WO2018197282A1 - Vorrichtung und verfahren zur abgaswäsche sowie harnstoffanlage mit einer abgaswäsche - Google Patents

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sump
washing stage
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Dr. Helmut GEHRKE
Martina Schmitz
Stephan Buß
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Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag
Thyssenkrupp Ag
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Definitions

  • the invention relates to a device for removing a gaseous chemical compound from an exhaust gas, wherein the gaseous chemical compound is convertible by reaction with a washing solution in an aqueous liquid phase, with a channel having a washing area with n washing stages, which are arranged such that an exhaust gas along a transport direction from a first washing stage to an n-th washing stages is feasible, wherein n is at least two, wherein each of the n washing stages comprises: - a surface enlargement structure,
  • a spraying device for spraying the surface enlarging structure with a solvent, an effluent for collecting a sumping solution containing the washing solution from the surface enlarging structure, and
  • a return line connected to the drain for returning a first partial flow of the sump solution to the spray device of the same washing step, with the exception of the outflow of the first washing step, the outflow of each individual washing step via a washing stage connecting line for passing a second partial flow of the sump solution to the return line the opposite to the transport direction (T) immediately adjacent washing stage is connected.
  • the invention relates to a method for removing a gaseous chemical compound from an exhaust gas, wherein the gaseous chemical compound is converted into an aqueous liquid phase by reaction with a washing solution, wherein the exhaust gas through a washing region of a channel along a transport direction from a first washing stage is conducted to an n-th washing stage, where n is at least two.
  • a device with several washing stages is known from US 5,403,568 A.
  • the washing steps of this apparatus each have a pack-shaped surface enlarging structure which is sprayed with a washing solution by a spraying device.
  • the bottoms streams flowing from the surface augmentation structures of the individual washing stages are combined, mixed with fresh wash solution, and then returned to the sprayers of the individual washing stages.
  • the concentration of sprayed washing solution in all washing stages is identical, so that the detergent mass flow, for example, an acid mass flow, can be set in each washing step exclusively on the spray rate with which sprays the detergent to the surface enlargement structure becomes. This limits the efficiency of the device.
  • a washer for desulfurization of flue gas which is a horizontal scrubber, which has several washing stages, each with spray devices, wherein the enriched scrubbing liquid is separated and returned the scrubbing liquid from the second scrubbing stage from a collecting container via a pump can be returned to the first washing step in a collecting container of the first washing stage and from there via a pump and a line back to the spray device, so that the washing liquid can be used again in the first washing stage.
  • Two washing stages are provided here, wherein a lime-containing absorbent is used as the washing liquid.
  • Fillers are respectively provided in the washing stages in order to establish an intensive contact between the gas and the absorbent liquid, as well as in each case a mist eliminator and a spray device and a drain for the discharge of the enriched spray liquid, whereby a return line from the second to the first washing step is also present , From the bottom of the second washing stage, a partial flow is returned via a line back to the spray device of the same washing stage and a second partial flow is returned via a branching line in the bottom of the first washing device, from where then the washing liquid at least indirectly via a pump and a line passes to the spray device of the first washing stage.
  • the object is achieved by a device for removing a gaseous chemical compound from an exhaust gas, wherein the gaseous chemical compound can be converted by reaction with a washing solution in an aqueous liquid phase, with a channel having a washing area with n washing stages, which are arranged in that an exhaust gas can be conducted along a transport direction from a first washing stage to a nth washing stage, where n is at least two, with each one of the n washing stages
  • a surface enlargement structure in particular a bed or a packing
  • a spraying device for spraying the surface enlarging structure with a solvent
  • a drain for collecting a sump liquor expelled from the surface augmentation structure containing the wash solution; and a recirculation conduit connected to the effluent for returning a first substream of the sump liquor to the same wash unit sprayer, and with the exception of the effluent of the first wash step, the outflow of each individual washing stage is connected via a washing stage connecting line for passing a second partial stream of the sump solution to the return line of the washing stage immediately opposite the transport direction, and wherein the nth washing stage has an inlet for supplying the return line of the nth washing stage fresh scrubbing solution comprises, wherein the outflow of the first washing stage via a drain for passing a second partial flow of the sump solution with a measuring device for determining the pH of the second partial flow of the sump solution and / or with a Messei tion for determining the concentration of the washing solution in the second partial flow of the sump solution is connected.
  • the object is further achieved by a method for removing a gaseous chemical see compound from an exhaust gas, wherein the gaseous chemical compound is converted by reaction with a washing solution in an aqueous liquid phase, wherein the exhaust gas through a washing area of a channel along a transport direction of a n is at least two, wherein in each of the n washing stages each a surface enlargement structure, in particular a bed or a pack is sprayed by means of a spray device with the washing solution, a running off of the surface enlargement structure Collected sump solution and a first partial flow of the sump solution is returned via a return line to the spray device of the same washing stage, with the exception of the first washing step, a second partial flow of the sump solution of each washing step is passed via a connecting line in the return line of the opposite direction of transport directly adjacent washing stage , and wherein the return line of the n-th washing stage is supplied via a feed fresh washing solution, wherein by means of at least one measuring device, the pH of a
  • the sump solution is fed to a washing stage via a connecting line of the respective washing stage immediately opposite to the transport direction.
  • a flow of the washing solution against the transport direction of the exhaust gas can be made possible.
  • the nth washing step includes an inlet for supplying the return line of the nth washing step with fresh washing solution, so that the concentration of the washing solution sprayed in the nth washing step is increased. In the apparatus, therefore, a concentration gradient of the spray solution sprayed in the individual washing stages can be adjusted, such that the concentration of the washing solution in the transport direction of the exhaust gas increases.
  • the first to (n-1) th washing stage preferably does not comprise an inlet for supplying the return line of the respective washing stage with fresh washing solution.
  • the concentration of the washing solution in a certain stage is meant the molar fraction in mol% of a detergent component in the washing solution in this stage, ie with respect to the washing solution which is sprayed in this stage.
  • the mole fraction in mol% of said detergent component per mole of detergent in the n-th stage is preferably one and a half times or twice or three times or four times. times or five times the size of the first stage.
  • the molar fraction in mol% of said detergent component per mol of detergent decreases in the direction of transport and starting at the nth stage and ending in the first stage depending on the degree of conversion of the component to be washed out of the gas stream, preferably per Washing step by 4 mol% or 8 mol% or 12 mol% or 16 mol% or 20 mol% or 24 mol% or 28 mol% or 32 mol% or 36 mol% or 40 mol% or 44 mol% or 48 mol% or 52 mol% or 56 mol% or 60 mol%.
  • the device according to the invention is intended to separate gaseous chemical compounds which are present in the exhaust gas and which can be integrated into an aqueous liquid phase by an acid-base reaction, in order to prevent the emission thresholds given by the authorities from being discharged by the device be crossed, be exceeded, be passed.
  • the wash solution is an acidic wash solution.
  • the acidic wash solution comprises sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, or mixtures of sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid and / or phosphoric acid, or mixtures of sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid and / or urea solution.
  • the wash solution is a base.
  • the wash solution comprises a strong and / or a weak base.
  • the washing solution comprises a strong inorganic and / or a weak inorganic and / or a strong organic and / or a weak organic base.
  • the washing solution preferably comprises sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), ammonia solutions and / or calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ).
  • the washing solution preferably comprises mono-, bi- and / or trifunctional amines, more preferably MDEA (methyldiethanolamine).
  • the surface enlarging structure is designed as an installation in the washing area of the channel, which leads to a corresponding enlargement of the surface, but opposes little resistance to the exhaust gas flowing in the transport direction due to the generated pressure loss.
  • the surface enlargement structure preferably comprises random beds and / or structured packings.
  • the surface enlargement structure comprises random beds selected from the group consisting of Raschig rings, saddles, spirals, and combinations thereof.
  • the surface enlarging structure comprises structured packings selected from the group consisting of tissue packs, sheet metal packings, expanded metal packings, plastic packs, grid packings and combinations thereof.
  • the surface augmentation structure comprises random beds selected from the group consisting of Raschig rings, saddles, spirals, and combinations thereof, and structured packings selected from the group consisting of fabric packs, sheet metal packings, expanded metal packs, plastic packs, grid packings, and combinations thereof.
