DE2801901C2

DE2801901C2 - Verfahren zum Kontaktieren von Flüssigkeit mit Gas

Info

Publication number: DE2801901C2
Application number: DE2801901A
Authority: DE
Inventors: Hideo Fukuda; Noboru Hashimoto; Setsuo Yokohama Kanagawa Shibata
Original assignee: JGC Corp
Current assignee: JGC Corp
Priority date: 1977-01-17
Filing date: 1978-01-17
Publication date: 1985-06-20
Also published as: GB1588911A; JPS5533650B2; US4192833A; CA1091900A; DE2837564C2; FR2377222A1; DE2801901A1; FR2377222B1; NL7800331A; JPS5388659A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kontaktleren von Flüssigkeit mit Gas In einer Vorrichtung, die einen mit Flüssigkeits- und Gaseinlaß versehenen Kontaktierbereich, einen unterhalb des Kontaktierbereichs angeordneten Flüssigkeitsbehälter sowie einen mit diesem In Verbindung stehenden Gasauslaß aufweist.

Insbesondere soll das Verfahren Anwendung finden bei der Durchführung des Kalk- und Kalkstein-Naßwaschverfahrens bzw. bei einer Abgas-Entschwefelung, einer Naßstaubwäsche und verschiedenen anderen Gasabsorptionen, bei denen Natriumcarbonat- oder Ätzsodalösung als Lösungsmittel benutzt werden, sowie bei Wasserabschreck-, Befeuchtungs-, Desodorierverfahren usw.
Als bisherige Flüssigkelt/Gas-Kontaktiervorrlchtungen sind der Plattenturm, die Füllkörpersäule und andere

Vorrichtungen bekannt, denen jedoch sämtlich verschiedene Mängel anhaften, so daß es unmöglich 1st, eine hohe Gasgeschwindigkeit anzuwenden, da diese Vorrichtungen Einrichtungen zur Verminderung des Mitreißens von Lösungsmittel und des Druckverlusts oder -abfalls erfordern würden, während sich bei Verwendung einer Aufschlämmung, wie im Fall des Kalkstein-Naßwaschverfahrens, Stein oder Zunder in der Säule bzw. im Turm absetzen usw.

Eine andere, bisherige Vorrichtung dieser Art 1st der Gassäulenreaktor, bei dem jedoch eine Verteilerplatte zum Verteilen bzw. Dispergieren des Gases in der Flüssigkeit vorgesehen sein muß.

Aus der DE-OS 20 59 415 ist bereits ein Verfahren zum Herstellen einer innigen Mischung einer Flüssigkeit und eines Gases bekannt, welches insbesondere zur wechselseitigen Entgiftung von Verbrennungsabgasen in Ablaugen dient. Zur wirksamen Vermischung von Flüssigkeit und Gas wird dort der Weg beschrltten, auf den Spiegel einer Vorratsmenge der Flüssigkeit einen scharfen kontinuierlichen Strahl der Flüssigkeit so von oben nach unten zu richten, daß er das In die Umgebung des Strahls geführte Gas mit sich als Blasen unter den Spiegel der Vorratsmenge der Flüssigkeit reißt. Dieses bekannte Verfahren 1st im wesentlichen für Anwendungsfälle zweckmäßig, bei denen eine chemische Reaktion zwischen dem Gas und der Flüssigkeit erwünscht ist.
Aufgabe der Erfindung 1st demgegenüber die Schaffung eines Verfahrens der eingangs erwähnten Art zum Kontaktieren von Flüssigkeit mit Gas, das unter Vermeidung der genannten Nachtelle und Mängel mittels einer einfach gebauten Vorrichtung die Erzielung eines besonders großen Wirkungsgrades bei der Kontaktierung ermöglicht.

