DE102017108846A1

DE102017108846A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Abgaswäsche sowie Harnstoffanlage mit einer Abgaswäsche

Info

Publication number: DE102017108846A1
Application number: DE102017108846.6A
Authority: DE
Inventors: Helmut Gehrke; Martina Schmitz; Stephan Buß
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 2017-04-25
Filing date: 2017-04-25
Publication date: 2018-10-25
Also published as: WO2018197282A1

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
- eine Oberflächenvergrößerungsstruktur (3), insbesondere eine Schüttung oder eine Packung, und
- 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) umfasst, 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.

Description

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. 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 Waschstufe bis zu einer n-ten Waschstufe geführt wird, wobei n mindestens zwei ist.
Stand der Technik
Eine derartige Vorrichtung mit mehrere Waschstufen ist aus der US 5,403,568 A bekannt. Die Waschstufen dieser Vorrichtung weisen jeweils eine als Packung ausgebildete Oberflächenvergrößerungsstruktur 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.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entfernung einer gasförmigen chemischen Verbindung aus einem Abgas bereitzustellen, 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 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 umfasst,

Gelöst wird die Aufgabe ferner durch 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 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 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 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 viermal 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 Verbindungen, 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 Calciumhydroxid (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 Oberflächenvergrößerungsstruktur 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. Bevorzugt 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 bestehend aus Raschig-Ringen, Sattelkörpern, 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, gewellten 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 Waschstufen 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 Bestimmung 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 Abfluss 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 Vermischung 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 genannten 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 soweit 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 Flüssigphase 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 NO₂ und/oder gasförmiges SO₂, insbesondere bei Rauchgasentschwefelungen, und/oder gasförmiges CO₂, insbesondere bei der CO₂-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 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 Unteransprüchen, 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.
Figurenliste

In 1 ist schematisch eine Vorrichtung zur Abgaswäsche gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
In 2 ist schematisch der Waschbereich der Vorrichtung zur Abgaswäsche gemäß 1 dargestellt.

Ausführungsformen der Erfindung
Die 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 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 2 gezeigte Waschbereich 12 entspricht dem Waschbereich 12 aus 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 Abfluss 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 11, 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 sekundären 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 verbunden ist, wird ein pH-Wert bestimmt und anhand dieses Werts die Menge an frische Waschlösung, die der Sprühvorrichtung 2 der der primären Waschstufe 41 über die Rückführleitung 4 zugeführt wird, mittels einer weiteren Regulierungsvorrichtung 11 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 frische Waschlösung, die der Sprühvorrichtung 2 der der primären Waschstufe 41 über die Rückführleitung 4 zugeführt wird, mittels einer weiteren Regulierungsvorrichtung 11 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 bestimmt und anhand dieser Werte die Menge an frische Waschlösung, die der Sprühvorrichtung 2 der der primären Waschstufe 41 über die Rückführleitung 4 zugeführt wird, mittels einer weiteren Regulierungsvorrichtung 11 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 Worten: 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
11: 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

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5403568 A [0002]

Claims

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 - eine Oberflächenvergrößerungsstruktur (3), insbesondere eine Schüttung oder eine Packung, und - 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) umfasst, 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.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei n zwei ist.
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.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, 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 des der Konzentration der Waschlösung (56.2) in dem zweiten Teilstrom der Sumpflösung verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Messeinrichtung zur Bestimmung des pH-Werts (56.1) des zweiten Teilstroms der Sumpflösung und/oder die Messeinrichtung zur Bestimmung des der Konzentration der Waschlösung (56.2) in dem zweiten Teilstrom der Sumpflösung mit einer Regulierungsvorrichtung (11) zur Regulierung der über den Zulauf (51) zugeführten Menge an frischer Waschlösung verbunden ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sämtliche Waschstufen-Verbindungsleitungen (7) eine Regulierungsvorrichtung (9) zum Einstellen der Menge an durchgeleiteter Sumpflösung auf.
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.
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.
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.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sprühvorrichtung (2) eine oder mehrere Sprühdüsen zum Versprühen der Waschlösung aufweist.
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.
Harnstoffanlage, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Entfernung einer gasförmigen chemischen Verbindung aus einem Abgas nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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) 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, und wobei der Rückführleitung (4) der n-ten Waschstufe über einen Zulauf (51) frische Waschlösung zugeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 13, welches in einer Harnstoffanlage stattfindet.
Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, 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.
Verwendung einer Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 in einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15.