  • the surface enlargement structure comprises random structure elements selected from the group consisting of Raschig rings, Pall rings, saddle bodies, spring-type bodies, and combinations thereof; and or
  • structured structural elements selected from the group consisting of sheets, corrugated sheets, shaped sheets and combinations thereof; and or
  • n is equal to two - i. the device has exactly two washing stages - so that a device with a minimum investment cost is obtained.
  • n may be three or four or five or six or seven or eight or nine or ten.
  • each of the n washing stages comprises a conveying device, in particular a pump, for conveying the first partial flow of the sump solution through the return line.
  • the spray rate in each washing stage can be adjusted independently of the spray rates of the other washing stages.
  • a quantity control, a frequency control, a voltage control, a current control or the return of a partial flow from a pressure side to a suction side of the conveyor can be used.
  • the outflow of the first washing stage is via a discharge line for passing a second partial flow of the sump solution with a measuring device for determining the pH of the second partial flow of the sump solution and / or with a measuring device for determining the concentration of the washing solution in the second partial flow connected to the sump solution. Based on the pH and / or the concentration of the washing solution, the amount of fresh washing solution to be supplied to the nth washing stage can be determined.
  • the measuring device for determining the pH of the second partial flow of the sump solution and / or the measuring device for determining the concentration of the washing solution in the second partial flow of the sump solution with a regulating device for regulating the above Feed supplied amount of fresh wash solution is connected.
  • a control circuit with which the desired replenishment of the washing solution sprayed in the nth washing stage can be provided.
  • all the washing stage connecting pipes have a regulating device for adjusting the amount of passed through sump solution.
  • the regulation devices are valves.
  • Each of the n washing stages preferably comprises a measuring device for determining the filling level of the sump solution in a sump of the respective washing stage.
  • the measuring device for determining the level of the sump solution may be connected to a regulating device of the respective washing stage connecting line, which is connected to the outlet of the washing stage.
  • the discharge of the sump solution from a washing stage can be adjusted in an advantageous manner as a function of the filling level in the bottom of the washing stage.
  • Each of the n washing stages preferably comprises a barrier for preventing the mixing of the sump solution of a washing stage with the sump solution of one of the remaining washing stages, in particular an immediately adjacent washing stage.
  • a barrier ensures that the bottoms solution of one wash step does not mix with the bottoms solution of another wash step, especially an immediately adjacent wash step.
  • the device according to the invention comprises a channel.
  • the channel is single-walled.
  • the channel is multi-walled.
  • a change in cross section preferably takes place via a step-shaped or an oblique course in a channel wall or a plurality of channel walls of the channel.
  • the change in cross section is adapted to the respective space given situation of a urea plant.
  • the term cross-section is understood to mean the surface provided by the channel for conveying the exhaust gas, perpendicular to the flow direction.
  • the device is designed such that the channel in the installed state of the device, in particular in a urea plant, extends substantially horizontally.
  • the spraying device comprises one or more spray nozzles for spraying the washing solution.
  • the device has a dust removal area in which dust present in the exhaust gas can be deposited.
  • the dust removal area is preferably arranged in the transport direction of the exhaust gas upstream of the washing area with the n washing stages.
  • the object mentioned at the outset is also achieved by a urea plant with a device described above for removing a gaseous chemical compound from an exhaust gas.
  • ammonia can be removed from the exhaust gas of the urea plant so far that its remaining fraction in the exhaust gas is below a critical or officially prescribed threshold value.
  • the device according to the invention in the urea plant removes gaseous ammonia by integration into the aqueous liquid phase by using an acid which forms ammonium by reaction and then leads to the removal of ammonia accordingly.
  • gaseous ammonia is integrated into the aqueous liquid phase and removed from the device.
  • the ammonia reacts instantaneously with an acidic wash solution and forms ammonium ions.
  • the ammonia partial pressure above the liquid phase is approximately zero, so that it is possible to remove the ammonia from the gas phase.
  • gaseous ammonia and / or gaseous NO and / or gaseous NO 2 and / or gaseous SO 2 in particular for flue gas desulfurization, and / or gaseous CO 2 , in particular for CO 2 removal from the flue gas of fossil-fired power plants, and / or or HF, in particular in the acidic treatment of fluoride-containing ores, for example phosphate ores, into the aqueous liquid phase and removed from the device.
  • Gaseous reactive components preferably inorganic or organic reactive components, are preferably integrated into the aqueous liquid phase and removed from the apparatus.
  • urea dust When used in a urea plant, urea dust is preferably separated from the exhaust gas, at least in parts, in a suitable manner known to the person skilled in the art, before the so-pregiven exhaust gas enters the washing region of the device, which has the n washing steps. According to an advantageous embodiment of the method according to the invention this takes place in a urea plant.
  • the exhaust gas is preferably passed through the washing area (12) at a speed of less than 20 m / s, preferably less than 10 m / s and particularly preferably less than 5 m / s.
  • Another aspect of the invention relates to the use of a device according to the invention in a method according to the invention. All embodiments described in connection with the device according to the invention apply analogously to their use according to the invention and are therefore not repeated at this point.
  • FIG. 1 schematically shows an apparatus for waste gas scrubbing according to a first exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows schematically the washing area of the device for the exhaust gas scrubbing according to FIG. 1.
  • FIG. 1 schematically shows an apparatus for waste gas scrubbing according to a first exemplary embodiment of the present invention.
  • a device 1 which is installed in a urea plant and with the purpose of pursuing the exhaust gas to remove ammonia so far that its remaining proportion in the exhaust gas is below a critical or officially prescribed threshold.
  • the exhaust gas is introduced via an inlet opening 10 into a channel 5 of the device 1 and guided in the transport direction T through the channel.
  • the removal of ammonia takes place stepwise in the washing area 12.
  • the cleaned exhaust gas leaves the device 1 via the outlet opening 20.
  • a dust-collecting area can optionally be arranged, in which dust present in the exhaust gas is deposited.
  • the washing stage through which the exhaust gas flows as the last washing stage should be referred to as the primary washing stage 41.
  • a secondary washing stage 42 is arranged.
  • a tertiary washing stage 43 is arranged.
  • the washing area 12 shown in FIG. 2 corresponds to the washing area 12 from FIG. 1.
  • the primary washing stage 41, the secondary washing stage 42 and the tertiary washing stage 43 are arranged one behind the other against a direction predetermined by the transport direction T of the exhaust gas, the exhaust gas first passing through the tertiary washing stage 43 and then the secondary washing stage 42.
  • the primary washing stage 41 viewed along the transport direction T, forms the end of the washing area 12.
  • the primary washing stage 41, the secondary washing stage 42 and the tertiary washing stage 43 each have an outlet 35 through which a sump solution containing the washing solution 22, which has run off a surface enlarging structure 3, is led out of the channel 5.
  • the primary washing stage 41, the secondary washing stage 42 and the tertiary washing stage 43 each have a return line 4, wherein each return line 4 the individual Outflow 35 with the spray device 2 of the respective washing stage 41, 42, 43 connects.
  • an acid concentration of the sump solution is increased again before re-spraying the surface enlarging structure 3.
  • the return line 4 of the primary washing stage 41 is connected to a reservoir of fresh washing solution via an inlet 51.
  • the inlet (51) comprises a further regulating device 11, with the aid of which the amount of fresh acid supplied from the reservoir of the return line 4 in the primary washing stage 41 can be controlled.
  • the outflow 35 of the primary washing stage 41 and the return line 4 of the secondary washing stage 42 are connected to one another via a washing stage connecting line 7. It is provided in particular that the sump solution, which has expired from the surface enlargement structure 3 in the primary washing stage 41, at least partially passes through the washing stage connecting line 7 in the return line 4 of the secondary washing stage 42 to there for an increase in the acid concentration of the sump solution which has expired from the surface enlargement structure 3 of the secondary washing stage 42.
  • the return line 4 of the tertiary washing stage 43 and the outflow 35 of the secondary washing stage 42 are connected to one another via a washing stage connecting line 7.
