SE463699B - Foerfarande och anordning vid rening av gaser - Google Patents

Description

463 699 2 fysikaliska fenomen, sedimentation och diffusion, varvid partiklar i stor- leksområdet 0,5-10 pm endast blir svagt påverkade. Ett sådant filter blir därför förhållandevis stort och betingar en avsevärt kostnad. Trots detta erhålls en relativt dålig avskiljning av de finaste partiklarna, särskilt partiklar under 0,5 pm. Vidare har ett sådant stenbäddsfilter dålig verk- ningsgrad vid avskiljning av gaser, som här sker genom adsorption på sten- materialet.

Enligt föreliggande uppfinning föreslås användning av våtrening med hjälp av ett vätskebad, varvid den förorenade gasen bringas in under vätskans yta. Avskiljaren kommer härmed att fungera som ett vattenlås, som när det icke råder övertryck i det till gasrenaren anslutna utrymet håller detta avskilt från omgivande atmosfär.

För att en god reningsverkningsgrad skall erhållas i en våtrenare erfor- dras en intim blandning mellan vätska och gas i renaren. Reningsvätskan måste alltså fördelas som fina droppar i gasen eller också måste gasen bringas att passera genom vätskan i form av små bubblor. För våtrenare där gasen förs in under en vätskeyta gäller vidare att reningsverkningsgraden är mycket flödesberoende. God rening erhålls bara inom ett relativt smalt flödesintervall. Detta erbjuder speciella problem vid ett nödsystem, efter- som dessa system måste kunna ge en tillfredsställande rening oberoende av flödet utan någon aktiv kontroll eller reglering.

En anordning där den förorenade gasen förs ned under ytan på ett vätske- bad och renas vid passage upp genom vätskebadet är dock av andra skäl mycket lämplig som ett nödsystem. En sådan anordning kan fås att fungera helt passivt och kan stå ständigt insatsberedd, samt automatiskt träda i funktion vid en olycka eller driftsstörning.

Det har tidigare föreslagits gasreningsanordningar vid vilka en förorenad gas förs in under ytan på ett vätskebad och bubblar ut genom ett antal öppningar eller munstycken. Dessa tidigare föreslagna anordningar har emellertid dålig reningsverkan eftersom vanligtvis relativt stora luft- blåsor med låg hastighet passerar genom vätskebadet och det därför blir dålig kontakt mellan vätska och gas.

Vid en sådan känd reningsanordning enligt DE-PS 228 733 delas inkommande 463 699 3 gasflöde upp i ett antal delflöden och bringas att som fina strålar slå emot impinger eller anslagsytor. Denna anordning har emellertid den ovan- nämnda begränsningen att den har låg verkningsgrad vid låga gasflöden, eftersom gasen då kommer att bubbla upp genom vätskan relativt opåverkad i form av stora bubblor. För att ett sådant system skall ge hög rening krävs gashastigheter på 50-100 m/S.

Det har vidare föreslagits våtreningsanordningar enligt USA 3 216 181 (se fig. 4), USA 3 520 113 (se fig. 7) och USA 4 182 617 (se fig. 2), där gasen leds in under vätskans yta genom ett antal öppningar på successivt tilltagande djup. Vid ökande inloppstryck pressar den inkommande gasen ned vätskeytan i inloppsledningen till dess att den första utloppsöppningen friläggs och gasen bringas att strömma upp genom vätskan. Vid ökande flöde pressas vätskeytan ned ytterligare och fler öppningar friläggs, så att gasen kan strömma ut genom dessa som delströmmar. Därmed kan i viss mån flödesvariationerna förhindras att påverka reningsverkningsgraden.

Dessa tidigare kända anordningar har den nackdelen, att när vätskeytan i inloppsledningen pressats ned under en utloppsöppning, så kommer gasen att strömma ut i reningsbadet med låg hastighet. Gasen kommer därför att strömma upp genom vätskan som relativt stora, långsamt stigande bubblor.

