hvert kammer.

Trykkhøyden for væsken som gjennom fallrøret passerer nedover til neste kammer, må i praksis være min. ca. 2 m vs for å få tilstrekkelig væsketrykk til dysen under innløpet til det underliggende kammer. For denne konstruksjon anvendes det lavtrykks fordelingsdyser da all atomisering av væske foregår inne i selve kammeret.

Ved svært lav kammer- og apparathøyde (lav-trykks scrubber) kan det være nødvendig å føre væsken inn i det underliggende kammer gjennom et alternativt innløp i kammerveggen, idet fallhøyden blir for lav for en tilfredsstillende dysefunksjon. Denne løsning kan i praksis anvendes i de tilfeller når gass eller væske ikke inneholder forurensninger eller bestanddeler som kan gi avsetninger og gjensetningsproblemer i nedre rist når denne ikke kontinuerlig blir spylt nedenfra av en <iyse.

For å oppnå full blandingseffekt i kontaktsonen kreves det at resirkulerende væske og kontaktelementer innblandes jevnt i gass-strømmen i hele den aktive kontaktsone. Resirkulerende kontaktelementer og væske blandes inn i den oppadstrømmende gass fra kanten av innløpsåpningen. Åpningens bredde er derfor begrenset, og må være mindre jo lavere kontaktsonen er. Ved en gitt kontaktprosess, som krever en gitt høyde av kontaktsonen,

er derfor kontaktapparatets maksimale dimensjon og derved også den maksimale kapasitet bestemt.

Det vil normalt være mest hensiktsmessig å tilføre væsken nedenfra. Hvis inngående gass ikke inneholder støvformige forurensninger, eller bare forurensninger av en art som ikke skaper gjenn-settingsproblemer i den nedre rist, kan væsken tilføres gjennom de omtalte alternative innløp, 15a, 15b, fig. 1. Med et slikt væskeinnløp blir apparatets funksjon uendret, i det tilført væske vil renne sammen med resirkulerende væske ut til kanten av inn-løpsåpningen og deretter sirkulere opp gjennom kontaktsonen på samme måte som om den var tilført gjennom dyseinnretningen 15.

Ved anordning av tilførselen som vist på fig. 1, 15a, behøves ikke noe væsketrykk slik som for en dyse. Væsken behøver heller ikke passere de trange og lett gjenntettbare tilførselskanaler i en dyse. Et tilførselsarrangement som 2a på fig. 1 har derfor store fordeler der disponibelt trykk på tilførselsvæsken er lavt eller hvis væsken inneholder forurensninger.

Apparatets virkemåte betinger at all gass/væskekontakt hovedsake-lig foregår i medstrøm. I et apparat som vist på fig. 1 er det derfor maksimalt mulig å oppnå likevekt med hensyn til temperatur, innhold av løselige gasser osv. mellom utgående gass og utgående væske fra apparatet. Fra toppen av kammeret faller væsken tilbake utenfor gasstrømmen og opptar derfor ikke ytterligere forurensninger. Væskeinnhold av forurensninger' blir derfor det samme i øvre del av kontaktsonen som i avtappingsstedet i kammerets ounnr

Noen motstrømseffekt er derfor ikke mulig å oppnå i et trinn, uansett plassering av tilførselorganet for væsken.

Et apparat i henhold til foreliggende oppfinnelse er meget fleksibelt med hensyn til variasjoner i gass- og væskemengder. Ved reduksjon av gassmengden er apparatets funksjon begrenset av at gassens innløpshastighet i kontaktsonen ikke må under-skride en grense som gir væskegjennomslipp gjennom nedre begrensningsrist utenfor de dertil anordnede renner. Denne gren-sen varierer med gassens og væskens spesifikke vekt, og ligger for et system med vann og luft ved 8-10 meter pr. sek. Den praktiske nedre grense for gasshastigheten ligger noe over denne verdi. Nedre grense for væsketilførselen er nådd når man ikke lenger har full fukting av kontaktelementenes overflate. Det forutsettes da at ringplatens overdekning av av-tapningsrennen er innjustert på en viss resirkulasjon. Øvre grense for gasshastighet nås når de oppadstrømmende kontaktelementer i den aktive kontaktsone får for stor hastighet og støter an mot øvre begrensningsrist med en slik kraft at det oppstår deformasjoner og uakseptabel slitasje. Væsketilfør-selen (det forutsettes fortsatt en gitt dimensjonering av av-løpsrennene) begrenses av opptredende "flooding" (overfløm-ning) innenfor kontaktsonen, dvs. at tyngden øker så meget av det store væskeinnhold at gass-strømmen ikke lenger opp-rettholder den tilsiktede sirkulasjon i kontaktsonen.