  • a washing stage connecting line 7 provision is made in particular for the sump solution, which has run out from the surface enlargement structure 3 in the secondary washing stage 42, to pass through the washing stage connecting line 7 into the return line 4 of the tertiary washing stage 43 in order there to increase the acid concentration of the sump solution which has expired from the surface enlargement structure 3 in the tertiary washing stage 43.
  • washing solution 22 can be an acid concentration gradient between the wash solution 22 in the primary washing stage 41, in the secondary washing stage 42 and the tertiary washing stage 43, wherein the acid concentration in the primary washing stage 41 is the highest and in the tertiary washing stage 43 is the lowest.
  • the washing stage connecting line 7, which connects the primary washing stage 41 and the secondary washing stage 42 to each other, and the washing stage connecting line 7, which connects the secondary washing stage 42 and the tertiary washing stage 43 each have a regulating device 9.
  • the amount of sump solution transferred between the individual washing stages 41, 42, 43 can be adjusted in an advantageous manner.
  • the primary washing stage 41, the secondary washing stage 42 and the tertiary washing stage 43 are each separated in the channel 5 by a barrier 60 or a separating element.
  • the barrier 60 ensures that in the channel 5, the sump solution of a washing stage is not mixed with the sump solution of one of the other washing stages 41, 42, 43.
  • the primary washing stage 41, the secondary washing stage 42 and the tertiary washing stage 43 each comprise a measuring device 55 with which a property of the sump solution, for example the level of the sump solution, can be determined in the respective washing stage.
  • the measuring devices 55 regulate the solvent levels in the bottoms of the individual washing stages 41, 42 and 43 via a regulating device 9 connected to the outlet 35.
  • a pH value is determined and from this value the amount of fresh washing solution which is supplied to the spraying device 2 of the primary washing stage 41 via the return line 4, by means of a further regulating device 1 1 set in the inlet 51.
  • the concentration of the washing solution is determined and based on this value, the amount of fresh washing solution, which is supplied to the spray device 2 of the primary washing stage 41 via the return line 4, by means of another Regulating device 1 1 set in the inlet 51.
  • the measuring devices 56.1 and 56.2 which are connected to the outlet 35 of the tertiary washing stage, a pH value and a concentration of the washing solution are determined. is correct and adjusted by means of these values, the amount of fresh wash solution, which is supplied to the spray device 2 of the primary washing stage 41 via the return line 4, by means of a further regulating device 1 1 in the inlet 51.
  • the primary washing stage 41, the secondary washing stage 42 and the tertiary washing stage 43 each have a conveying device 8 designed as a pump.
  • the spray rates in the respective washing stage can be set individually in an advantageous manner.
  • the circuit 4 in the tertiary washing stage 43 comprises a drain 52, via which the sump solution of the tertiary washing stage 43 leaves the device for exhaust gas purification 1 again.
  • washing stage 41 is supplied with washing solution, ie no washing solution is still present in the remaining washing stages 42, 43.
  • the wax solution initially circulates in the primary washing stage 41 and is supplied in parallel via the washing stage connecting line 7 of the secondary, ie (n-1) th, washing stage 42.
  • washing solution 22 is fed in parallel thereto via its washing stage connecting line 7 to the tertiary, ie (n-2) th or first, washing stage. This process is repeated until washing solution 22 is circulated in each individual washing stage 41, 42, 43.
  • wash solution 22 As wash solution 22 circulates in all wash stages, exhaust gas is directed through channel 5. This state corresponds to a device according to the invention which is "in operation.”
  • the washing solution 22 is passed in countercurrent to the gaseous chemical compound which can be integrated into an aqueous liquid phase by an acid-base reaction
  • spraying the surface enlarging structure 3 over the spraying device 2 with the washing solution 22 By circulating in a washing step, spraying the surface enlarging structure 3 over the spraying device 2 with the washing solution 22, draining the bottoms solution reduced to acid or base from the sprayed washing solution via the drain 35, and passing the bottoms solution (and in the case of the primary , ie n-th, washing step 41 additionally the fresh washing solution) on the return line 4 back to the spray device 2 to understand.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Entfernung einer gasförmigen chemischen Verbindung aus einem Abgas, wobei die gasförmige chemische Verbindung durch Reaktion mit einer Waschlösung (22) in eine wässrige Flüssigphase überführbar ist, mit einem Kanal (5), der einen Waschbereich (12) mit n Waschstufen aufweist, die derart angeordnet sind, dass ein Abgas entlang einer Transportrichtung (T) von einer ersten Waschstufe bis zu einer n-ten Waschstufen führbar ist, wobei n mindestens zwei ist, wobei jede einzelne der n Waschstufen umfasst: - eine Oberflächenvergrößerungsstruktur (3), - eine Sprühvorrichtung (2) zum Besprühen der Oberflächenvergrößerungsstruktur (3) mit einem Lösungsmittel (22), - einen Abfluss (35) zum Sammeln einer von der Oberflächenvergrößerungsstruktur (3) abgelaufenen Sumpflösung, welche die Waschlösung (22) enthält, und - eine mit dem Abfluss (35) verbundene Rückführleitung (4) zur Rückführung eines ersten Teilstroms der Sumpflösung zu der Sprühvorrichtung (2) der gleichen Waschstufe, wobei mit Ausnahme des Abflusses (35) der ersten Waschstufe, der Abfluss (35) jeder einzelnen Waschstufe über eine Waschstufen-Verbindungsleitung (7) zur Durchleitung eines zweiten Teilstroms der Sumpflösung mit der Rückführleitung (4) der entgegen der Transportrichtung (T) unmittelbar benachbarten Waschstufe verbunden ist und wobei die n-te Waschstufe einen Zulauf (51) zur Versorgung der Rückführleitung (4) der n-ten Waschstufe mit frischer Waschlösung (22) umfasst, wobei der Abfluss (35) der ersten Waschstufe über eine Ableitung (52) zur Durchleitung eines zweiten Teilstroms der Sumpflösung mit einer Messeinrichtung zur Bestimmung des pH-Werts (56.1) des zweiten Teilstroms der Sumpflösung und/oder mit einer Messeinrichtung zur Bestimmung der Konzentration der Waschlösung (56.2) in dem zweiten Teilstrom der Sumpflösung verbunden ist.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Abgaswäsche
sowie Harnstoffanlage mit einer Abgaswäsche
Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entfernung einer gasförmigen chemischen Verbindung aus einem Abgas, wobei die gasförmige chemische Verbindung durch Reaktion mit einer Waschlösung in eine wässrige Flüssigphase überführbar ist, mit einem Kanal, der einen Waschbereich mit n Waschstufen aufweist, die derart angeordnet sind, dass ein Abgas entlang einer Transportrichtung von einer ersten Waschstufe bis zu einer n-ten Waschstufen führbar ist, wobei n mindestens zwei ist, wobei jede einzelne der n Waschstufen umfasst: - eine Oberflächenvergrößerungsstruktur,
- eine Sprühvorrichtung zum Besprühen der Oberflächenvergrößerungsstruktur mit einem Lösungsmittel, - einen Abfluss zum Sammeln einer von der Oberflächenvergrößerungsstruktur abgelaufenen Sumpflösung, welche die Waschlösung enthält, und