Det sker därför en dålig frånskiljning av fina partiklar och gasformiga föroreningar. Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett förbättrat gasreningsförfarande av ovannämnt slag. Ett förfarande som ger intim kontakt mellan gas och reningsvätska, samt hög reningsverkningsgrad både vid dellast och fullast, och som har hög kapacitet inom en liten apparatvolym. Ett ytterligare syfte är att åstadkoma en anordning för genomförande av förfarandet.

För att uppnå detta syfte kännetecknas förfarandet enligt uppfinningen framför allt av de i den kännetecknande delen av patentkravet 1 angivna särdragen. En anordning för genomförande av förfarandet enligt upp- finningen kännetecknas framför allt av de särdrag som anges i den känne- tecknande delen av det första anordningskravet.

Vid förfarandet respektive anordningen enligt uppfinningen erhåller man alltid en hög reningsverkningsgrad oberoende av det totala gasflödets stor- 463 699 4 lek, genom att den förorenade gasen bringas att passera genom ett mot gas- flödets storlek anpassat antal inloppsöppningar på successivt ökande djup under vätskeytan och därefter genom högre belägna utloppsöppningar och sedan i form av bubblor bringas att strömma upp genom vätskan.

Vanligtvis innebär detta att bubblornas hastighet är ganska låg och att avskiljningsförmågan speciellt för partikelformiga föroreningar är mycket låg. Enligt föreliggande uppfinning bringas emellertid bubblorna att stiga uppåt med en hastighet som är väsentligt högre än den med vilken en ostörd bubbla stiger uppåt.

Föreslaget förfarande bygger på den överraskande upptäckten att då en ström av bubblor passerar genom en vätska med en hastighet som vid yt- passagen är högre än 0,1 m/s, med ythastighet avses gasens volymflöde dividerat med aktiv vätskeyta, sker en så häftig växelverkan mellan bubb- lorna, samanslagning och sönderdelning, att en mycket god partikel- avskiljning erhålls i vätskebadet.

Denna hastighet uppnås dock inte i en fritt stigande ström av bubblor.

Dessa stiger i vatten med en hastighet som är högst 0,3-0,5 m/s, och med hänsyn till att bubblorna endast upptar en mindre del av volymen i vätskan blir ythastigheten väsentligt lägre.

Enligt föreslaget förfarande kan dock bubblornas stighastighet ökas väsent- ligt. Detta uppnås genom att begränsningar i sidled införs, så att en del- ström av bubblor från en utloppsöppning inte kan breda ut sig över mer än en förutbestämd area. Areabegränsningen ökar möjligheten att bubblorna når en hög hastighet, men detta visar sig inte vara tillräckligt för att en tillfredsställande avskiljningsgrad skall uppnås.

För att ytterligare öka bubblornas stighastighet föreslås därför enligt föreliggande uppfinning att utrymmet för uppåtstigande bubblor begränsas, så att en väsentlig del av badets yta inte passeras av stigande bubblor ens vid maximal belastning. Genom detta förfarande, som åskådliggörs i exemplet nedan, kan en mammutpumpeffekt erhållas.

Badet delas därför upp i ett antal celler, i fortsättningen kallade stigar- celler, i vilka bubblor stiger uppåt, och mellan dessa arrangerade ut- 463 699 rymmen, i fortsättningen kallade àterströmningskanaler, i vilka inga bubb- lor införs. Stigarcellerna skiljs frän varandra och från återströmnings- kanaler och omgivande passiv vätska med avskärmningar. Dessa avskärmningar utgörs av väggar som fullständigt eller nästan fullständigt omsluter en delström av gasbubblor under passagen från utloppsöppningen till vätske- ytan. Väggarna slutar företrädesvis något under nivån för vätskebadets yta då detta inte belastas.

När en viss stigarcell belastas medför flödet av gasbubblor att vätske- nivån i cellen stiger eftersom det statiska trycket vid avskärmningarnas underkant skall bibehållas vid det värde som bestäms av omgivande vätska.

Detta värde bestäms på båda sidor om avskärmningen av tyngden för den vätskepelare som sträcker sig från denna nivå upp till ytan. Eftersom när- varon av gasbubblor minskar volymvikten i stigarcellen måste detta kompen- seras av en högre nivå för vätskans yta i cellen. Om detta innebär att jämvikt uppnås vid en nivå som ligger högre än avskärmningarnas övre kant kommer vätska att rinna över i angränsande utrymmen, återströmningskanaler.

