DE2837564C2

DE2837564C2 - Vorrichtung zum Kontaktieren von Flüssigkeit und Gas

Info

Publication number: DE2837564C2
Application number: DE2837564A
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: 1982-12-09
Also published as: CA1091900A; FR2377222A1; GB1588911A; JPS5388659A; US4192833A; FR2377222B1; DE2801901A1; NL7800331A; DE2801901C2; JPS5533650B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Derartige Vorrichtungen "werden bei Kalk- und Kalkstein-Naßwaschverfahren, bei der Abgas-Entschwefelung, bei Naßstaubwäschern und verschiedenen anderen Gasabsorptionsanlagen, bei denen Natriumcarbonat- oder Ätzsodalösungen und dgl. als Lösungsmittel benutzt werden, sowie bei Wasserabschreck-, Befeuchtungs-, Desodorieranlagen und dgl. verwendet.

Als bisherige Flüssigkeit/Gas-Kontaktiervorrichtungen sind z. B. der Plattenturm, die Füllkörpersäule und andere Vorrichtungen bekannt, denen jedoch sämtlich verschiedene Mangel anhaften, so daß es unmöglich ist, eine hohe Gasgeschwindigkeit anzuwenden, da diese Maßnahmen zur Verminderung des Mitreißens von Flüssigkeit bzw. Lösungsmittel und des Druckverlusts oder -abfalls erfordern würde, während sich bei Verwendung einer Aufschlämmung, wie im Fall des Kalkstein-Naßwaschverfahrens, Stein oder Zunder in der Säule bzw. im Turm absetzen kann.

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

Aus der DE-OS 1419690 ist eine Vorrichtung zum Lösen von Gasen in Flüssigkeiten bekannt, mit der durch Erzielung einer möglichst vollständigen Absorption ein möglichst guter Wirkungsgrad angestrebt wird. Das unter Druck stehende, in Aufwärtsrichtung durch den Innern aum eines Absorptionsturmes mit Füllkörperschichten, zwischen denen sich größere leere Zwischenräume befinden, strömende Gas wird intermittierenden Druckschwankungen ausgesetzt. Die Flüssigkeit wird durch Verteilsprüheinrichtungen von oben eingebracht und nach unten versprüht. Gas und Flüssigkeit werden somit nach dem Gegenstromprinzip kontaktiert. Um eine intensive Kontaktierung zu erreichen, können aber nur vergleichsweise geringe Strömungsgeschwindigkeiten gewählt werden. Das Gas strömt in den füllkörperfreien Räumen mit einer Geschwindigkeit von 7 cm/s und in den mit Füllkörper gefüllten Abschnitten mit einer Geschwindigkeit von 15 cm/s. Auch der Flüssigkeitsdurchsatz durch den Abdorptionsturm ist, bezogen auf die Größe der Vorrichtung, aufgrund des Gegenstromprinzips nur vergleichsweise gering. Insbesondere müssen aufwendige Verteilsprüheinrichtungen vorgesehen sein, um Flüssigkeitsteilchen für einen innigen Kontakt mit dem aufwärts strömenden Gas zu zerstäuben. Bezogen auf die Größe der Anlage sind somit trotz intermittierendem Druckbetrieb nur begrenzte Absorptionsleistungen bei geringer Durchsatzmenge möglich.

Aufgabe der Erfindung ist somit die Schaffung einer Vorrichtung zum Kontaktieren von Flüssigkeit und Gas der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung, die bei einem einfachen und kompakten Aufbau ein einwandfreies Kontaktieren von Flüssigkeit und Gas selbst bei höheren Durchsatzgeschwindigkeiten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindunsseemäß durch die in dessen kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 4.

Die Erfindung sieht somit in vorteilhafter Weise eine Zusammenwirkung einer Gegenströmung mit einer Gleichströmung vor. Die Gegenströmung des ersten Kontaktierabschnitts sorgt für eine «Vorvermischung» sowie eine Flüssigkeitszerstäubung, die im zweiten Kontaktierabschnitt nach dem Gleichstromprinzip weiterbehandelt wird und ein intensives Kontaktieren ermöglicht. Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Fig. 1 ähnelnde Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 eine teilweise weggeschnittene, schematische perspektivische Darstellung einer weiter abgewandelten Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Fig. 4 eine graphische Darstellung von Versuchsergebnissen zur Veranschaulichung der Beziehung zwi-

sehen den Betriebsbedingungen und der Absorptionsleistung und

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

Im folgenden sind Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie deren Anwendung auf die Gasabsorption mittels einer Flüssigkeit (Lösungsmittel) be-