- eine mit dem Abfluss verbundene Rückführleitung zur Rückführung eines ersten Teilstroms der Sumpflösung zu der Sprühvorrichtung der gleichen Waschstufe, wobei mit Ausnahme des Abflusses der ersten Waschstufe, der Abfluss jeder einzelnen Waschstufe über eine Waschstufen-Verbindungsleitung zur Durchleitung eines zweiten Teilstroms der Sumpflösung mit der Rückführleitung der entgegen der Transportrichtung (T) unmittelbar benachbarten Waschstufe verbunden ist.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Entfernung einer gasförmigen chemischen Verbindung aus einem Abgas, wobei die gasförmige chemische Verbindung durch Reaktion mit einer Waschlösung in eine wässrige Flüssigphase überführt wird, wobei das Abgas durch einen Waschbereich eines Kanals entlang einer Transportrichtung von einer ersten Wasch- stufe bis zu einer n-ten Waschstufe geführt wird, wobei n mindestens zwei ist. Stand der Technik
Eine Vorrichtung mit mehreren Waschstufen ist aus der US 5,403,568 A bekannt. Die Waschstufen dieser Vorrichtung weisen jeweils eine als Packung ausgebildete Oberflächen- Vergrößerungsstruktur auf, welche durch eine Sprühvorrichtung mit einer Waschlösung besprüht wird. Die von den Oberflächenvergrößerungsstrukturen der einzelnen Waschstufen ablaufenden Sumpflösungsströme werden vereinigt, mit frischer Waschlösung vermischt und dann zu den Sprühvorrichtungen der einzelnen Waschstufen zurückgeführt. Bei dieser Vorrichtung hat es sich als nachteilig herausgestellt, dass die Konzentration der versprühten Waschlösung in allen Waschstufen identisch ist, so dass der Waschmittelmassestrom, beispielsweise ein Säuremassestrom, in jeder einzelnen Waschstufe ausschließlich über die Sprührate eingestellt werden kann mit welcher das Waschmittel auf die Oberflächenvergrößerungsstruktur gesprüht wird. Hierdurch wird die Effizienz der Vorrichtung eingeschränkt. Aus der US 4,040,803 A ist eine Waschvorrichtung zur Entschwefelung von Rauchgas bekannt, wobei es sich um einen Horizontalwäscher handelt, welcher mehrere Waschstufen hat mit jeweils Sprühvorrichtungen, wobei die angereicherte Waschflüssigkeit abgeschieden wird und die Waschflüssigkeit aus der zweiten Waschstufe aus einem Auffangbehälter über eine Pumpe zurückgeführt werden kann in einen Auffangbehälter der ersten Waschstufe und von dort über eine Pumpe und eine Leitung wieder zur Sprühvorrichtung der ersten Waschstufe zurück, so dass die Waschflüssigkeit in der ersten Waschstufe erneut benutzt werden kann. Es sind hier zwei Waschstufen vorgesehen, wobei als Waschflüssigkeit ein Kalk-haltiges Absorbens verwendet wird. In den Waschstufen sind jeweils Füllstoffe vorgesehen, um einen intensiven Kontakt zwischen dem Gas und der Absorbens-Flüssigkeit herzustellen sowie auch jeweils ein Tropfenabscheider und eine Sprühvorrichtung und ein Abfluss zur Ableitung der angereicherten Sprühflüssigkeit, wobei auch eine Rückführleitung von der zweiten zur ersten Waschstufe vorhanden ist. Aus dem Sumpf der zweiten Waschstufe wird ein Teilstrom über eine Leitung wieder zur Sprühvorrichtung der gleichen Waschstufe zurückgeführt und ein zweiter Teilstrom wird über eine abzweigende Leitung zurückgeführt in den Sumpf der ersten Waschvorrichtung, von wo aus dann die Waschflüssigkeit zumindest indirekt über eine Pumpe und eine Leitung zur Sprühvorrichtung der ersten Waschstufe gelangt.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entfernung einer gasförmigen chemischen Verbindung aus einem Abgas be- reitzustellen, mit welchem die Effizienz für das Entfernen der chemischen Verbindung, aus dem Abgas gegenüber denen aus dem Stand der Technik verbessert wird. Offenbarung der Erfindung
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Entfernung einer gasförmigen chemischen Verbindung aus einem Abgas, wobei die gasförmige chemische Verbindung durch Reaktion mit einer Waschlösung in eine wässrige Flüssigphase überführbar ist, mit einem Kanal, der einen Waschbereich mit n Waschstufen aufweist, die derart angeordnet sind, dass ein Abgas entlang einer Transportrichtung von einer ersten Waschstufe bis zu einer n- ten Waschstufen führbar ist, wobei n mindestens zwei ist, wobei jede einzelne der n Waschstufen
- eine Oberflächenvergrößerungsstruktur, insbesondere eine Schüttung oder eine Packung, und
- eine Sprühvorrichtung zum Besprühen der Oberflächenvergrößerungsstruktur mit ei- nem Lösungsmittel,
- einen Abfluss zum Sammeln einer von der Oberflächenvergrößerungsstruktur abgelaufenen Sumpflösung, welche die Waschlösung enthält, und - eine mit dem Abfluss verbundene Rückführleitung zur Rückführung eines ersten Teilstroms der Sumpflösung zu der Sprühvorrichtung der gleichen Waschstufe umfasst, und wobei mit Ausnahme des Abflusses der ersten Waschstufe, der Abfluss jeder einzelnen Waschstufe über eine Waschstufen-Verbindungsleitung zur Durchleitung eines zweiten Teil- Stroms der Sumpflösung mit der Rückführleitung der entgegen der Transportrichtung unmittelbar benachbarten Waschstufe verbunden ist und wobei die n-te Waschstufe einen Zulauf zur Versorgung der Rückführleitung der n-ten Waschstufe mit frischer Waschlösung umfasst, wobei der Abfluss der ersten Waschstufe über eine Ableitung zur Durchleitung eines zweiten Teilstroms der Sumpflösung mit einer Messeinrichtung zur Bestimmung des pH-Werts des zweiten Teilstroms der Sumpflösung und/oder mit einer Messeinrichtung zur Bestimmung der Konzentration der Waschlösung in dem zweiten Teilstrom der Sumpflösung verbunden ist.
Gelöst wird die Aufgabe ferner durch ein Verfahren zur Entfernung einer gasförmigen chemi- sehen Verbindung aus einem Abgas, wobei die gasförmige chemische Verbindung durch Reaktion mit einer Waschlösung in eine wässrige Flüssigphase überführt wird, wobei das Abgas durch einen Waschbereich eines Kanals entlang einer Transportrichtung von einer ersten Waschstufe bis zu einer n-ten Waschstufe geführt wird, wobei n mindestens zwei ist, wobei in jeder einzelnen der n Waschstufen jeweils eine Oberflächenvergrößerungsstruktur, insbesondere eine Schüttung oder eine Packung, mittels einer Sprühvorrichtung mit der Waschlösung besprüht wird, eine von der Oberflächenvergrößerungsstruktur ablaufende Sumpflösung gesammelt und ein erster Teilstrom der Sumpflösung über eine Rückführleitung zu der Sprühvorrichtung der gleichen Waschstufe zurückgeführt wird, wobei mit Ausnahme der ersten Waschstufe, ein zweiter Teilstrom der Sumpflösung jeder einzelnen Waschstufe über eine Verbindungsleitung in die Rückführleitung der entgegen der Transportrichtung unmittelbar benachbarten Waschstufe geleitet wird, und wobei der Rückführleitung der n-ten Waschstufe über einen Zulauf frische Waschlösung zugeführt wird, bei dem mittels wenigstens einer Messeinrichtung der pH-Wert eines Teilstroms der Sumpflösung aus wenigstens einer Waschstufe bestimmt wird und/oder mittels wenigstens einer Messeinrichtung die Konzentration der Waschlösung eines Teilstroms der Sumpflösung aus wenigstens einer Waschstufe bestimmt wird.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Sumpflösung einer Waschstufe über eine Verbindungsleitung der jeweiligen entgegen der Transportrichtung unmittelbar benachbarten Waschstufe zugeführt. Insofern kann ein Strom der Waschlösung entgegen der Transportrichtung des Abgases ermöglicht werden. Ferner umfasst die n-te Waschstufe einen Zulauf zur Versorgung der Rückführleitung der n-ten Waschstufe mit frischer Waschlösung, so dass die Konzentration der in der n-ten Waschstufe versprühten Waschlösung erhöht wird. In der Vorrichtung kann daher ein Konzentrationsgradient der in den einzelnen Waschstufen versprühten Waschlösung eingestellt werden, derart, dass die Konzentration der Waschlösung in Transportrichtung des Abgases ansteigt. In der n-ten Waschstufe ergibt sich ein Maximum der Konzentration der Waschlösung, wodurch der der Restgehalt an unerwünschten chemischen Verbindungen in dem Abgas auf ein Minimum reduziert werden kann. Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren mit gegenüber dem Stand der Technik verbesserter Effizienz ermöglicht. Bevorzugt umfassen die erste bis (n-1 )-te Waschstufe, keinen Zulauf zur Versorgung der Rückführleitung der jeweiligen Waschstufe mit frischer Waschlösung.
