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Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von hohe Schornsteine passierenden
Abgasen Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Reini0ung von hohe Schornsteine
passierenden Abgasen sowie auf zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtungen.
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Mit zunehmendem Bewußtwerden der Öffentlichkeit hinsichtlich der aus
Umweltverschmutzungen, insbesondere Luftverunreinigungen, drohenden Gefahren ergibt
sich zunehmend das Problem, bei bestehenden Anlagen mit bisher hingeommenen Ab gas
vers ehmutzungen eine über das bisher Übliche hinausgehende Reinigung der Abgase
vorzunehmen, insbesondere auch im Hinblick auf zu erwartende strengere Õesetzliche
bestimmungen, was beispielsweise für mit Flüssigkeiten zu Dehandelnde Abgase sehr
teure Waschtürme erfordern würde.
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Aufgaoe der erfindung ist die Schaffung einer Lösung, welche mit relativ
geringem zusätzlichem Aufwand insbesondere bei bestehenden Anlagen mit hohe Schornsteine
passierenden Abgasen eine weitere reinigung derselben ermöglicht.
Gemäß
der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Schornstein selbst als Abgaswäscher
verwendet wird, indem in diesen gleichmäßig über dessen Querschnitt verteilt Waschflüssigkeit
eingebracht wird.
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Hierbei muß man. die Forderungen, die der Schornstein stellt, mit
den Forderungen in Einklang zu bringen versuchen, die von den vJechselwirkungen
stofflicher Art gestellt werden, welche die Bearbeitung des Gases zum Beseitigen
der störenden Komponenten erforderlich machen. Eine Schornstein- oder Kaminströmung
kennzeichnet sich nun im wesentlichen durch eine relativ hohe Gasgeschwindigkeit
um einen geringen maximal zulässigen Druckverlust im Schornstein. Die optimale echselwirkung.
zwischen Gas und Flüssigkeit im Sinne eines Austausches an der Flüssigkeitsoberfläche
erfordert neben großer gemeinsamer Oberfläche eine möglicxt hohe Differenzgeschwindigkeit
zwischen Gas und Flüssigkeit. Da es sich hier um Größenordnungen handelt, die- -Einbauten
in die Schornsteinströmung verbieten, bleibt nur die stoffliche Wechselwirkung am
schwebenden Tropfen übrig. Da aber der schwebende- Tropfen sein Gewicht völlig der
Gasströmung übergibt, entspricht die Druckverluststeigerung im Schornstein durch
schwebende Tropfen vollständig dem Gewicht aller im Schornstein vorhandenen schweoenden
Tropfen, ganz gleich, ob sie sich zum oberen oder unteren Teil des Schornsteines
bewegen. Je größer also die stoffmäßige Wechselwlrkung zwischen dem Gas und der
Flüssigkeit sein soll, desto größer wird der im Schornstein entstehende Druckverlust.
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ifürde man nun an der Schornsteinaustrittsörfnung eine Tropfenfangvorrichtung
vorsehen,
die die hochschwebenden Tropfen niederschlägt, so würde der Druckverlust in dieser
Vorrichtung häufig so viel von dem zur Verfügung stehenden maximal zulässigen Druckverlust
aufzehren, daß für den stofflichen Austausch zwischen Gas und Flüs-sigkeit zu wenig
zur Verfügung steht.
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Um nun eine solche Druckverlust bewirkende Tropfenfangvorrichtung
an der Schornsteinaustrittsöffnung zu vermeiden bzw. auszuschliessen, daß eine größere
Idenge Waschflüssigkeit mit ausgetragen wird, ist es in Weiterbildung der Erfindung
besonders vorteilhaft, wenn der größte Teil der Waschflüssigkeit in einem-etwa mittleren
Bereich des Schornsteins mit solcher Tropfengröße zugeführt wird, daß die Tropfen
mit der Gasströmung nach oben getragen werden und die Restflüssigkeit an einer höher
gelegenen Stelle mit solcher Tropfengröße zugeführt wird, daß diese Tropfen nach
unten fallen und dabei die weiter unten zugeführten, mit der Gasströmung aufsteigenden,
kleineren Tropfen aufnehmen und nach unten bringen.
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Bei dieser Verfahrensweise werden die an der tiefer gelegenen Stelle
zugeführten kleinen Tropfen von der Gasströmung hochgetragen und treffen auf die
von oben kommenden größeren Tropfen auf.
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Diese werden dabei bis zu einer kritischen Größe durch Einverleibung
der kleinen Tropfen vergrößert, worauf sie dann in meistens zwei etwa gleich große
Tropfen zerfallen, bei denen das gleiche Spiel des Wachsens durch Zusammenprall
mit kleinen Tropfen sich wiederholt. Auf diese Weise entstehen große Tropfen, die
sich gefen die Strömung nach unten durchsetzen.
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Zwischen der unteren Zuführungsstelle für kleine Tropfen und der oberen
Zuflhrungsstelle für große Tropfen wirken die großen Tropfen auf diese Weise wie
ein Filter für die kleinen, zunächst mit der Gasströmung aufsteigenden Tropfen,
d.-h. diese Filterwirkung macht eine ansonsten weiteren Druckverlust mit sich bringende
Tropfenfangvorrichtung entbehrlich. Der an der oberen Zuführungsstelle für größere
Tropfen bei den bekannten Zuführungseinrichtung zwangsläu-fig anfall-ende Anteil
von kleinen Tropfen ist bei der erfindungsgemäßen Verfahrensweise relativ unbedeutend,
da der Anteil der oben zugegebenen Restflüssigkeit mit großer Tropfengröße relativ
gering sein, vorzugsweise etwa 10 % der gesamten Was chflüssigkeit betragen kann.