Die genannte Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß die Flüssigkeit Im Oberteil und das Gas Im Unterteil eines Gegenstrom-Kontaktlerbereichs zugeleitet wird, der In dem einen Schenkel einer umgekehrt U-förmlgen Gasabsorpttonssäule untergebracht ist, wobei der Endabschnitt des einen Schenkels unter der Flüssigkeit des Flüssigkeitsbehälters eintaucht und auch der andere Schenkel in den Flüssigkeitsbehälter mündet, und wobei In dem Gegenstrom-Kontaktlerbereich ein Flüssigkeitsdurchsatz von 40 000 bis 500 000 kg/m² · h erfolgt und eine Gasströmungsgeschwindigkeit von 3 m/s oder mehr angewandt wird, und ein Teil der über den Gegenstrom-Kontaktierberelch geleiteten Flüssigkeit von der Gasströmung in einen zwischen dem Einlaß der Flüssigkeit Im Oberteil und dem Gasauslaß gebildeten Gleichstrom-Kontaktlerbereich mitgerissen wird.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Abtrennung des Gases von der Flüssigkeit nach dem Durchgang durch den Gleichstrom-Kontaktierberelch Im mit einer Trennplatte versehenen Flüssigkeitsbehälter erfolgt und das Gas durch einen Auslaß im Behälter abströmt.

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

Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer Flüsslgkeits-Gas-Kontaktlervorrlchtung, die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird,
FIg. 2 eine Flg. 1 ähnelnde Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der Vorrichtung,

Flg. 3 eine teilweise weggeschnittene, schematische perspektivische Darstellung einer welter abgewandelten Ausführungsform der Vorrichtung,

F1 g. 4 eine graphische Darstellung von Versuchsergebnissen zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen den Betriebsbedingungen und der Absorptionsleistung und

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F i g. 5 eine graphische Darstellung von weiteren Versuchsergebnissen zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen Gasgeschwindigkeit und Druckverlust bzw. -abfall.

In Flg. 1 ist eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.

Die Vorrichtung gemäß Flg. 1 umfaßt eine Gasabsorptionssäule Ϊ, eine Gaseinlaßleitung 2, eine Auslaßleitung 3 für behandeltes Gas, einen Lftsungsmlttelbehälter 4 und eine Gasrückführleltung 5. Die umgekehrt U-förmige Säule 1 ist mit ihrer einen Seite an ihrem Unterteil mit der GaseinJaßleltung 2 verbunden, während ihre andere Seite an die Auslaßleitung 3 für behandeltes Gas angeschlossen ist. Die beiden Endabscb/iitte der Säule 1 sollten dabei stets In das im Behälter 4 enthaltene Lösungsmittel eingetaucht sein. Oberhalb eines Gaseinlasses 8 der Säule 1 an der Seite der Einlaßleitung 2 sind ein Lösungsmitteleinlaß 7 zur Zufuhr von Lösungsmittel aus dem Behälter 4 mittels einer Pumpe 10 und die Gasrückführleltung 5 angeschlossen, welche die Säule über eine Gasrückführdüse 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 8 in die Absorptions-Säule 1 eingeführt. In bestimmten 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. Das aus dem Einlaß 7 austretende Lösungsmittel kontaktiert dabei das aus dem darunter befindlichen Gaseinlaß 8 hochsteigende Gas unter Bildung eines Gegenstrom-Kontaktlerbereichs zwischen Lösungsmitteleinlaß 7 und Gaseinlaß 8. Durch entsprechende Einstellung der Erhöhung des Lösungsmitteleinlasses 7 In Abhängigkeit von der Strömungsmittelgeschwindigkeit des Gases kann somit die Länge dieses Gegenstrom-Kontaktlerbereichs festgelegt werden. Das Lösungsmittel strömt weiter nach unten, wobei es das aus dem Einlaß 8 austretende Gas mit sich mitreißt und einen Flüssigkeit/Gasgemischstrom (Glelchstrom-Kontaktierbereich) bildet, um dann zusammen mit einem Teil des Gases In den Behälter 4 einzutreten. DeI beiden genannten Kontaktlerbereiche bilden einen ersten Flüsslgkelt/Gas-Kontaktlerabschnitt. Der in den Behälter 4 eintretende Gemischstrom bildet eine Strahlströmung, wobei das mitgerissene Gas im Lösungsmitteibehälter 4 Blasen erzeugt und dabei mit dem Lösungsmittel kontaktiert wird. Ein Teil des Gases steigt in den oberen Leerraum des Behälters 4 hoch, um in der Gasrückführleitung 5 hochzusteigen und zur Säule 1 zurückgeführt zu werden. Das unter Kontaktierung mit dem Lösungsmittel in der Säule hochsteigende Gas trifft dabei auf einen Teil der über den Lösungsmitteleinlaß 7 zugeführten Flüssigkeit auf, um in der Säule bis zu deren Bogen (Kopfteil) hochzusteigen und sich dabei mit dem erwähnten, rückgeführten Gas zu vereinigen und sodann nach unten zu strömen, wobei ein Gleichstrom- 3" Kontaktierbereich (d. h. ein zweiter Flüssigkeit/Gas-Kontaktlerabschnltt) zwischen dem Lösungsmitteleinlaß 7 und dem Auslaß 9 für das behandelte Gas bebildet wird. Das Flüssigkeit/Gasgemisch wird an diesem Auslaß 9 aufgrund der unterschiedlichen Trägheitskräfte In behandeltes Gas und Lösungsmittel aufgetrennt, wobei das so abgetrennte Lösungsmittel zur Wiederverwendung In den Behälter 4 herabfließi. Weiterhin wird das Lösungsmittel von der Einlaßleitung 11 aus in den Behälter 4 eingeleitet und über die Auslaßleitung 12 aus dem Behälter ausgetragen bzw. abgeführt.