Unter der Konzentration der Waschlösung in einer bestimmten Stufe ist der Stoffmengenanteil in mol% einer Waschmittelkomponente in der Waschlösung in dieser Stufe zu verstehen, d.h. bezüglich der Waschlösung, welche in dieser Stufe versprüht wird. Im Betrieb der Vorrichtung ist der Stoffmengenanteil in mol% der genannten Waschmittelkomponente pro Mol Waschmittel in der n-ten Stufe bevorzugt anderthalbmal oder doppelt oder dreimal oder vier- mal oder fünfmal so groß wie in der ersten Stufe. Im Betrieb der Anlage nimmt der Stoffmengenanteil in mol% der genannten Waschmittelkomponente pro Mol Waschmittel entgegen der Transportrichtung und beginnend bei der n-ten Stufe und endend bei der ersten Stufe in Abhängigkeit von dem Grad der Überführung der aus dem Gasstrom auszuwaschenden Komponente ab, bevorzugt pro Waschstufe um 4 mol% oder 8 mol% oder 12 mol% oder 16 mol% oder 20 mol% oder 24 mol% oder 28 mol% oder 32 mol% oder 36 mol% oder 40 mol% oder 44 mol% oder 48 mol% oder 52 mol% oder 56 mol% oder 60 mol% ab.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dazu vorgesehen, gasförmige chemische Verbindun- gen, welche im Abgas vorhanden sind und durch eine Säure-Base-Reaktion in eine wässrige Flüssigphase integriert werden können, abzuscheiden, um zu verhindern, dass behördlich vorgegebene Schwellwerte im von der Vorrichtung ausgestoßenen Abgas überschritten werden. Bevorzugt ist die Waschlösung eine saure Waschlösung. Besonders bevorzugt umfasst die saure Waschlösung Schwefelsäure, Salpetersäure, Salzsäure, Phosphorsäure, oder Mischungen aus Schwefelsäure, Salpetersäure, Salzsäure und/oder Phosphorsäure, oder Mischungen aus Schwefelsäure, Salpetersäure, Salzsäure, Phosphorsäure und/oder Harnstofflösung.
Alternativ bevorzugt ist es, wenn die Waschlösung eine Base ist. Bevorzugt umfasst die Waschlösung eine starke und/oder eine schwache Base. Bevorzugt umfasst die Waschlösung eine starke anorganische und/oder eine schwache anorganische und/oder eine starke organische und/oder eine schwache organische Base. Bevorzugt umfasst die Waschlösung Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumhydroxid (KOH), Ammoniaklösungen und/oder Calciumhy- droxid (Ca(OH)2).
Bevorzugt umfasst die Waschlösung mono-, bi- und/oder trifunktionale Amine, besonders bevorzugt MDEA (Methyldiethanolamin).
Bevorzugt ist die Oberflächenvergrößerungsstruktur als Einbau in dem Waschbereich des Kanals ausgebildet, welcher zu einer entsprechenden Vergrößerung der Oberfläche führt, dabei jedoch dem in Transportrichtung strömenden Abgas aufgrund des erzeugten Druckverlustes nur geringen Widerstand entgegensetzt. Bevorzugt umfasst die Oberflächenvergröße- rungsstruktur regellose Schüttungen und/oder strukturierte Packungen. Bevorzugt umfasst die Oberflächenvergrößerungsstruktur regellose Schüttungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Raschig-Ringen, Sattelkörpern, Spiralen und Kombinationen davon. Bevor- zugt umfasst die Oberflächenvergrößerungsstruktur strukturierte Packungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gewebepackungen, Blechpackungen, Streckmetallpackungen, Kunststoffpackungen, Gridpackungen und Kombinationen davon. Bevorzugt umfasst die Oberflächenvergrößerungsstruktur regellose Schüttungen ausgewählt aus der Gruppe beste- hend aus Raschig-Ringen, Sattel körpern, Spiralen und Kombinationen davon, und strukturierte Packungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gewebepackungen, Blechpackungen, Streckmetallpackungen, Kunststoffpackungen, Gridpackungen und Kombinationen davon. Bevorzugt umfasst die Oberflächenvergrößerungsstruktur - regellose Strukturelemente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Raschig-Ringen, Pall-Ringen, Sattel-Körpern, Feder-typischen Körpern und Kombinationen davon; und/oder
- strukturierte Strukturelemente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Blechen, ge- wellten Blechen, geformten Blechen und Kombinationen davon; und/oder
- Materialien ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Metall, Glas, Kunststoff, Carbonfasern und Kombinationen davon. Bevorzugt ist n gleich zwei - d.h. die Vorrichtung weist genau zwei Waschstufen auf - so dass eine Vorrichtung mit minimalen Investitionskosten erhalten wird. Alternativ kann n drei oder vier oder fünf oder sechs oder sieben oder acht oder neun oder zehn sein.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass jede einzelne der n Waschstu- fen eine Fördereinrichtung, insbesondere eine Pumpe, zur Förderung des ersten Teilstroms der Sumpflösung durch die Rückführleitung umfasst. Mittels der Fördereinrichtungen kann die Sprührate in jeder Waschstufe unabhängig von den Sprühraten der anderen Waschstufen eingestellt werden. Hierzu kann eine Mengenregelung, eine Frequenzregelung, eine Spannungsregelung, eine Stromregelung oder die Rückführung eines Teilstroms von einer Druckseite auf eine Saugseite der Fördereinrichtung (Teilrückführung) Verwendung finden.
Bevorzugt ist der Abfluss der ersten Waschstufe über eine Ableitung zur Durchleitung eines zweiten Teilstroms der Sumpflösung mit einer Messeinrichtung zur Bestimmung des pH- Werts des zweiten Teilstroms der Sumpflösung und/oder mit einer Messeinrichtung zur Be- Stimmung des der Konzentration der Waschlösung in dem zweiten Teilstrom der Sumpflösung verbunden. Anhand des pH-Werts und/oder der Konzentration der Waschlösung kann die der n-ten Waschstufe zuzuführende Menge an frischer Waschlösung ermittelt werden. In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Messeinrichtung zur Bestimmung des pH-Werts des zweiten Teilstroms der Sumpflösung und/oder die Messeinrichtung zur Bestimmung des der Konzentration der Waschlösung in dem zweiten Teilstrom der Sumpflösung mit einer Regulierungsvorrichtung zur Regulierung der über den Zulauf zugeführten Menge an frischer Waschlösung verbunden ist. Hierdurch lässt sich bevorzugt ein Regelkreis realisieren, mit dem für das gewünschte Auffrischen der in der n-ten Waschstufe versprühten Waschlösung gesorgt werden kann. Bevorzugt weisen sämtliche Waschstufen-Verbindungsleitungen eine Regulierungsvorrichtung zum Einstellen der Menge an durchgeleiteter Sumpflösung auf. Bevorzugt sind die Regulierungsvorrichtungen Ventile. Durch die Regulierungsvorrichtung lässt sich in vorteilhafter Weise jeweils die Konzentration der Waschlösung in den beiden über die Waschstufen-Verbindungsleitung verbundenen Waschstufen beeinflussen.
Bevorzugt umfasst jede einzelne der n Waschstufen eine Messvorrichtung zur Bestimmung des Füllstands der Sumpflösung in einem Sumpf der jeweiligen Waschstufe. Die Messvorrichtung zur Bestimmung des Füllstands der Sumpflösung kann mit einer Regulierungsvorrichtung der jeweiligen Waschstufen-Verbindungsleitung verbunden sein, die mit dem Ab- fluss der Waschstufe verbunden ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung lässt sich in vorteilhafter Weise die Ableitung der Sumpflösung aus einer Waschstufe in Abhängigkeit von dem Füllstand im Sumpf der Waschstufe einstellen.