Endel utførte forsøk skal omtales under henvisning til diagram-mene på fig . 7 og 8.Prflvemedia var luft henh. vann av vanlig romtemperatur ved undersøkelse av kapasitet/trykkfalls-karakteristikk, samt ved undersøkelse av utskillingsevne for partikler. Ved undersøkelse av gassabsorbsjon ble det benyttet luft og vann med tilsatser av kjemikalier.

Søkerne har utført prøver med et kontaktapparat i henhold til foreliggende oppfinnelse, med tverrsnitt 1x1 m, innrettet for enkel ombygging for forskjellige trykkfall gjennom kammeret. Som kontaktelementer har vært anvendt sfæriske kuler av plast, av dimensjoner, vekter og antall varierende innenfor et vidt område.

Det er funnet at et kontaktapparat i henhold til foreliggende oppfinnelse er overmåte fleksibelt med hensyn til det trykkfall som kan legges over et enkelt behandlingskammer. Ved ett enkelt kammer.har trykkfallet vært variert i området fra ca.

20 mm VS opp til ca. 300 mm VS.

Det er funnet at det i prinsipp ikke er noen teoretisk grense for det trykkfall som kan oppnås over et enkelt kammer i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Et vesentlig lavere trykkfall enn ca. 15 mm VS vil dog neppe være mulig.

I området fra 20 mm VS til 300 mm VS kan den totale kammer-høyde variere fra f.eks. ca. 0,8 m til ca. 2,5 m ved et kam-mertVerrsnitt på ca. 1 m2. Gassens innløpshastighet vil da variere fra ca. 10 m/sek. til ca. 30 m/sek. Antall og spesifikk vekt av kontaktelementene varierer i optimal ut-førelse mot økende antall og vekt ved økende trykkfall. Ved anvendelse av runde, sfæriske elementer av diameter 30-50 mm, har det i trykkområdet 20-300 mm VS blitt oppnådd gunstige resultater med elementvekter fra 2,5 til 10 gram pr. element, og vol en fyllingsmengde fra ca. 3.000 til ca. 30.000 stk. i kammeret. Det trykkfall som oppnås over kammeret, er funnet i alt vesentlig å være en ren funksjon av den totale vekt pr. flateenhet av elementer og av den væskemengde som til enhver tid befinner seg innenfor kammeret, under forutsetning av at innløpshastighet og kammerhøyde er riktig avpasset.

Det er foretatt målinger av apparatets karakteristikk (trykkfall over kammeret som funksjon av gasshastigheten) ved en del forskjellige utførelser som gir forskjellige trykkfall ved nominell gassmengde. Prøvene ble foretatt for p nom = 20, 50, 100, 150 og 200 mm VS. De tilhørende karakteristik-ker er angitt på fig. 7.

Som det fremgår av fig. 7 er variasjonsområdet for gasshastigheten ut fra nominell gassmengde meget stort. Nedre grense er bestemt av begynnende pulsasjoner og ujevn drift, som gir delvis væskegjennomslipp gjennom nedre rist ved hastigheter noe høyere enn den minimumshastighet som gir kontinuerlig utslipp av væske mot gasstrømmen i innløpet. Øvre grense for gasshastigheten vil i alt vesentlig bare være bestemt av slitasje-forholdene for kontaktelementer og rister. Med økende hastighet øker både frekvensen og kraften i interne kollisjoner mellom elementene, og mellom elementer og rister. I praksis legges apparatets driftspunkt slik at slitasjen, dvs. hastigheten blir lavest mulig, ut fra de behov som stilles til stabil drift ved redusert gassmengde.

Det er funnet at man ved et gitt trykkfall oppnår optimal utskillingsgrad for gass- og partikkelformige forurensninger innenfor et relativt vidt variasjonsområde for den væskevekt som befinner seg i sirkulasjon i kammeret. Væskemengden er oppad begrenset av tendenser til "flooding" og pulserende bevegelse av elementfyllingen.

Nedad er væskemengden begrenset av utilstrekkelig fukting

av kontaktelementene. Da resirkulasjonsmengden innenfor kontaktsonen kan varieres ved variasjon av den prosentuelle overdekking av utløpsrennene, kunne væskemengden i kammeret varieres relativt uavhengig av den tilførte væskemengde. Største tilførte væskemengde som ble prøvd, var ca. 10 1 pr. m3/gass. Noe avhengig av trykkfallet over kammeret syntes dette å ligge i nærheten av største tillatte tilførsels-mengde ved fullt åpne renner, dvs. minimum resirkulasjon og oppholdstid innenfor kammeret. Laveste tilførte væskemengde som ble prøvd, var 0,05 1 pr. m3/gass. Dette ga fullt til-

fredsstillende fukting av kontaktsonen ved en overdekning av avtapningsrennene på ca. 90%, dvs. ca. 10 ggr. re-sirkulas jon i kammeret. Minimum tilført væskemengde regnet fra synspunktet om fukting av kontaktsonen synes kun å være begrenset av a) at all væske fordamper, eller b) for høy forslammingsgrad under resirkulasjonen.