Die unteren Enden der Säule 1 sind In den Lösungsmittelbehälter 4 eingeführt, wobei der Endabschnitt des ersten Kontaktierabschnitts in das darin enthaltene Lösungsmittel eintaucht. Die Eintauchtiefe braucht dabei nur so groß zu sein, daß eine Flüssigkeitsdichtung für den oberen Bereich dieses Abschnitts hergestellt wird. Die Eintauchtiefe des Unterteils des zweiten Kontaktlerabschnitts kann dieselbe Größe besitzen. *o

Das am Auslaß 9 abgetrennte, behandelte bzw. gereinigte Gas wird über die entsprechende Auslaßleitung 3 entlassen, doch kann es ggf. mit Hilfe eines Nebelabscheiders bzw. Entfeuchters weiterbehandelt werden. Da die Gasrückführleitung 5 aus einem Gleichdruckrohr besteht, reicht es aus, je nach dem Druckverlust oder -abfall in der Gasabsorptionssäule 1 den oberen Bereich des Behälters 4 mit einer entsprechenden Stelle dieser Säule 1 zu verbinden. Weiterhin kann der zweite Flüssigkeit/Gas-Kontaktierabschnitt 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 Ug 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 Im Bereich von 40 000-500 000 kg/m² · h.

Flg. 2 veranschaulicht eine abgewandelte Ausführungsform der beim erfindungsgemäßen Verfahren angewandten Vorrichtung, bei welcher die Abtrennung des behandelten Gases nach dem Durchgang durch den zweiten Flüsslgkell/Gas-Kontaküerabschnltt im Lösungsmittelbehälter 4 erfolgt und das Lösungsmittel für die Wiedergewinnung oder -verwendung In den Behälter 4 zurückströmt, und bei der das behandelte Gas dann über den entsprechenden Auslaß 9 im Behälter 4 zur Auslaßleitung 3 für behandeltes Gas geleitet wird. Um hierbei einen kurzen Strömungsweg des In den Behälter 4 eingeführten Gases durch den Unterteil des ersten Kontakllerabschnltts zum Auslaß 9 für behandeltes Gas zu vermelden, ist im Behälter 4 eine Trennplatte 13 vorsesehen, die jedoch nicht den gesamten Behälter in zwei Kammern zu unterteilen, sondern nur eine bis zum Unterteil der Vorrichtung gemäß Flg. 1 reichende Tiefe zu besitzen braucht. Die Rückführung des Lösungsmittels kann durch Abziehen auf die In Fig 2 gezeigte Weise oder aber durch Abziehen an der gegenüberliegenden 6" Seite der Trennplatte erfolgen.

