DE2801901A1

DE2801901A1 - Verfahren und vorrichtung zum kontaktieren von fluessigkeit mit gas

Info

Publication number: DE2801901A1
Application number: DE2801901A
Authority: DE
Inventors: Hideo Fukuda; Noboru Hashimoto; Setsuo Shibata
Original assignee: JGC Corp
Current assignee: JGC Corp
Priority date: 1977-01-17
Filing date: 1978-01-17
Publication date: 1978-12-07
Also published as: GB1588911A; JPS5533650B2; US4192833A; CA1091900A; DE2801901C2; DE2837564C2; FR2377222A1; FR2377222B1; NL7800331A; JPS5388659A

Description

NACHGEREICHT

280190t

JOC Corporation Tokioι Japan

f l Μι 1978

Verfahren und Verrichtung zum Kontaktieren von Flüssigkeit mit Gas

Die Erfindung,betrifft ein Verfahren

zum Kontaktieren tun flüssigkeit alt Gas, insbesondere zur Behandlung einer vergleichsweise großen Oasmenge. Insbesondere bezieht sioh die Erfindung auf eine FlUssigkeit/Oae-Kontatkiervorriohtung zur Durchführung des Kalk- und KaIks te in~Nai)wasohvtrf ahrens bxv* auf eine Abgas-Entaohwefβlungevorrichtung, einen Kaflstaubwäsoher und verschiedene andere Gasabsorption·Vorrichtungen» bei denen Natriumcarbonat- oder XtzsodalÖsung und dgl. als Lösungsmittel benutzt werden, sowie auf Wassembeohreok«, Befeuchtunga-, Desodoriervorrichtungen und dgl·

Ale bisherige Flüssigkeit/Gas-Kontaktiervorriohtungen sind der Plattenturn» die FtUlkSrpersKuIe und andere Vorrichtungen bekannt, denen Jedoch sMmtlioh verschiedene Mängel anhaften, ao daß es unaöglioh ist, eine hohe Gasgeschwindigkeit anzuwenden, da diese Einrichtungen zur Verminderung des Mitreißens von Lösungsmittel und des Druckverluats oder -abfalle erfordern würdeι während sich bei Verwendung einer Aufschlämmung, wie im Fall des Kalkstein-Naßwasohverfahrens, Stein oder Zunder (scales) in der Säule bzw. im Turm absetzen

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Eine andere, bisherige Vorrichtung dieser Art ist der Schaumsäulenreaktor (bubble column reactor), bei dem jedoch eine Verteilerplatte zum Verteilen bzw. Dispergieren des Gaaes in der Flüssigkeit vorgesehen sein muß.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Verfahrens zum Kontaktieren von Flüssigkeit mit Gas, wobei die Vorrichtung unter Vermeidung der Nachteile lind Mangel der bisherigen Vorrichtungen durch Vermeidung von Platten, Packungen bzw. FUllkörpern o.dgl. in der Säule einfach und wirkungsvoll ausgebildet sein soll. Vielmehr soll dabei eine xwangsläufige MitfUhrung induziert werden, um einen vorteilhaften FlUsaigkeltsstau (liquid holdup) in der Vorrichtung hervorzubringen und in ihr einen Flüssigkeit/Oaegemiechstrom zur Gewährleistung eines Kontakts zwischen Flüssigkeit und Gas zu erzeugen. Ein derartiges Verfahren und eine solche Vorrichtung zu seiner Durchführung sind bisher noch nicht vorgeschlagen worden.

Die genannte Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Kontaktieren von Flüssigkeit Bit Gas erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Flüsaigkeit/OM-Kontaktiervorrichtung verwendet wird, die einen ersten FlOssigkeit/Gas-Kontaktierbereich, dessen Unterteil Bit ein·* Gaseinlaß und dessen Oberteil mit einem Flussigkeitaelnlaß versehen ist, sowie einen zweiten, entsprechenden Bereich aufweist, der mit einem Auslaß für behandeltes Gas verbunden ist und in welchem zumindest ein Teil der über den ersten Kontaktierbereich geleiteten Flüssigkeit und der grüßte Teil des zügeführten Gases im Gegenstroa miteinander kontaJjfciert werden, wobei die beiden Kontaktierbereiche durch einen umgekehrt U-förmigen Abschnitt miteinander verbunden sind und die Unterteile beider Bereiche in einen Flüssigkeitsbehälter münden, in welchem der Unterteil des ersten Bereichs unter den Flüssigkeitsspiegel eintaucht, und daß die Kontaktierung bei einer Gas-Oberflächen-

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bzw. -Strömungsgeschwindigkeit U im ersten Kontaktierbereich von 3 m/s oder mehr und bei einem Flüssigkeitsdurchsatz L in der Größ<
durchgeführt wird.