Dä kommer inte heller jämvikt att råda vid avskärmningarnas undre kant.

Trycket i stigarcellen komer där att vara lägre än i omgivningen, varför ny vätska strömmar in.

På detta sätt erhålls en vätskeströmning uppåt genom stigarcellen. Bubb- lorna kommer p g a denna strömning att stiga med en högre hastighet, efter- som den hastighet som deplacementets lyftkraft ger, adderas till den uppåt- strömmande vätskans hastighet.

Vid upprepade försök har detta visat sig ge en oväntat intensiv växelver- kan mellan bubblorna och en överraskande stor förbättring av avskiljnings- graden, speciellt för små partikelformiga föroreningar.

Det har även visat sig vara av ringa betydelse hur de munstycken är utfor- made genom vilka gasen slâpps ut i vätskan. Efter en kort sträcka, exempel- vis 0,5 m, är strömningsbilden väsentligen lika för högst varierande ut- loppsmunstycken. En väsentlig fördel erbjuds därmed av föreslaget förfa- rande genom att billiga fördelningsanordningar kan användas.

För att god avskiljning skall erhållas vid varierande flöde av förorenad gas föreslås att den förorenade gasen fördelas till stigarceller via en 465 699 6 fördelningsanordning med inloppsöppningar anordnade på successivt ökande djup, t ex så som visas i följande beskrivning av en utföringsform av upp- finningen.

En följd av ett sådant arrangemang blir att flödet genom en enskild stigar- cell ökar något då det totala gasflödet ökar, eftersom detta medför att tryckfallet över utloppsanordningarna ökar p g a att vätskeniván inuti för- delaren sänks. Detta försämrar dock inte avskiljningen, snarare tvärtom, eftersom bubblornas stighastighet då också ökar. Den variation i verknings- grad som detta dock leder till, kan hållas liten om det vertikala avstån- det mellan inloppsöppning och utloppsöppning är av samma storleksordning som nivåskillnaden mellan högst och lägst belägna inloppsöppning, eller åtminstone inte är väsentligt mindre.

Uppfinningen skall nu närmare beskrivas under hänvisning till bifogade rit- ningar.

Figur l visar en vertikalsektion av en första utföringsform av en gasreningsanordning enligt föreliggande uppfinning.

Figur 2 visar en tvärsektion i snitt enligt linjen II-II i figur 1.

Figur 3 visar en detaljvy av ett i gasreningsanordningen enligt figur 1 ingående fördelarrör med munstycke.

Figur 4 visar en vertikalsektion av en andra utföringsform av en gasreningsanordning enligt uppfinningen.

I figur 1-3 visas schematiskt en gasreningsanordning med ett tryckkärl l, vilket utgörs av en cylindrisk yttervägg 10, en något välvd botten 11 och ett välvt lock 13. Gasreningsanordningen har ett inlopp 12 för förorenad gas, anslutet till en fördelare 14, ett utlopp 16 för renad gas samt ett medel 84 för till- och bortförsel av vätska, till respektive från tryck- kärlet 1.

Fördelaren 14 består av ett antal, i exemplet sex, radiella, snett nedåt riktade fördelarrör 18. Fördelarrören uppvisar en yttre, vertikal, nedåt- riktad rörsektion 20, med en nedåtriktad fri öppning 22. På sina sneda 465 699 7 delar uppvisar fördelarrören 18, till tvärgående distributionsrör 26, an- slutna stigrör 24, som v* gasintag eller inloppsöppningar 64 står i för- bindelse med fördelarrören 18.

Distributionsrören 26 är, så som bäst framgår av figur 3, försedda med mun- stycken 28 med utloppsöppningar eller mynningar 31.

Fördelaren 14 är nedsänkt i ett vätskebad pá ett visst djup, beroende på eftersträvad reningsgrad, under dess yta 34 och uppvisar en inre vätskeyta 46, vars läge beror på den inkommande gasens tryck. Dä reningsanordningen träder i funktion kommer gasen att strömma ut i vätskan med ett tryckfall motsvarande höjdskillnaden h mellan respektive utloppsöppning 31 och den inre vätskeytan 46.