Det er foretatt målinger av apparatets utskillingsgrader

for vannløselige, gassformige forurensninger. Systemet NH^-vann og systemet SOg- sodaoppløsning i vann er blitt under-søkt ved forskjellige trykkfall. Inngående konsentrasjoner av NH^ og S0>, var i begge tilfeller ca. 100 mg/Nm3.

Ved begge undersøkelser viste det seg at absorbsjonseffekten for vannløslig gass var optimal ved et trykkfall på ca. 50 mm VS over kammeret, og ikke økte målbart ved høyere trykkfall.

Ved ca. 50 mm VS trykkfall var det et ikke målbart avvik mellom NH^-konsentrasjonen i utgående gass og likevektskon-sentrasjoner i forhold til utgående væske. Så langt ned

som til ca. 30 mm VS var største avvik ikke over ca. 5$.

Ved en pK=7 på utgående Na2C0^-løsning, ble det ved et trykkfall på ca. 50 mm VS målt en utgående SO2- konsentrasjon på ikke over 3 mg/Nm3. Ved 30 mm. VS var utgående S02~konsentrasjon ikke over 10 mg/Nm3. Ved lavere pH på utgående Na2 SO^-løsning, var utgående SOg-konsentrasjon omtrent tilsvarende høyere i forhold til likevektskonsentrasjonene ved de to trykkfall.

Det er foretatt målinger av apparatets utskillingsgrader

for støvformige forurensninger i luft. Det har vært anvendt komersielle prøvestøv av kjente typer, så som malt og siktet kvarts og dolomitt (Mikrodol )i Som vaskemedium har vært anvendt vann, med varierende væske-resirkulasjon.

Det er kjent fra støvutskillingsteknikken at utskillings-graden for støv for en god våtvasker er en ren funksjon av den totale netto energi som forbrukes til selve vaskeprosessen. Under sammenliknbare forhold varierer effektivi-teten forholdsvis lite fra den ene type av våtvaskere til den andre, enten energiforbruket er laget på gassiden (høyt trykkfall) eller på væskesiden (stor spesifikk væskemengde og/eller høyt dysetrykk).

Dette gjelder under forutsetning av at vaskerens prinsipp eller konstruksjon ikke er slik at det gis anledning til "kortslutninger", dvs. at deler av den støvholdige gasstrøm ikke, eller bare i liten utstrekning kommer i kontakt med væsken, eller at gass/væske-blandingsforholdet, kontakt-flaten eller kontaktenergien varierer vesentlig over kontaktsonens tverrsnitt. Slike forhold medfører meget hurtig en ustabil og betydelig redusert utskillingsgrad for støv-formige forurensninger.

De utførte målinger på et apparat etter den foreliggende oppfinnelse har vist at apparatet har en utskillingseffekt for støv som i forhold til netto energiforbruk er fullt på høyde med de beste typer av moderne våtvaskere beregnet for støvutskilling, så som f.eks. venturi-scrubbere. Forsøkene har også vist at apparatets utskillingsevne er en ren funksjon av trykkfallet over kontaktsonen, uavhengig av hvordan dette trykkfall er etablert. Utskillingsevnen er f.eks. uavhengig av væsketilførsel og indre resirkulasjonsmengde, så sant bare det nødvendige minimum av væske for full fukting av kontakt-

legemene ér til stede i kontaktsonen.

Utskillingsevnen er også en ren funksjon av trykkfallet selv om variasjonen i trykkfall skyldes opp- og nedregulering av kapasitet og trykkfall langs apparatets karakteristikk (fig. 7) utenfor det nominelle driftspunkt. Grensene for stabil drift må dog selvsagt ikke overskrides.

På fig. 8 er vist en karakteristikk for apparatets utskillingsgrad som funksjon av trykkfallet over kontaktsonen.

Som prøvestøv har vært anvendt kommersiell ■i Mikrodol i|i inngående konsentrasjoner fra ca. 50 til ca. 200 mg/Nm3. Total netto energi i kontaktsonen kan regnes lik trykkenergien på gassiden alene, idet energien i tilført væske (dysetrykk x væskemengde) har vært forsvinnende i forhold til gassenergien. En ubrutt kurve er fremkommet ved at prøvescrubberen ble innrettet for et begrenset antall (4 stk.) nominelle trykkfall ved nominell gassmengde, og hvert arrangement kjørt med kapa-sitetsvariasjoner fra 75 - 80$ og opp til 130 - 145$ av nominell gassmengde.