2 satz L in der Größenordnung von 40 000 - 500 000 kg/m · h

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer Flüssigkeits/Gas-Kontaktiervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Fig. 1 ähnelnde Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform/

Fig. 3 eine teilweise weggeschnittene, schematische perspektivische Darstellung einer weiteren abgewandelten Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,

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Fig. 4 eine graphische ß»rstellung von Versuchsergebnissen zur VerajQSChaulichung der Beziehung zwischen den Betriebsbedingungen und der Absorptionsleistung und

Fig. 5 eine graphische Darstellung von weiteren Ver3uchser-

gebnlsaen zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen Gaegeschwindigkeit und Druckverlust bzw. -abfall.

Im folgenden ftind die Einzelheiten der

FlUseigkeit/Oas-Kontaktiervorrichtung sowie die Anwendung dieser Vorrichtung auf die Gasabsorption mittels einer Flüssigkeit (Lösungsmittel) beschrieben.

In Fig. 1 ist eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrene dargestellt.

Die VoBlchtung geatß Flg. 1 umfaßt eine Gasabsorptionseäule 1, einei Oaseinlaßleitung 2, eine Aualaßleitung 3 für behandeltes OaA, einen LOaungemittelbehllter 4 und eine GasrUckiOhriattung 5. Die umgekehrt U-förmig· Säule 1 ist mit ihrer einen Seite an ihrem Unterteil mit der Gaseinlaßleitung 2 verbunden, wahrend Ihre andere Seite an die Auslaöleitung 3 für behandeltes Gas angeschlossen ist. Die beiden Endabschnitte der Säule 1 sollten dabei stets in das im Behälter 4 enthaltene Lösungsmittel eingetaucht sein, über einem Gaseinlaß 8 der Säule 1 an der Seite der Einlaßleitung 2 sind ein Lösungsmltteleinlaß 7 zur Zufuhr von Lösungsmittel aus dem Behälter 4 mittels einer Pumpe 10 und die GasrückfUhrleitung 5 angeschlossen, welche die Säule über eine GasrUckführdüse 6 etwas oberhalb des Einlasses 7 mit dem Oberteil des Behälters 4 verbindet.

Bei einer Vorrichtung mit dem beschriebenen Aufbau wird das zu behandelnde Gas von der Gaseinlaßleitung 2 aus über den Gaseinlaß θ in die Abaorptions-Säule 1 eingeführt. In bestimm-

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ten Fällen kann eine Gasgleichrichtung in der Nähe des Einlasses 8 Je nach der Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms erfolgen. Das Lösungsmittel aus dem Behälter 4 wird dagegen der Säule 1 über den Einlaß 7 mittels der Pumpe 10 zugeführt. Dae aus dem Einlaß 7 austretende Lösungsmittel kontaktiert dabei das aus dem darunter befindlichen Gaseinlaß 8 hochsteigende Gas unter Bildung eines Gegenstrom-Kontaktierbereiche zwischen Lösungsmitteleinlaß 7 und Gaseinlaß 8. Durch entsprechende Einstellung der Erhöhung des Lösungsmitteleinlasses 7 in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit des Gases kann somit die Länge dieses Gegenstrom-Kontaktierberaichs festgelegt werden. Das Lösungsmittel strömt weiter nach unten, wobei es das aus dem Einlaß 8 austretende Gas mit sich mitreißt und einen Flüssigkeit/Gasgemischstrom (Gleichetrom-Kontaktierbereioh) bildet, um dann zusammen mit einem Teil des Gases in den Behälter 4 einzutreten. Die beiden genannten Kontaktierbereiche bilden einen ersten Flüssigkeit/Gae-Kontaktierabschnitt. Der in den Behälter 4 eintretende Gemischstrom bildet eine Strahlströmung (Jet), wobei das mitgerissene Gas im Lösungsmittelbehälter Blasen bildet und dabei alt dem Lösungsmittel kontaktiert wird. Ein Teil des Gases steigt in den oberen Leerraum des Behälters 4 hoch, am in der GasrUckführleitung 5 hochzusteigen und zur Säule 1 zurückgeführt zu werden. Das unter Kontaktierung mit den Lösungsmittel in der Säule hochsteigende Gas trifft dabei auf «inen Teil oder die gesamte über den Lösungsmitteleinlaß 7 zugeführte Flüssigkeit auf, um in der Säule bis zu deren Bogen (Kopfteil) hochzusteigen und sich dabei mit dem erwähnten, rUckgefUhrten Gas zu vereinigen und sodann nach unten zu strömen, wobei ein Gleichstrom-Kontaktierbereich (d.h. ein zweiter Flüssigkeit/Gas-Kontaktierabschnitt) zwischen dem Lösungsmittoleinlaß 7 und dem Auslaß 9 für das behandelte Gas gebildet wird. Das Flüssigkeit/Gasgemisch wird an diesem Auslaß 9 aufgrund der unterschiedlichen Trägheitskräfte in behandeltes Gas und Lösungsmittel aufgetrennt, wobei