Ett antal mellanväggar 48 är så anordnade i vätskebadet 32 att det kring varje munstycke 28 bildas en stigarcell 50 och att det i radiell led mellan stigarcellerna 50 bildas återströmningskanaler 52. Mellanväggarna 48 har till uppgift att innesluta den uppåt strömmande gasen under en stor del av passagen till ytan, men behöver inte nödvändigtvis vara alldeles täta. Det kan vara fördelaktigt att vätska från återströmningskanalerna 52 sugs in i den stigande strömmen av bubblor.

Som framgår av figur 2 upptar återströmningskanalerna 52 tillsammans en mindre yta än stigarcellerna 50. Förhållandet mellan återströmningskanaler- nas totala yta och stigarcellernas totala yta är mellan 0,05 och 0,5, före- trädesvis mellan 0,05 och 0,2. En enskild stigarcell har en yta som kan vara mellan 0,01 och 0,10 kvadratmeter, företrädesvis mellan 0,01 och 0,04 kvadratmeter.

Av figur 2 framgår även att mellanväggarna 48 bärs upp av mellan fördelar- rören 18 anordnade radiella bärväggar 54.

I den i figur l visade utföringsformen befinner sig alla munstyckenas 28 utloppsöppningar 31 på samma nivå i tryckkärlet 1. Avståndet mellan vätske- ytan 34 och utloppsöppningarna 31 är mellan l och 10 m, företrädesvis mellan 2 och 5 m. Det bör dock observeras att den avgörande faktorn för gasreningen är mellanväggarnas höjd och inte badets djup. Mellanväggarnas 48 övre kant är något under den nivå badets yta 34 har i obelastat till- 463 699 8 stånd. Läget för övre kanten bör anpassas efter driftsförhållandena så att variationer i vätskemängd beroende på kondensation av exempelvis vatten- ånga i den förorenade gasen eller förångning av tvättvåtska inte påverkar funktionen på störande sätt. Om den förorenade gasen är varm bör därför mellanväggarna 48 sluta ett stycke under vätskeytan 34, förslagsvis 0,1 till 1,0 m.

Mellanväggarnas 48 nedre kant ligger på en nivå under munstyckenas 28 ut- loppsöppningar 31. Detta innebär att den gas som strömmar ut genom ett visst munstycke 28 bara kan stiga genom vätskan i mot detta munstycke 28 svarande stigarcell 50.

I den i figur 4 visade utföringsformen befinner sig munstyckenas 28 ut- loppsöppningar 31 inte på samma nivå. Där är istället avståndet mellan ut- loppsöppningarna 31 och inloppsöppningarna 64 lika för samtliga munstycken 28. Detta innebär således att vid ökande belastning i funktion tagna mun- styckens utloppsöppningar ligger på successivt ökande djup. Mellanväggar- nas 48 nedre kanter är på motsvarande sätt anpassade till detta ökande djup så att mellanväggarna 48 även i detta fall sträcker sig till en nivå under respektive munstyckes 28 utloppsöppning 31. Mellanväggarnas 48 övre kanter är däremot även i detta fall samtliga på samma nivå.

Gasreningsanordningens funktion är följande. I obelastat tillstånd tränger tvättvätska in genom utloppsmunstyckenas 28 öppningar 31 och genom de undre öppningarna 22, på fördelarrörens 18 vertikala delar 20, så att den inre vätskeytan 46 i fördelaren 14 är på samma nivå som den yttre vätske- ytan 34. Gasrenaren har nu en vattenlåsfunktion. Vid en driftstörning med utsläpp av gas ökas trycket i inloppet 12 och den inre vätskeytan 46 pressas nedåt till dess att den kommer under en tröskelkant 65 vid den eller de högst belägna inloppsöppningarna 64 till munstyckena 28. Gasen tränger då ut genom dessa utloppsmunstyckens 28 utloppsöppningar 31 och stiger i form av bubblor upp genom tvättvâtskan i de stigarceller 50 som omger de verksama munstyckena 28. Tvättvâtskan i de aktuella stigarceller- na 50 bringas att strömma uppåt av den mammutpumpeffekt (se beskrivnings- inledningen) som erhålls genom samverkan med vätskan i de återströmnings- kanaler 52 som gränsar mot stigarcellerna.