Fig. 3 zeigt eine weiter abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung, bei der 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, sowie in Aufwärtsrichtung bis nahe an den Kopfraum der Säule 1 reicht, so daß längs beider Selten der Trennplatte ein umgekehrt U-förmiger Flüssigkett/Gas-Kontaktierberelch gebildet wird. Außerdem ist der erste Kontaktlerbereich mittels getrennter Trennplatten in mehrere parallel zur Strömungsmittelströmung liegende Unterbereiche unterteilt.

Auferund des beschriebenen Aufbaus kann die Kontaktierung eines großen Gasvolumens mit einer Flüssig-

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keit in einer kompakt gebauten Vorrichtung erfolgen.

Wie erwähnt, kann mit der Vorrichtung die Gasgeschwindigkeit erhöht werden, und da die Kontaktiervorrichtung keine Innenelemente, wie Platten, Füllkörper und dgl. enthält, 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 Innenraumberelche von Absorptiohssäule und Lösungsmittelbehälter als Flüsslgkelt/Gas-Kontaktierbereich benutzt werden, so daß der Kontaktierungs-Wlrkungsgrad verbessert wird. Da die Vorrichtung außerdem kompakt gebaut Ist, sind die Errichtungskosten für diese Vorrichtung verhältnismäßig niedrig.

IU Beispiel 1

Unter Verwendung einer mit einem Staubwäscher ausgerüsteten Flüssigkeit/Gas-Kontaktlervorrichtung der Art gemäß Fig. 1 mit einem Innendurchmesser von 500 mm wurde ein mit Staubteilchen einer durchschnittlichen Größe von 20 μίτι beladenes und eine tatsächliche Dichte von 2,4 g/cm³ besitzendes Gas behandelt. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt

Staubkonzentration Gasgeschwindigkeit Strömungsverhältnis von Wirkungsgrad der

am Einlaß (g/Nm³) in der Säule (m/s) Flüssigkeit zu Gas in Staubabscheidung (%)

der Säule (1/Nm³)

0,02 3,8 5 99

0,27 4,6 6 98

0,45 5,2 5 95

Beispiel 2

Unter Verwendung der Vorrichtung nach Beispiel 1 wurde ein Kesselabgas, das 1000 ppm (Teile pro Million Teile) SO₂ enthielt und mit einer Oberflächengeschwindigkeit von 5,2 m/s strömte, mit einem wäßrigen Lösungsmittel kontaktiert, das 5 Gew.-% Na₂CO₃ enthielt und In einer Menge von 68 000 kg/m² · h zugeführt wurde. Der SOj-Abscheidungsgrad betrug dabei 98,5%.

Beispiel 3

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 Gasabsorptionssäule betrug 1,5 m, und ihr Innendurchmesser mißt 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 1 aufgeführt.

■40 Bei der Analyse wurde die Konzentration des Einlaßgases nach dem Ultravlolettabsorptionsverfahren (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. Das Versuchsergebnis ist In F i g. 4 veranschaulicht. Der Absorptionswirkungsgrad betrug stets mehr als 9856. Die Absorption nahm mit Vergrößerung der Menge der rückgeführten Flüssigkeit zu, während bezüglich der

•»5 Wirkung der Gasgeschwindigkeit kein deutlicher Unterschied festzustellen war.