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' das so abgetrennte Lösungsmittel zur Wiederverwendung in den Behälter 4 herabfließt. Weiterhin wird das Lösungsmittel von der Einlaßleitung 11 aus in den Behälter 4 eingeleitet und über die Auslaßleltgng 12 aus dem Behälter ausgetragen bzw. abgeführt.

Die unteren Enden der Säule 1 sind in den Lösungsmittelbehälter 4 eingeführt, wobei der Unterteil des er/ten Kontaktierabschnitts in das darin enthaltene Lösungsmittel eintaucht. Die Eintauchtiefe braucht dabei nur so groß zu sein, daß eine Flüssige«itadichtung für den oberen Bereich dieses Abschnitts hergestellt wird. Die Eintauchtiefe des Unterteils des zweiten Kontaktlerabschnitts kann dieselbe Größe besitzen.

Das am Auslaß 9 abgetrennte, behandelte bzw. gereinigte Gas wird über die (jkntsprechende Auslaßleitung 3 entlassen, doch kann es ggf. elt Hilfe eines Nebelabscheiders bzw. Entfeuchters (demiater) o.dgl. weiterbehandelt werden. Außerdem kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der gesamte Säulenbereich auch als Gleichetromabachnitt ausgelegt werden, Indem der Lös unga mit te leinlaß 7 in die Nähe des Gaseinlasses 8 verlegt wird. Da die GaerUckführleitung 5 aus einem Gleichdruckrohr besteht, reicht es aus, je nach dem Druckverlust oder -abfall In der Gasabsorptions säule 1 den oberen Bereich des Behälters 4 mit einer entsprechenden Stelle dieser Säule 1 zu verbinden. Weiterhin kann der zweite Plussigke1t/Gas-Kontaktlerabsctanltt der Säule 1 mit Packungen bzw. Füllkörpern, Platten und anderen Innenelementen versehen werden, sofern ein entsprechender Druckabfall zulässig ist.

Im Betrieb der Vorrichtung liegt die Gasgeschwindigkeit U zweckmäßig bei 3 m/s oder höher, vorzugsweise im Bereich von 4-20 m/s und insbesondere im Bereich von 5-15 m/s. Der Flüssigkeitsdurchsatz L liegt zweckmäßig im Bereich von 40 000 - 500 000 kg/m².h. Wenn dies erforderlich ist, kann das erfindungsgemäße Kontaktierverfahren jedoch auch mit einem Flüssigkeitsdurchsatz in einem Bereich bis zu 1 000 000 kg/m², h getrieben „erden, „ „_fl „₄ „ , „

Fig. 2 veranschaulicht eine abgewandelte Ausführungsform

.. Vorrichtung, bei welcher die Abtrennung dee behandelten Gases nach dem Durchgang durch den zweiten Flüssigkeit/Gas-Kontaktierabschnitt im Lösungsmittelbehälter 4 erfolgt und das Lösungsmittel für die Wiedergewinnung oder . -verwendung in den Behälter 4 zurückströmt, während das behandelte Gas zunächst in den Behälter 4 geleitet und dann Über den entsprechenden Auslaß 9 im Behälter 4 zur Auslaßleitung 3 tür behandeltes Gas geleitet wird. Um hierbei einen kurzen Strömungsweg des in den Behälter 4 eingeführten Gases durch den unterteil des ersten Kontaktierabschnitts zum Auslaß 9 für behandeltes Gas zu vermeiden, ist im Behälter 4 eine Trennplatt* 13 vorgesehen, die jedoch nicht den gesamten Behälter in zwei Kammern zu unterteilen, sondern nur eine bis zum Unterteil des zweiten Kontaktbereichs der Vorrichtung gemäß Fig. reichende Tiefe zu besitzen braucht. Die Rückführung des Lösungsmittels kann durch Abziehen auf die in Fig. 2 gezeigte Welse oder aber durch Abziehen an der gegenüberliegenden Seite der Trennplatte erfolgen.