Gasbubblorna stiger, på grund av denna vâtskeströmning, genom de aktuella f» 463 699 9 stigarcellerna med så hög hastighet att deras ythastighet, d v s gasens volymflöde över ytan dividerat med aktiv vätskeyta blir större än 0,1 m/s, företrädesvis 0,2 till 0,5 m/S. Detta innebär att en häftig växelverkan, d v s sammanslagning och sönderdelning, uppstår mellan gasbubblorna, vari- genom en mycket god avskiljning, även för de vanligtvis mycket sväravskil- da partikelformiga föroreningarna med en storlek mindre än 0,5 mikrometer, erhålls, Tvättvätskan kommer att tillsammans med gasbubblorna stiga upp genom de aktuella stigarcellerna 50 tills de passerar mellanväggarnas 48 övre kan- ter varefter tvättvätskan strömmar tillbaka ned genom äterströmningskana- lerna 52. Bubblorna fortsätter att stiga upp genom badet 32 och passerar genom ytan 34 till utrymmet 35 under kärlets 1 lock 13.

Från utrymmet 35 leds gasen via utloppet 16, eventuellt genom ytterligare, ej visad, reningsanordning, till en skorsten eller annat utsläppsorgan.

När den i gasreningsanordningen inströmmande gasens tryck och/eller flöde ökar kommer den inre vätskeytan 46 att pressas ned ytterligare i fördela- ren 14, varigenom ett större antal inloppsöppningar 64 kommer att genom- strömmas av gas i ett ökande antal delströmmar. Detta medför att flödet genom en enskild stigarcell 50 är relativt oberoende av det totala gas- flödet genom gasreningsanordningen.

Utrymmet 35 är dimensionerat för att kunna ta upp den volymökning badet får pä grund av de stigande gasbubblorna samt bl a den kondensation som sker om den förorenade gasen är fuktig.

Om den förorenade gasen är varm kan vätska istället förängas, varigenom vätskeytan 34 sänks. Av detta skäl bör, som tidigare nämnts, mellanväggar- nas övre kanter vara anordnade pä ett avpassat avstånd under den nivä badets yta 34 intar i obelastat tillstànd, sä att tvättvätskan med säker- het kommer att passera över dessa kanter under den tid som reningsanord- ningen skall kunna vara i funktion utan övervakning eller tillförsel av vätska via medlet 84.

Avskiljning av gasformiga komponenter kan underlättas genom inblandning av lämpliga ämnen i tvättvätskan, vilka ämnen reagerar med föroreningarna. 463 699 m Exempelvis kan man för absorption av gasformigt jod blanda natriumtiosul- fat i tvättvätskan.

En gasreningsanordning enligt uppfinningen kan göras godtyckligt stor. Den kan innefatta flera från varandra åtskilda och av varandra oberoende för- delare 14. Vidare kan en gasreningsanläggning bestå av flera separata gas- reningsanordningar. Det senare underlättar underhàllsarbeten och möjliggör avställning av enstaka enheter med bibehållen beredskap.

Uppfinningen är naturligtvis inte begränsad till de ovan beskrivna ut- föringsformerna, utan kan modifieras pà många sätt inom ramen för efter- följande patentkrav.

Fördelaren och därtill hörande konstruktionsdetaljer kan t ex utformas i enlighet med de utföringsformer som finns beskrivna i patentansökan PCT/SE87/00420 och i patentansökan PCT/SE87/00421.