schrieben. In Fig. 1 ist eine bevorzugte erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 umfaßt eine Gasabsorptionssäuie 1, eine Gaseinlaßleitung 2, eine Auslaßleitung 3 für behandeltes Gas, einen Flüssigkeitsbehälter 4 und eine Gasrückführleitung 5. Die umgekehrt U-fSrmige Säule 1 ist mit ihrer einen Seite an ihrem Unterteil mit der Gaseinlaßleitung 2 verbunden, während ihre andere Seite an die Auslaßleitung 3 für behandeltes Gas angeschlossen ist. Die beiden Endabschnitte der Säule 1 sollten dabei stets in die im Behälter 4 enthaltene Flüssigkeit eingetaucht sein. Über einem Gaseinlaß 8 der Säule 1 an der Seite der Einlaßleitung 2 sind ein Einlaß 7 zur Zufuhr von Flüssigkeit aus dem Behälter 4 mittels einer Pumpe 10 und die Gasrückführleitung 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 Gascinlaßleitung 2 aus über den Gaseinlaß 8 in die Absorptionssäule 1 eingeführt. In bestimmten Fällen kann eine Gasgleichrichtung in der Nähe des Einlasses 8 je nach der Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms erfolgen. Die Flüssigkeit aus dem Behälter 4 wird dagegen der Säule 1 über den Einlaß 7 mittels der Pumpe 10 zugeführt. Die aus dem Einlaß 7 austretende Flüssigkeit kontaktiert dabei das aus dem darunter befindlichen Gaseinlaß 8 hochsteigende Gas unter Bildung eines Gegenstrom-Kontaktierbereichs zwischen Einlaß 7 und Gaseinlaß 8. Durch entsprechende Einstellung der Höhe des Einlasses 7 in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit des Gases kann somit die Länge dieses Gegenstrom-Kontaktierbereichs festgelegt werden. Die Flüssigkeit strömt weiter nach unten, wobei sie das aus dem Einlaß 8 austretende Gas mit sich reißt und einen Flüssigkeit/Gasgemischstrom (Gleichstrom-Kontaktierbereich) bildet, um dann zusammen mit einem Teil des Gases in den Behälter 4 einzutreten. Die beiden genannten Kontaktierbereiche bilden einen ersten Flüssigkeit 'Gas-Kontaktierabschnitt. Der in den Behälter 4 eintretende Gemischstrom bildet eine Strahlströmung, wobei das mitgerissene Gas im Behälter 4 Blasen bildet und dabei mit der Flüssigkeit 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 der Flüssigkeit in der Säule 1 hochsteigende Gas trifft dabei auf einen Teil oder die gesamte über den Einlaß 7 zugeführte Flüssigkeit auf, um in der Säule 1 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-Kontaktierbereich (d. h. ein zweiter Flüssigkeit üas-Kontaktieratachnitt) zwischen dem Einlaß 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 Flüssigkeit aufgetrennt, wobei die so abgetrennte Flüssigkeit zur Wiederverwendung in den Behälter 4 herabfließt. Weiterhin wird die Flüssigkeit von der Einlaßleitung 11 aus in den Behälter 4 eingeleitet und über die Auslaßleitung 12 aus dem Behälter 4 ausgetragen bzw. abgeführt.

Die unteren Enden der Säule 1 sind in den Behälter 4 eingeführt, wobei der Unterteil des ersten Kontaktierabschnitts in die darin enthaltene Flüssigkeit eintaucht. Die Eintauchtiefe braucht dabei nur so groß zu sein, daß eine Flüssigkeitsdichtung tür den oberen Bereich dieses Abschnitts hergestellt wird. Die E ntauchtiefe des Unterteils des zweiten Kontaktierabschnitts kann dieselbe Größe besitzen.

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 o. dgl. weiterbehandelt werden. Außerdem kann bei der Vorrichtung der gesamte Säulenbereich auch als Gleichstromabschnitt ausgelegt

ίο werden, indem der Einlaß 7 in die Nähe des Gaseinlasses 8 verlegt wird. 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 ί mit Packungen bzw. Füllkörpern, Platten und anderen Innenelementen versehen werden, sofern ein entsprechender Druckabfall zulässig ist.

Im Betrieb der Vorrichtung liegt die Gasgeschwindigkeit Ug 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 Flü.ssigkeitsdurchsatz L liegt zweckmäßig im Bereich von 40000-50000 kg/m².

Fig. 2 veranschaulicht eine abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung, bei welcher die Abtrennung des behandelten Gases nach dem Durchgang durch den zweiten Flüssigkeit/Gas-Kontaktierabschnitt im Behälter 4 erfolgt und die Flüssigkeit 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 für 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 Trennplatte 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. 1 reichende Tiefe zu besitzen braucht. Das in den Behälter eingeführte Gas gelangt über den zweiten Kontaktbereich zum Auslaß 9. Die Rückführung des Lösungsmittels kann durch Abziehen auf die in Fig. 2 gezeigte Weise oder aber durch Abziehen an der gegenüberliegenden Seite der Trennplatte 13 erfolgen.