Årsaken til den betydelige, tildels meget betydelige bedring og større jevnhet i støvutskilling som er oppnådd ved den foreliggende oppfinnelse, sett i forhold til tidligere ut-førelser, er å finne i kontaktsonens tekniske funksjon. I en motstrømsscrubber med tilfeldige, mer og mindre utpregede gjennombruddssoner gjennom kontaktsjiktet, oppstår det lett "kortslutning" på gassiden i gjennombruddssonene.

Ved motstrøms væsketilførsel oppstår det automatisk minimum væsketilførsel til soner med maksimal gassgjennomstrømming, slik at gass/væskefordelingen blir tilfeldig og tildels meget dårlig. Stor væsketilførsel synes i noen grad å av-hjelpe forholdet, idet også gjennombruddssonene får en viss væsketilførsel. Fallet i utskillingsgrad ved lave gassmengder for apparater etter de to nevnte norske patenter skyldes at driften blir ustabil, spesielt for motstrøms-utførelsen, med kraftige pulsasjoner, som tildels gir kortslutning på gassiden gjennom laget av kontaktlegemer.

De ovennevnte forklarte prøver må bare betraktes som eksempler. Apparatet og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kommer til anvendelse overalt hvor konvensjonelle apparater med fluidiserte sjikt benyttes, særlig til utskilling av gassformige og partik-kel- eller aerosolformige forurensninger i avgasser og industrielle reaksjonsgasser, også med kjemisk nøytralisasjon eller reaksjon i selve apparatet, direkte kjøling, oppvarming, varmeovergang eller befuktning, avgassing eller andre prosesser der det kreves et fleksibelt, driftssikkert apparat som kan tilveiebringe kontakt mellom mer eller mindre forurenset gass og væske.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for å tilveiebringe intim kontakt mellom gass og væske, f.eks. for gassrensning, varmeutveksling, gassab-sorpsjon, kjemisk reaksjon e.l., hvor gass og væske føres gjennom i det minste en i det vesentlige vertikal kontaktsone som inneholder kontaktlegemer som holdes mer eller mindre svevende, og hvor gassen tilføres kontaktsonen nedenfra gjennom en i forhold til kontaktsonens bunn innsnevret innløpsåpning som er dekket av en rist, karakterisert ved at gassens hastighet gjennom innløpsåpningen holdes så stor at den væske som er tilført kontaktsonen, hindres i å forlate sonen gjennom gassinnløpet, og væsken fjernes fra sonen utenfor dette.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at væsken innføres nedenfra gjennom gassinnløpsåpningen.

3. Apparat til utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1 eller 2, omfattende en apparatenhet eller flere apparatenheter som er anordnet ved siden av hverandre for parallelldrift eller over hverandre for seriedrift, hvor enheten eller hver enhet omfatter et i det vesentlige vertikalt hus (1) med et nedre innløps-kammer (9) for gass, et kontaktkammer (8) for gass og væske og som inneholder kontaktlegemer, et øvre utløpskammer (13) for gass, og gass- og væskegjennomtrengelige rister, gittere e.l. som danner nedre og øvre begrensninger for kontaktkammeret og også omfattende innretninger for tilførsel og innretninger for bortfør-sel av gass og væske, karakterisert ved at innløps-åpningen (10) for gass og eventuelt væske er utført i en mellom innløpskammeret (9) og kontaktkammeret (8) anordnet, for gass og væske ugjennomtrengelig bunn (7) som helt eller delvis er utført som avløpsinnretning (19,20; 19',19",20') for tilført væske.

4. Apparat ifølge krav 3, karakterisert ved at kontaktkammerets bunn er utført som en trakt (7) hvis nedre del omgir gassinnløpsåpningen og omfatter en væskesamle- og av-løpsrenne (19) som strekker seg i det minste langs en del av åpningens (10) omkrets.

5. Apparat ifølge krav 4, karakterisert ved at samle- og avløpsrennen er dannet mellom traktens innløpsåp-ning (10) og innløpskammerets vegg (1') og står gjennom minst en åpning (19<*>) i traktens vegg (7') i forbindelse med kontaktkammerets (8<1>) nedre del.

6. Apparat Ifølge krav 4 eller 5, karakterisert ved at rennens (19) indre periferiske kant (21,21') er avrundet slik at innløpsåpningen har dyseaktig, strømlinjeformet aksial-forløp.

7. Apparat ifølge krav 4,5 eller 6, karakterisert ved at avløpsrennens innløp er tildekket med rist (11, 11") .

8. Apparat ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved at hele trakten unntatt innløpskanten består av rist som eventuelt delvis er dekket med platemateriale.

9. Apparat ifølge ett eller flere av kravene 3-8, hvor ap-parathuset er sirkelrundt eller kvadratisk, karakterisert ved at innløpsåpningen er anordnet koaksialt med kontaktkammerets bunn.

10. Apparat ifølge ett eller flere av kravene 3-9, karakterisert ved at væsketilførselsinnretningen (15) er anordnet rett under gassinnløpet.