Fig. 3 zeigt eine weiter abgewandelte Ausführungsform,

die eich dadurch kennzeichnet, daß die Gasabsorptionssäule 1 mit zylindrischen Außenräumen versehen ist, und die Trennplatte 13, die in den Lösungsmittelbehälter 4 eingesetzt und einheitlich mit dem Unterteil der Säule 1 ausgebildet 1st, in Aufwärtsrichtung bis nahe an den Kopfraum der Säule 1 reicht, so daß längs beider Seiten der Trennplatte ein umgekehrt ü-förmiger Flüssigkeit/Gas-Kontaktierbereich gebildet wird. Außerdem ist der erste Kontaktierbereich mittels getrennter Trennplatten in mehrere parallel zur Strö-.mungsmitteletröBung liegende Unterbereiche unterteilt.

Aufgrund des beschriebenen Aufbaus kann die Kontaktierung eines großen Gas-volumens mit einer Flüssigkeit in einer kompakt gebauten Vorrichtung erfolgen.

*) Das in den Behälter eingeführte Gas gelangt über den zweiten Kontaktbereich zum Auslaß 9. ·

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- ίο -

Wie erwähnt, kann mit der Vorrichtung die

Gasgeschwindigkeit, d.h. die Gas-Oberflächengeschwindigkeit (gas superficial velocity) erhöht werden, und da die Kontaktiervorrichtung keine Innenelemente, wie Platten, Füllkörper und dgl. enthalt, besitzt sie einen einfachen Aufbau, bei dem der Druckabfall weitgehend verringert ist und keine Drosselung aufgrund der Ablagerung von Stein oder Zunder auftritt. Darüber hinaus können die gesamten Innenraumbereiche von Abaorptionssäule und Lösungsmittelbehälter als Flüssigkeit/Gaa-Kontaktierbereich benutzt werden, so daß der Kontaktierungs-Wirkungsgrad verbessert wird. Da die erfindungsgemlße Vorrichtung außerdem kompakt gebaut ist, sind die Errichtungskoston für diese Vorrichtung verhältnismäßig niedrig.

Beispiel 1

Unter Verwendung einer mit einem Staubwäscher ausgerüsteten Flüssigkeit/Gas-Kontaktiervorrichtung der Art gemäß Fig. 1 mit einem Innendurchmesser von 500 mm wurde ein mit Staubteilchen einer durchschnittlichen Größe von 20 um beladenes und eine tatsächliche Dichte von 2,4 g/cnr besitzendes Gas behandelt. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt.

Staubkonzentration Gasgeschwindig- Strömungsverhält- Wirkungsam Einlaß (g/fö*3) keit in der nis von Flüssig- grad der

Säule (m/s) keit zu Gas in , Staubab-

der Säule (1/Nm^) scheidung

0,02 3,8

0,27 4,6

0,45 5,2

VJl	99
6	93
5	95

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Beispiel 2

Unter Verwendung der Vorrichtung nach Beispiel 1 wurde ein Kesselabgas, das 1000 ppm (Teile pro Million Teile) SO₂ ent hielt und mit einer Oberflächengeschwindigkeit von 5»2 m/s strömte, mit einem wässrigen Lösungsmittel kontaktiert, das 5 Gew.-# Na₉CO, enthielt und in einer Menge von 68 000 kg/m .h zugeführt wurde. Der SOp-Abscheidungsgrad betrug dabei 98,5#.

Beispiel %

Unter Verwendung der Vorrichtung nach Fig. 2 wurde ein Versuch zur Absorption einer in der Luft enthaltenen organischen Säure mittels eines wässrigen Lösungsmittels aus Natriumhydroxid durchgeführt. Die Höhe der umgekehrt U-förmigen GasabsorptionssSule betrug 1,5 m und ihr Innendurchmesser 50 mm. Die Menge der absorbierten Säure wurde als Verhältnis der Konzentration am Einlaß gegenüber der Konzentration am Auslaß ermittelt. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt.

Bei der Analyse wurde die Konzentration des Einlaßgases nach dem Ultraviolettabsorptionsverfahren (UV-Wellenlänge: 230 nm) nach Absorption einer im Einlaßgas enthaltenen organischen Säure mit Äthanol gemessen. Die Konzentration der organischen Säure im Austrittsgas wurde durch GasChromatographie bestimmt (blassäulei 2 m, PEG20M (1096) + H₅PO^ (0,5#), "Chromosorb" WAW-DMCS). Das Versuchsergebnis ist in Fig. 4 veranschaulicht. Der Absorptionswirkungsgrad betrug stets mehr ale 98#. Die Absorption nahm mit Vergrößerung der Menge der rUckgeführten Flüssigkeit zu, während bezüglich der Wirkung der Gasgeschwindigkeit kein deutlicher Unterschied festzustellen war.