F i g. 3 zeigt eine weiter abgewandelte Ausführungsform, die sich dadurch auszeichnet, daß die Gasabsorptionssäule 1 mit zylindrischen Außenräumen versehen ist

so und die Trennplatte 13, die in den Behälter 4 eingesetzt und einheitlich mit dem Unterteil der Säule 1 ausgebildet ist, in Aufwärtsrichtung bis nahe an den Kopfraum der Säule 1 reicht, so daß längs beider Seiten der Trennplatte 13 ein umgekehrt U-förmiger Flüssigkeit/Gas-Kontaktierbereich gebildet wird. Außerdem ist der erste Kontaktierbereich mittels getrennter Trennplatten in mehrere parallel zur Strömungsmittelströmung liegende Unterbereiche unterteilt.
Aufgrund des beschriebenen Aufbaus kann die Kontaktierung eines großen Gasvolumens mit einer Flüssigkeit 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 m;d 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

Innenraumbereiche von Absorptionssäule und Behälter als Flüssigkeit/Gas-Kontaktierbereich benutzt werden, so daß der Kontaktierungs-Wirkungsgrad verbessert wird. Da die Vorrichtung außerdem kompakt gebaut ist, sind ihre Errichtungskosten verhältnismäßig niedrig.

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 SO₂-Abscheidungsgrad betrug dabei 98,5 %.

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 μίτι beladenes und eine tatsächliche Dichte von 2,4 g/cm³ besitzendes Gas behandelt. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt.

Staubkon	Gasgeschwin	Strömungs	Wirkungsgrad
zentration	digkeit in	verhältnis	der Staubab
am Einlaß	der Säule	von Flüssig	scheidung
		keit zu Gas
		in der Säule
(g/Nm³)	(m/s)	(I/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

Beispiel 3

Unter Verwendung der Vorrichtung nach Fig. 2 wurde ein Versuch zur Absorption einer in 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 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.

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 Auslaßgas wurde durch Gaschromatographie bestimmt. Das Versuchsergebnis ist in F i g. 4 veranschaulicht. Der Absorptionswirkungsgrad betrug stets mehr als 98 %. Die Absorption nahm mit Vergrößerung der Menge der rückgeführten Flüssigkeit zu, während bezüglich der Wirkung der Gasgeschwindigkeit kein deutlicher Unterschied festzustellen war.

Tabelle 1
Versuchsbedingungen

Temperatur des Speisegases
Temperatur der Rückführ-Flüssigkeit
Gasströmungsgeschwindigkeit U_g
Flüssigkeitsdurchsatz L
Konzentration des Zufuhr-Alkalis
Zufuhrmenge an Alkalilösung
Anfängl. Dichte der Alkalilösung im Behälter
Eintrittskonzentration einer organischen Säure und Alkaliüberschußverhältnis¹)

23-28°C

41°C

6, 8, 10 m/s

100000-300000 kg/m²-h

1,71 Mol/l ( = 6,8 Gew.-% [konstant])

1.8 l/h

0.86 Mol/l ( = 3.4 Gew.-%)

(Behälterinhalt: 1501)

V, (ms)

Eintrittskonzentration d. organ. Säure (ppm auf Gewicht bezogen) Alkaliüberschußverhältnis

8²)
10

3070-3170
1960-5500
2310 — 2580

1,17-1,20
0,98-2,75
1,45-1,62

') Überschußalkaliverhaltnis: Strömungsmenge an zugeführtem Alkali (Mol)/Strömungsmengean zugeführter organ. Säure (MoI). ²) Nur bei (/₉=8m/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 τη.

Die Größen des Druckverlusts bzw. -abfalls, der bei Änderung der Gasströmungsgeschwindigkeit U₉ 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 Δ Ρ 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

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Kontaktieren von Flüssigkeit und Gas, mit zwei miteinander verbundenen Flüssigkeits-Gas-Kontaktierabschnitten, wobei der erste Abschnitt im unteren Teil einen Gaseinlaß und im oberen Teil einen Einlaß für die Flüssigkeit aufweist und der zweite Kontaktierabschnitt mit einem Auslaß für das behandelte Gas in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kontaktierabschnitte in umgekehrt U-förmiger Gestalt miteinander verbunden sind, und der Unterteil des ersten Kontaktierabschnitts in einem Flüssigkeitsbehälter (4) unter dem Flüssigkeitsspiegel eintaucht und daß entweder a) auch der Unterteil des zweiten Kontaktierabschnitts im Flüssigkeitsbehälter (4) unter den Flüssigkeitsspiegel eintaucht, und der Gas-Auslaß (9) im Unterteil dieses zweiten Abschnitts angeordnet ist, oder daß b) der Unterteil des zweiten Kontaktierabschnitts in den Flüssigkeitsbehälter (4) einmündet, der Gasauslaß (9) im Gasraum des Behälters (4) angeordnet ist und im Flüssigkeitsbehälter (4) eine Trennplatte (13) für das über den Unterteil des ersten Kontaktierabschnitts in diesen Behälter (4) eingeführte Gas zu dem in diesem Behälter angeordneten Auslaß (9) für behandeltes Gas vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Behälter (4) und den zweiten Kontaktierabschnitt verbindende Leitung (5) zum Rückführen des zusammen mit der Flüssigkeit über dem Unterteil des ersten Kontaktierabschnitts eingeführten Gases vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kontaktierabschnitt durch Trennwände (14) in mehrere parallel zur Flüssigkeitsströmung liegende Unterabschnitte unterteilt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kontaktierabschnitte Abschnitte in einer umgekehrt li-förmigen Säule sind.