Bevorzugt umfasst jede einzelne der n Waschstufen eine Barriere zur Verhinderung der Ver- mischung der Sumpflösung einer Waschstufe mit der Sumpflösung einer der übrigen Waschstufen, insbesondere einer unmittelbar benachbarten Waschstufe. Eine Barriere sorgt dafür, dass sich die Sumpflösung einer Waschstufe nicht mit der Sumpflösung einer anderen Waschstufe, insbesondere einer unmittelbar benachbarten Waschstufe, vermischt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst einen Kanal. Bevorzugt ist der Kanal einwandig. Bevorzugt ist der Kanal mehrwandig. Bevorzugt erfolgt in einer entlang der Transportrichtung des Abgases verlaufenden Richtung eine Querschnittsänderung über einen stufenförmigen oder einen schrägen Verlauf in einer Kanalwand oder mehreren Kanalwänden des Kanals. Bevorzugt ist die Querschnittsänderung an die jeweilige bauraumgegebene Situation einer Harnstoffanlage angepasst. Unter dem Begriff Querschnitt ist die vom Kanal zur Beförderung des Abgases vorgesehene Fläche senkrecht zur Strömungsrichtung zu verstehen. Bevorzugt ist die Vorrichtung derart ausgestaltet, dass der Kanal im verbauten Zustand der Vorrichtung, insbesondere in einer Harnstoffanlage, im Wesentlichen horizontal verläuft.
Bevorzugt umfasst die Sprühvorrichtung eine oder mehrere Sprühdüsen zum Versprühen der Waschlösung.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Vorrichtung einen Staubabscheidungsbereich auf, in welchem in dem Abgas vorhandener Staub abscheidbar ist. Der Staubabscheidungsbereich ist bevorzugt in Transportrichtung des Abgases vor dem Waschbereich mit den n Waschstufen angeordnet.
Gelöst wird die eingangs genannte Aufgabe ferner durch eine Harnstoffanlage mit einer vorstehend beschriebenen Vorrichtung zur Entfernung einer gasförmigen chemischen Verbindung aus einem Abgas.
Durch die Vorrichtung kann aus dem Abgas der Harnstoffanlage Ammoniak so weit entfernt werden, dass sein verbleibender Anteil im Abgas unterhalb eines kritischen bzw. behördlich vorgeschriebenen Schwellwerts liegt. Das bedeutet, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Harnstoffanlage gasförmigen Ammoniak durch Integration in die wässrige Flüssigpha- se entfernt, indem man sich einer Säure bedient, welche durch Reaktion Ammonium bildet und dann entsprechend zur Entfernung von Ammoniak führt.
Bevorzugt wird gasförmiges Ammoniak in die wässrige Flüssigphase integriert und aus der Vorrichtung entfernt. In der Flüssigphase reagiert das Ammoniak instantan mit einer sauren Waschlösung und bildet Ammonium-Ionen. Durch diese Ammonium-Ionen-Bildung ist der Ammoniak-Partialdruck über der Flüssigkeitsphase in etwa null, so dass es möglich ist das Ammoniak aus der Gasphase zu entfernen.
Bevorzugt wird gasförmiger Ammoniak und/oder gasförmiges NO und/oder gasförmiges N02 und/oder gasförmiges S02, insbesondere bei Rauchgasentschwefelungen, und/oder gasförmiges C02, insbesondere bei der C02-Entfernung aus dem Rauchgas fossil-gefeuerter Kraftwerke, und/oder HF, insbesondere bei der sauren Aufbereitung fluorid-haltiger Erze, beispielsweise Phosphaterze, in die wässrige Flüssigphase integriert und aus der Vorrichtung entfernt. Bevorzugt werden gasförmige reaktive Komponenten, bevorzugt anorganische oder organische reaktive Komponenten, in die wässrige Flüssigphase integriert und aus der Vorrichtung entfernt. Bei Einsatz in einer Harnstoffanlage wird bevorzugt aus dem Abgas Harnstoffstaub, zumindest in Teilen, in geeigneter, dem Fachmann bekannter Weise abgeschieden, bevor das so vorgereinigte Abgas in den Waschbereich der Vorrichtung eintritt, welche die n Waschstufen aufweist. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens findet dieses in einer Harnstoffanlage statt.
Bevorzugt wird das Abgas mit einer Geschwindigkeit von weniger als 20 m/s, vorzugsweise weniger als 10 m/s und besonders bevorzugt weniger als 5 m/s durch den Waschbereich (12) geführt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem erfindungsgemäßen Verfahren. Alle im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschriebenen Ausführungsformen gelten analog für deren erfindungsgemäße Verwendung und werden daher an dieser Stelle nicht wiederholt.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteran- Sprüchen, den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.
Kurze Beschreibung der Figuren
In Figur 1 ist schematisch eine Vorrichtung zur Abgaswäsche gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
In Figur 2 ist schematisch der Waschbereich der Vorrichtung zur Abgaswäsche gemäß Fi- gur 1 dargestellt. Ausführungsformen der Erfindung
Die Figur 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Abgaswäsche gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Insbesondere handelt es sich um eine Vorrichtung 1 , die in einer Harnstoffanlage eingebaut ist und mit der der Zweck verfolgt wird, aus dem Abgas Ammoniak soweit zu entfernen, dass sein verbleibender Anteil im Abgas unterhalb eines kritischen bzw. behördlich vorgeschriebenen Schwellwerts liegt. Hierzu wird das Abgas über eine Eingangsöffnung 10 in einen Kanal 5 der Vorrichtung 1 eingeführt und in der Transportrichtung T durch den Kanal geführt.
Die Entfernung von Ammoniak erfolgt stufenweise im Waschbereich 12. Das gereinigte Abgas verlässt die Vorrichtung 1 über die Ausgangsöffnung 20.
In der Transportrichtung T des Abgases vor dem Waschbereich 12 kann optional ein Staubabscheidungsbereich angeordnet sein, in welchem in dem Abgas vorhandener Staub abgeschieden wird.
Der in Figur 2 dargestellte Waschbereich 12 umfasst insgesamt drei Waschstufen 41 , 42, 43 (d.h. n = 3). Im Folgenden soll die als letzte von dem Abgas durchströmte Waschstufe als primäre Waschstufe 41 bezeichnet werden. Entgegen der Transportrichtung T des Abgases benachbart zu der primären Waschstufe 41 ist eine sekundäre Waschstufe 42 angeordnet. Entgegen der Transportrichtung T des Abgases benachbart zu der sekundären Waschstufe 42 ist eine tertiäre Waschstufe 43angeordnet. Der in Figur 2 gezeigte Waschbereich 12 entspricht dem Waschbereich 12 aus Figur 1.
Dabei sind die primäre Waschstufe 41 , die sekundäre Waschstufe 42 und die tertiäre Waschstufe 43 entgegen einer durch die Transportrichtung T des Abgases vorgegebenen Richtung hintereinander angeordnet, wobei das Abgas zunächst die tertiäre Waschstufe 43 und anschließend die sekundäre Waschstufe 42 passiert. Die primäre Waschstufe 41 bildet entlang der Transportrichtung T gesehen den Abschluss des Waschbereichs 12.
Weiterhin ist es vorgesehen, dass die primäre Waschstufe 41 , die sekundäre Waschstufe 42 und die tertiäre Waschstufe 43 jeweils einen Abfluss 35 aufweisen, über den eine von einer Oberflächenvergrößerungsstruktur 3 abgelaufene Sumpflösung welche die Waschlösung 22 enthält, aus dem Kanal 5 herausgeführt wird. Zur Wiederverwertung, d. h. zur erneuten Nutzung der in der Sumpflösung enthaltenen Waschlösung 22 beim Besprühen einer Oberflächenvergrößerungsstruktur 3, ist vorgesehen, dass die primäre Waschstufe 41 , die sekundäre Waschstufe 42 und die tertiäre Waschstufe 43 jeweils eine Rückführleitung 4 aufweisen, wobei jede Rückführleitung 4 den einzelnen Ab- fluss 35 mit der Sprühvorrichtung 2 der jeweiligen Waschstufe 41 , 42, 43 verbindet.
Um die von der Oberflächenvergrößerungsstruktur 3 abgelaufene Sumpflösung 22 erneut zu nutzen, ist bevorzugt vorgesehen, dass eine Säurekonzentration der Sumpflösung vor dem erneuten Besprühen der Oberflächenvergrößerungsstruktur 3 wieder erhöht wird. Dadurch wird in vorteilhafter Weise berücksichtigt, dass durch das Entfernen des Ammoniaks aus dem Abgas mittels der Oberflächenvergrößerungsstruktur 3 und des Lösungsmittels 22 die Säurekonzentration abnimmt. Zum Auffrischen der Säurekonzentration ist vorgesehen, dass der die Rückführleitung 4 der primären Waschstufe 41 mit einem Reservoir an frischer Waschlösung über einen Zulauf 51 verbunden ist. Insbesondere umfasst der Zulauf (51 ) eine weitere Regulierungsvorrichtung 1 1 , mit deren Hilfe sich die Menge der aus dem Reservoir der Rückführleitung 4 in der primären Waschstufe 41 zugeführten Frischsäure steuern lässt.