Mellanväggarna 48 mellan stigarcellerna 50 och áterströmningskanalerna 52 kan vidare förses med spalter som tillåter viss begränsad samverkan eller med s k gälar, genom vilka vätska kan strömma in i stigarcellerna 50, men vilka är så utformade att gas inte kan bubbla ut. (ä

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 463 699 ll P A T E N T K R A V

1. Förfarande vid rening av en gas eller gasblandning från fasta, flytande och/eller gasformiga föroreningar, varvid gasen leds sä under ytan (34) pà ett bad (32) med tvätt- eller reningsvätska medelst ett gasfördelnings- system (14) med pà successivt ökande djup under vätskeytan (34) anordnade inloppsöppningar (64) att den bringas att passera upp genom badet i flera delströmmar, varvid varje delström har ett av det totala gasflödets stor- lek oberoende volymflöde, k ä n n e t e c k n a t a v att den förore- nade gasen bringas att bubbla upp genom vätskebadet med en hastighet som överstiger den med vilken en fri bubbla stiger genom badet, genom att varje delström av den förorenade gasen under sin passage genom vätskebadet bringas att strömma genom en vätskemassa som, helt eller nästan helt, skärmas av fràn, i horisontalplanet, närliggande delar av badet, under en väsentlig del av sin passage genom badet (32).

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att delström- men bringas att bubbla upp genom vätskebadet med en hastighet som alldeles över badets yta ger gasen en hastighet överstigande 0,1 m/s, företrädesvis 0,2 till 0,5 m/s.

3. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t a v att samtliga delströmmar avskärmas och bringas att var för sig, inom förutbestämda areor, passera upp genom vätskan.

4. Förfarande enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t a v att den med gasdelströmmarna, enligt principen för en mammutpump, uppåt förda vätskan bringas att strömma över avskärmningar (48) tillbaka ned i vätskebadet genom att varje area (50) avsedd för en delström av förorenad gas gränsar till en area (52) avsedd för átercirkulation.

5. Anordning avsedd att användas vid rening av gas eller gasblandning, vid förfarande enligt något av ovanstående krav, innefattande ett delvis vätskefyllt kärl (1) med ett inlopp (12) för förorenad gas och ett utlopp (16) för renad gas och ett gasfördelningssystem (14) med pá successivt ökande djup under vätskeytan (34) anordnade inloppsöppningar (64) och ut- loppsöppningar (31), fördelade över huvuddelen av badets tvärsnitt, sam- verkande med nämnda inlopp, k ä n n e t e c k n a d a v att utlopps- 465 10 15 20 25 30 699 12 öppningarna (31) är anordnade på ett väsentligt djup under vätskebadets (32) yta (34) och att väsentligen vertikala avskärmningar (48), bildande celler (50) för stigande bubblor, är anordnade i badet, vilka celler (50), fullständigt eller nästan fullständigt innesluter en delström av den föro- renade gasen under en väsentlig del av avståndet mellan respektive utlopps- öppning (31) och vätskebadets (32) yta (34).

6. Anordning enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d a v att mellan och/eller intill celler (50) för stigande bubblor är anordnade utrymmen (52) i badet (32), under vilka ej finns någon utloppsöppning (31).

7. Anordning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d a v att avskärmning- arnas (48) övre kanter är belägna något under den nivå badets yta (34) har i obelastat tillstànd.

8. Anordning enligt krav 6 eller 7, k ä n n e t e c k n a d a v att av- skärmningarna (48) bildar celler (50) med helt täta väggar, vilka cellers (50) nedre öppningar är belägna pá väsentligen sama djup under badets (32) yta (34) som motsvarande utloppsöppningar (31), företrädesvis 2-5 m.

9. Anordning enligt krav 6, 7 eller 8, k ä n n e t e c k n a d a v att alla utloppsöppningar (31) är anordnade pä samma djup under badets yta (34) eller att utloppsöppningarna (31) är anordnade pá successivt ökande djup under badets yta (34), så att vid successivt ökande flöde av förorenad gas är gasfördelningssystemet (14) anordnat att fördela gas till successivt djupare belägna utloppsöppningar (31).

10. Anordning enligt krav 6, 7 eller 8, k ä n n e t e c k n a d a v att avskärmningarna (48) är anordnade med sina övre kanter pà en successivt ökande nivå, sä att vid högre belastning i drift tagna celler omges av högre avskärmningar (48). L)