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Tabelle 1 - Versuchsbedingungen Temperatur de3 Speisegase3 23 - 28⁰C Temperatur der Rtlckführ-Flüssig-

k

mp it

p g

keit 41 C

Gas-Oberflächen- bzw. -Strömungsgeschwindigkeit Ug 6, 8, 10 m/s

Fltieeigkeitedurcheatz L 100 000 - 300 000 kg/m².h Konzentration des Zufuhr-Alkalis 1,71 Mol/l (-6,8 Gew.-#

(konstant)

Zufhhrmeng· an Alkalilösimg 1,8 l/h

Anfängl.Dichte der Alkalilösung Ln Behalter 0,86 Mol/l (» 3»4 Gew.-%)

Eintrittekonzentration einer organischen Saure und Alkaliübe rschußverhfiltnis (Anmerkung 1) (Behälterinhalt: 150 1)

Ug (m/s) Eintrittskonzentration Alkaliüberschußverhaltnis d« organ· SBure (ppm auf Gewicht bezogen)

6	3070 -	3170	1	,17	- 1	,20
(Anmerkung 2) 8	1960 -	5500	0	,98	- 2	,75
10	2310 -	2580	1	,45	- 1	,62

Anmerkung 1» überechußalkaliverhSltni3: Strömungsmenge an zugeführtem Alkali (Mol)/} Strömungsmenge an zugeführter organ.Säure (Mol)

Anmerkung 2: Nur bei Ug ■ 8 m/s variierte die Eintrittskonzentration der organischen Säure in einem weiten Bereich.

Beispiel 4

Es wurde eine Kontaktierung zwischen Luft und Wasser mittels der Vorrichtung nach Fig. 2 durchgeführt. Dabei wurde der Gesamtdruckverlust bzw. -abfall in der Säule gemessen. Der Innendurchmesser der Gasabsorptionssäule betrug 300 mm und ihre Höhe 4,5 *.

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Die Größen des Druckverlusts bzw. -abfalls, der bei Änderung der Gaßoberflächen- bzw.-strömungsgeschwindigkeit Ug und des Flüssigkeitsdurchsatzes L ermittelt wurde, sind in Fig. 5 veranschaulicht. Aus dieser graphischen Darstellung geht hervor, daß bei einer Gasströmungsgeschwindigkeit Ug von mehr als 5 m/s der Druckabfall ^P stark ansteigt und der FlUssigkeitsstau (holdup) in der Säule entsprechend zunimmt, so daß eine zufriedenstellende Kontaktierung zwischen Flüssigkeit und Gas erreicht wird.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Kontaktieren von Flüssigkeit mit Gas, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flüssigkeit/Gas-Kontaktiervorrichtung verwendet wird, die einen ersten Flüssigkeit/Gas-Kontaktierbereich, dessen Unterteil mit einem Gaseinlaß und dessen Oberteil mit einem Flüssigkeitseinlaß versehen ist, sowie einen zweiten, entsprechenden Bereich aufweist, der mit einem Auslaß für behandeltes Gas direkt oder über eine Gaskammer innerhalb eines Flüssigkeitsbehälters verbunden ist und in welchem zumindest ein Teil der über den ersten Kontaktierbereich geleiteten Flüsssigkeit und der größte Teil des zugeführten Gases im Gegenstrom miteinander kontaktiert werden, wobei die beiden Kontaktierbereiche durch einen umgekehrt U-förmigen Abschnitt miteinander verbunden sind und die Unterteile beider Bereiche in einen Flüssigkeitsbehälter münden, in

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welchem der Unterteil des ersten Bereichs unter den Flüssigkeitsspiegel eintaucht, und daß die Kontaktierung bei einer Gas-Oberflächen- bzw. Strömungsgeschwindigkeit U im ersten Kontaktierbereich von 3 m/s oder mehr und bei einem Flüssigkeits-

2 durchsatz L in der Größenordnung von 40 000 - 500 000 kg/m A durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Kontaktierbereich eine Gas-Strömungsgeschwindigkeit U im Bereich von 5-20 m/s und vorzugsweise von 5-15 m/s angewandt wird.

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