Weiterhin ist vorgesehen, dass der Abfluss 35 der primären Waschstufe 41 und die Rückführleitung 4 der sekundären Waschstufe 42 über eine Waschstufen-Verbindungsleitung 7 miteinander verbunden sind. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Sumpflösung, die von der Oberflächenvergrößerungsstruktur 3 in der primären Waschstufe 41 abgelaufen ist, zumindest teilweise über die Waschstufen-Verbindungsleitung 7 in die Rückführleitung 4 der sekundären Waschstufe 42 gelangt, um dort für eine Erhöhung der Säurekonzentration derjenigen Sumpflösung zu sorgen, die von der Oberflächenvergrößerungsstruktur 3 der sekun- dären Waschstufe 42 abgelaufen ist.
Ferner ist vorgesehen, dass die Rückführleitung 4 der tertiären Waschstufe 43 und der Abfluss 35 der sekundären Waschstufe 42 über eine Waschstufen-Verbindungsleitung 7 miteinander verbunden sind. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Sumpflösung die von der Oberflächenvergrößerungsstruktur 3 in der sekundären Waschstufe 42 abgelaufen ist, über die Waschstufen-Verbindungsleitung 7 in die Rückführleitung 4 der tertiären Waschstufe 43 gelangt, um dort für eine Erhöhung der Säurekonzentration derjenigen Sumpflösung zu sorgen, die von der Oberflächenvergrößerungsstruktur 3 in der tertiären Waschstufe 43 abgelaufen ist.
Durch diese kaskadenförmige Wiederbenutzung der Waschlösung 22 lässt sich ein Säurekonzentrationsgefälle zwischen der Waschlösung 22 in der primären Waschstufe 41 , in der sekundären Waschstufe 42 und der tertiären Waschstufe 43 einstellen, wobei die Säurekonzentration in der primären Waschstufe 41 am größten und in der tertiären Waschstufe 43 am geringsten ist. Ferner ist vorgesehen, dass die Waschstufen-Verbindungsleitung 7, welche die primäre Waschstufe 41 und die sekundäre Waschstufe 42 miteinander verbindet und die Waschstufen-Verbindungsleitung 7, welche die sekundäre Waschstufe 42 und die tertiäre Waschstufe 43 miteinander verbindet, jeweils eine Regulierungsvorrichtung 9 aufweisen. Mittels einer solchen Regulierungsvorrichtung 9 lässt sich in vorteilhafter Weise jeweils die zwischen den einzelnen Waschstufen 41 , 42, 43 transferierte Menge an Sumpflösung einstellen.
Die primäre Waschstufe 41 , die sekundäre Waschstufe 42 und die tertiäre Waschstufe 43 sind im Kanal 5 jeweils durch eine Barriere 60 bzw. ein Trennelement getrennt. Insbesondere sorgt die Barriere 60 dafür, dass sich im Kanal 5 die Sumpflösung einer Waschstufe nicht mit der Sumpflösung einer der übrigen Waschstufen 41 , 42, 43 vermischt.
Weiterhin umfassen die primäre Waschstufe 41 , die sekundäre Waschstufe 42 und die tertiäre Waschstufe 43 jeweils eine Messvorrichtung 55, mit der sich eine Eigenschaft der Sumpflösung, beispielswiese der Füllstand der Sumpflösung, in der jeweiligen Waschstufe bestimmen lässt. Die Messvorrichtungen 55 regeln die Lösungsmittelfüllstände in den Sümpfen der einzelnen Waschstufen 41 , 42 und 43 über eine mit den Abfluss 35 verbundene Regulierungsvorrichtung 9.
Mittels der Messeinrichtung 56.1 , welche mit dem Abfluss 35 der tertiären Waschstufe ver- bunden ist, wird ein pH-Wert bestimmt und anhand dieses Werts die Menge an frischer Waschlösung, die der Sprühvorrichtung 2 der primären Waschstufe 41 über die Rückführleitung 4 zugeführt wird, mittels einer weiteren Regulierungsvorrichtung 1 1 im Zulauf 51 eingestellt. Mittels der Messeinrichtung 56.2, welche mit dem Abfluss 35 der tertiären Waschstufe verbunden ist, wird die Konzentration des Waschlösung bestimmt und anhand dieses Werts die Menge an frischer Waschlösung, die der Sprühvorrichtung 2 der primären Waschstufe 41 über die Rückführleitung 4 zugeführt wird, mittels einer weiteren Regulierungsvorrichtung 1 1 im Zulauf 51 eingestellt.
Mittels der Messeinrichtungen 56.1 und 56.2, welche mit dem Abfluss 35 der tertiären Waschstufe verbunden sind, wird ein pH-Wert und eine Konzentration der Waschlösung be- stimmt und anhand dieser Werte die Menge an frischer Waschlösung, die der Sprühvorrichtung 2 der primären Waschstufe 41 über die Rückführleitung 4 zugeführt wird, mittels einer weiteren Regulierungsvorrichtung 1 1 im Zulauf 51 eingestellt. Weiterhin ist vorgesehen, dass die primäre Waschstufe 41 , die sekundäre Waschstufe 42 und die tertiäre Waschstufe 43 jeweils eine als Pumpe ausgestaltete Fördereinrichtung 8 aufweisen. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise die Sprühraten in der jeweiligen Waschstufe individuell einstellen. Weiterhin ist vorgesehen, dass der Kreislauf 4 in der tertiären Waschstufe 43 einen Ablauf 52 umfasst, über den die Sumpflösung der tertiären Waschstufe 43 die Vorrichtung zur Abgasreinigung 1 wieder verlässt.