Tabelle 1 — Versuchsbedingungen

Temperatur des Speisegases 23 bis 28° C |

Temperatur der Rückführ-Flüssigkeit 41° C |

Gas-Oberflächen- bzw. -strömungsgeschwindigkeit Ug 6, 8, 10 m/s j|

Flüssigkeitsdurchsatz L 100 000 bis 300 000 kg/m² · h j

Konzentration des Zufuhr-Alkalis 1,71 Mol/l (= 6,8 Gew.-%) j

(konstant) h

Zufuhrmenge an Alkalilösung 1,8 l/h )

Anfängliche Dichte der Alkalilösung im Behälter 0,86 Mol/l (= 3,4 Gew.-°/o) J

Eintrittskonzentration einer organischen Säure und (Behälterinhalt: 150 1)
Alkaliüberschußverhältnis (Anmerkung 1)

Ug (m/s)

(Anmerkung 2) 8
10

Anmerkung 1:

Anmerkung 2:

Eintrittskonzentration der organischen Säure (ppm auf Gewicht bezogen)

Alkaliüberschußverhältnis

1.17 bis 1.20

0,98 bis 2,75 1,45 bis 1,62

Strömungsmenge an zugeführten Alkali (MoI)/-Strömungsmenge an zugeführter organischer Säure (Mol)

Nur bei Ug = 8 m/s variierte die Eintrittskonzentration der organischen Säure in
einem weiten Bereich.

3070 bis 3170

1960 bis 5500 2310 bis 2580

Überschußalkaliverhältnis:

Die Größen des Druckverlusts bzw. -abfalls, der bei Änderung der Gas-Strömungsgeschwindlgkelt Ug und des
Flüssigkeitsdurchsatzes L ermittelt wurde, .sind In Fig. 5 veranschaulicht. Aus dieser graphischen Darstellung
geht hervor, daß bei einer Gasströmungsgeschwindigkeit i/g von mehr als 5 m/s der Druckabfall ΔΡ stark
ansteigt und der Flüssigkeitsstau In der Säule entsprechend zunimmt, so daß eine zufriedenstellende Kontaktierung zwischen Flüssigkeit und Gas erreicht wird.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

28 Ol 901 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Kontaktieren von Flüssigkeit mit Gas in einer Vorrichtung, die einen mit Flüssigkeitsund Gaseinlaß versehenen Kontaktierbereich, einen unterhalb des Kontaktierbereichs angeordneten Flüsslgkeltsbehälter sowie einen mit diesem In Verbindung stehenden Gasauslaß aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit im Oberteil (7) und das Gas im Unterteil (8) eines Gegenstrom-Kontakt'.erberelchs zugeleitet wird, der in dem einen Schenkel einer umgekehrt U-förmlgen Gasabsorptionssäule (1) untergebracht ist, wobei der Endabschnitt des einen Schenkels unter der Flüssigkeit des Flüssigkeitsbehälters (4) eintaucht und auch der andere Schenkel in den Flüssigkeitsbehälter (4) mündet, und wobei in dem

Gegenstrom-Kontaktierbereich ein Flüssigkeitsdurchsatz (Z.) von 40 000 bis 500000 kg/m²-h erfolgt und eine Gasströmungsgeschwtndigkelt (Ug) von 3 m/s oder mehr angewandt wird und ein Teil der über den Gegenstrom-Kontaktierbereich geleiteten Flüssigkeit von der Gasströmung in einen zwischen dem Einlaß der Flüssigen im Oberteil (7) und dem Gasauslaß (9) gebildeten Gleichstrom-Kontaktierberelch mitgerissen wird.

'5

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung des Gases von der Flüssigkeit nach dem Durchgang durch den Gleichstrom-Kontaktierberelch im mit einer Trennplatte (13) versehenen Flüssigkeitsbehälter (4) erfolgt und das Gas durch einen Auslaß (9) im Behälter (4) abströmt.