Ein Fachmann erkennt, dass beim Anfahren der Vorrichtung 1 zunächst die primäre, also (n- te), Waschstufe 41 mit Waschlösung versorgt wird, d.h. sich noch keine Waschlösung in den übrigen Waschstufen 42, 43 befindet. Nach dem Anfahren der Vorrichtung 1 zirkuliert die Wachlösung zunächst in der primären Waschstufe 41 und wird parallel dazu über die Waschstufen-Verbindungsleitung 7 der sekundären, also (n-1 )-ten, Waschstufe 42 zugeführt. Sobald die Waschlösung 22 in der sekundären Waschstufe 41 zirkuliert, wird Waschlösung 22 parallel dazu über dessen Waschstufen-Verbindungsleitung 7 der tertiären, also (n-2)-ten oder ersten, Waschstufe zugeführt. Dieser Vorgang wiederholt sich so oft, bis in jeder einzelnen Waschstufe 41 , 42, 43 Waschlösung 22 zirkuliert. Sobald Waschlösung 22 in sämtlichen Waschstufen zirkuliert, wird Abgas durch den Kanal 5 geleitet. Dieser Zustand entspricht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche sich„im Betrieb" befindet. Mit anderen Wor- ten: Erfindungsgemäß wird die Waschlösung 22 im Gegenstrom zur gasförmigen chemischen Verbindung, welche durch eine Säure-Base-Reaktion in eine wässrige Flüssigphase integriert werden kann, geführt. Unter Zirkulation in einer Waschstufe ist das Besprühen der Oberflächenvergrößerungsstruktur 3 über die Sprühvorrichtung 2 mit der Waschlösung 22, das Abfließen der an Säure oder Base gegenüber der versprühten Waschlösung reduzierten Sumpflösung über den Abfluss 35, und das Weiterleiten der Sumpflösung (und im Falle der primären, also n-ten, Waschstufe 41 zusätzlich der frischen Waschlösung) über die Rückführleitung 4 zurück zur Sprühvorrichtung 2 zu verstehen. Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung
2 Sprühvorrichtung
3 Strukturelement
4 Kreislauf
5 Kanal
7 Waschstufen-Verbindungsleitung
8 Fördereinrichtung
9 Regulierungsvorrichtung
10 Eingangsöffnung
1 1 Regulierungsvorrichtung
12 Waschbereich
22 Lösungsmittel
35 Abfluss
41 primäre Waschstufe
42 sekundäre Waschstufe
43 tertiäre Waschstufe
51 Zulauf
52 Ablauf
55 Messvorrichtung
56.1 Messeinrichtung zur Bestimmung des pH-Werts
56.2 Messeinrichtung zur Bestimmung der Konzentration der Waschlösung
60 Barriere
T Transportrichtung

Claims

Patentansprüche:
1 . Vorrichtung (1 ) zur Entfernung einer gasförmigen chemischen Verbindung aus einem Abgas, wobei die gasförmige chemische Verbindung durch Reaktion mit einer Waschlösung (22) in eine wässrige Flüssigphase überführbar ist, mit einem Kanal (5), der einen Waschbereich (12) mit n Waschstufen aufweist, die derart angeordnet sind, dass ein Abgas entlang einer Transportrichtung (T) von einer ersten Waschstufe bis zu einer n-ten Waschstufen führbar ist, wobei n mindestens zwei ist, wobei jede einzelne der n Waschstufen umfasst:
- eine Oberflächenvergrößerungsstruktur (3),
- eine Sprühvorrichtung (2) zum Besprühen der Oberflächenvergrößerungsstruktur (3) mit einem Lösungsmittel (22),
- einen Abfluss (35) zum Sammeln einer von der Oberflächenvergrößerungsstruktur (3) abgelaufenen Sumpflösung, welche die Waschlösung (22) enthält, und
- eine mit dem Abfluss (35) verbundene Rückführleitung (4) zur Rückführung eines ersten Teilstroms der Sumpflösung zu der Sprühvorrichtung (2) der gleichen Waschstufe, und wobei mit Ausnahme des Abflusses (35) der ersten Waschstufe, der Abfluss (35) jeder einzelnen Waschstufe über eine Waschstufen-Verbindungsleitung (7) zur Durchleitung eines zweiten Teilstroms der Sumpflösung mit der Rückführleitung (4) der entgegen der Transportrichtung (T) unmittelbar benachbarten Waschstufe verbunden ist und wobei die n-te Waschstufe einen Zulauf (51 ) zur Versorgung der Rückführleitung (4) der n-ten Waschstufe mit frischer Waschlösung (22) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Abfluss (35) der ersten Waschstufe über eine Ableitung (52) zur Durchleitung eines zweiten Teilstroms der Sumpflösung mit einer Messeinrichtung zur Bestimmung des pH-Werts (56.1 ) des zweiten Teilstroms der Sumpflösung und/oder mit einer Messeinrichtung zur Bestimmung der Konzentration der Waschlösung (56.2) in dem zweiten Teilstrom der Sumpflösung verbunden ist.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , wobei die n-te Waschstufe einen Zulauf zur Versorgung der Rückführleitung (4) der n-ten Waschstufe mit frischer Waschlösung (22) umfasst.
3. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede einzelne der n Waschstufen eine Fördereinrichtung (8), insbesondere eine Pumpe, zur Förderung des ersten Teilstroms der Sumpflösung (22) durch die Rückführleitung umfasst.
4. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberflächenvergrößerungsstruktur (3) eine Schüttung oder eine Packung umfasst.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Messeinrichtung zur Bestimmung des pH-Werts (56.1 ) des zweiten Teilstroms der Sumpflösung und/oder die Messeinrichtung zur Bestimmung der Konzentration der Waschlösung (56.2) in dem zweiten Teilstrom der Sumpflösung mit einer Regulierungsvorrichtung (1 1 ) zur Regulierung der über den Zulauf (51 ) zugeführten Menge an frischer Waschlösung verbunden ist.
6. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sämtliche Waschstufen-Verbindungsleitungen (7) eine Regulierungsvorrichtung (9) zum Einstellen der Menge an durchgeleiteter Sumpflösung aufweisen.
7. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede einzelne der n Waschstufen eine Messvorrichtung (55) zur Bestimmung des Füllstands der Sumpflösung in einem Sumpf der jeweiligen Waschstufe umfasst.
8. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede einzelne der n Waschstufen eine Barriere (60) zur Verhinderung der Vermischung der Sumpflösung einer Waschstufe mit der Sumpflösung einer der übrigen Waschstufen, insbesondere einer unmittelbar benachbarten Waschstufe, umfasst.
9. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung derart ausgestaltet ist, dass der Kanal (5) im verbauten Zustand der Vorrichtung (1 ), bevorzugt integriert in einer Harnstoffanlage, im Wesentlichen horizontal verläuft.
10. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sprühvorrichtung (2) eine oder mehrere Sprühdüsen zum Versprühen der Waschlösung aufweist.
1 1. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (1 ) einen Staubabscheidungsbereich aufweist, in welchem in dem Abgas vorhandener Staub abscheidbar ist, wobei der Staubabscheidungsbereich bevorzugt in Transportrichtung (T) des Abgases vor dem Waschbereich (12) angeordnet ist.
12. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese als Horizontalwäscher ausgebildet ist und die Transportrichtung (T) im Wesentlichen horizontal verläuft.
13. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass diese zur Entfernung einer gasförmigen chemischen Verbindung aus einem Abgas einer Harnstoffanlage verwendet wird.
14. Verfahren zur Entfernung einer gasförmigen chemischen Verbindung aus einem Abgas, wobei die gasförmige chemische Verbindung durch Reaktion mit einer Waschlösung (22) in eine wässrige Flüssigphase überführt wird, wobei das Abgas durch einen Waschbereich (12) eines Kanals (5) entlang einer Transportrichtung (T) von einer ersten Waschstufe bis zu einer n-ten Waschstufe geführt wird, wobei n mindestens zwei ist, wobei in jeder einzelnen der n Waschstufen jeweils eine Oberflächenvergrößerungsstruktur (3), insbesondere eine Schüttung oder eine Packung, mittels einer Sprühvorrichtung (2) mit der Waschlösung (22) besprüht wird, eine von der Oberflächenvergrößerungsstruktur (3) ablaufende Sumpflösung gesammelt und ein erster Teilstrom der Sumpflösung über eine Rückführleitung (4) zu der Sprühvorrichtung (2) der gleichen Waschstufe zurückgeführt wird, wobei mit Ausnahme der ersten Waschstufe, ein zweiter Teilstrom der Sumpflösung jeder einzelnen Waschstufe über eine Verbindungsleitung (7) in die Rückführleitung (4) der entgegen der Transportrichtung (T) unmittelbar benachbarten Waschstufe geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels wenigstens einer Messeinrichtung (56.1 ) der pH-Wert eines Teilstroms der Sumpflösung aus wenigstens einer Waschstufe bestimmt wird und/oder mittels wenigstens einer Messeinrichtung (56.2) die Konzentration der Waschlösung eines Teilstroms der Sumpflösung aus wenigstens einer Waschstufe bestimmt wird.
15. Verfahren gemäß Anspruch 14, welches zur Entfernung einer gasförmigen chemischen Verbindung aus einem Abgas einer Harnstoffanlage dient.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, bei dem der Rückführleitung (4) der n- ten Waschstufe über einen Zulauf (51 ) frische Waschlösung zugeführt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem anhand des bestimmten pH-
Werts die Menge an frischer Waschlösung, die der Sprühvorrichtung (2) der primären Waschstufe (41 ) über die Rückführleitung (4) zugeführt wird, mittels einer weiteren Regulierungsvorrichtung (1 1 ) im Zulauf (51 ) eingestellt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem anhand des Werts der bestimmten Konzentration der Waschlösung die Menge an frischer Waschlösung, die der Sprühvorrichtung (2) der primären Waschstufe (41 ) über die Rückführleitung (4) zugeführt wird, mittels einer weiteren Regulierungsvorrichtung (1 1 ) im Zulauf (51 ) eingestellt wird.
19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei das Abgas mit einer Geschwindigkeit von weniger als 20 m/s, vorzugsweise weniger als 10 m/s und besonders bevorzugt weniger als 5 m/s durch den Waschbereich (12) geführt wird.
20. Verwendung einer Vorrichtung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 in einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 19.
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