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Es ist ferner ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Verfahrensweise
den Vorteil -mit sich bringt, daß in der Zone zwischen den beiden Zuführungsstellen
der Waschflüssigkeit ein beträchtlicher Anteil an Waschflüssigkeit in kleiner Tropfenforri
vorhanden ist, womit eine große Oberfläche gegeben ist und damit ein guter Stoffaustausch
st-attfinden kann. Zwar ist die Differenzgeschwindigkeit in diesem Bereich zwischen
der Gasströmung -und den mitgeführten kleinen Tropfen relativ gering, dafür ist
die Oberflache pro Gewichtseinheit sehr groß, so daß auch insoweit in diesem Bereich
ein relativ guter Stoffaustausch stattfinden kann.
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Die in großen Tropfen zugegebene REstflüssigkeit kann eine andere
Zusammensetzung als die übrige Waschflüssigkeit aufweisen, vorzugsweise aus Wasser
bestehen, womit im letzteren Fall der Vorteil verbundlen ist, daß etwa doch ausgetragene
Wassertröpfchen keine Verunreinigungen der Luft bewirken.
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nie unten iri Surnf cles Schornsteins gesammelte Flüssigkeit kann
einer weiteren Bearbeitung zugeführt werden.
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Teine Vorrichtung zur Durchffihrun; des erfindungsgemäßen Verfahrens
in seiner allgemeinsten Form kennzeichnet sich durch einen die Waschflüssigkeit
gleichmßig über den Querschnitt des Schornsteins verteilenden Flüssigkeitsverteiler.
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zur s Verfahren mit Zuführung von Waschflüssigkeit in kleinen Tropfen
an einer unteren STelle und von Waschflüssigkeit mit gröseren Tropfen an einer höher
gelegenen Stelle empfiehlt es sich, in einem etwa mittleren Bereich des Schornsteines
einen Flüssigkeitsverteiler zur gleichmäßigen Verteilung von Flüssigkeit mit kleiner
Tropfengröße iber den gesamten Querschnitt des Schornsteines anzuordnen.
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Dieser Flüssigkeitsverteiler kann beispielsweise von einem Düsensatz
gebildet sein.
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Am oberen Ende des Schornsteins kann dann eine Einrichtung zur Zufuhr
bzw. Bildung von großen Flüssigkeitstropfen vorgesehen sein.
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Diese Einrichtung kann ebenfalls von einem gleichmäßig über den Querschnitt
des Schornsteins angeordneten Düsensatz gebildet werden.
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Es besteht aber auch die Möglichkeit, diese Einrichtung als einen
die aufsteigenden Flüssigkeitstropfen kleiner Größe in Tropfen groRer-Größe abscheidenden
Flüssigkeitsabscheider auszubilden.
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Ein solcher Flüssigkeitsabscheider kann beispielsweise von einem keinen
Druckverlust bewirkenden, am oberen Schornsteinende angel ordneten Diffusoraufsatz
gebildet sein, wobei es evtl. noch zweckmäßig sein kann, am oberen Ende eines solchen
Diffusoraufsatzes zusätzlich eine Einrichtung zur Zufuhr von großen Flüssigkeitstropfen
vorzusehen.
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Schließlich kann man über die Schornsteinlänge verteilt ringförmige
Abweiser zur Rückverbringung eines an der Schornsteininnenwand entlang laufenden
Flüssigkeitsfilms in die Gasströmung anordnen, da es sich nicht vermeiden läßt,
daß ein Teil der Tropfen auf die Schornsteininnenwand auftrifft und dann als Film
diese Wand herabläuft.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert. Diese zeigt in schematischer Darstellung in Fig. 1 einen üblichen
Schornstein im Vertikalschnitt, der mit Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens
gemäß der Erfindung versehen ist, Fig. 2 einen Schornstein ähnlich Fig. 1 mit einer
zusätzlichen Einrichtung am oberen Schornsteinende und in
Fig. 3
einen vergrößerten Detailausschnitt eines Schornsteins gemäß den Fig. 1 und 2, der
einen ringförmigen Flüssigkeitsabweiser wiedergibt.
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Ein in Fig. 1 wiedergegebener normaler Schornstein 1 ist in üblicher
Weise mit einem Fuchskanal 2 versehen, durch den die Abgase in den Schornstein eintreten
und diesen am oberen Ende verlassen.
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An einer etwa mittleren Stelle 3 des Schornsteines wird die Hauptmenge
einer Waschflüssibkeit in den Schornstein in kleinen Tropfen .ganz oder teilweise
- verdüst eingebrach-t, und zwar wird die Flüssigkeitszufunrvorrichtung derart ausgebildet,
daß Tropfen solcher GrOß-e erzeugt werden, daß diese von der Gasströmung nach oben
getragen werden An einer am oberen Ende des Schornsteins gelegenen Stelle 4 wird
eine kleine Restmenge, etwa in einer Größenordnung von 10 % der Gesanitwaschflüssigkeit,
in großen Tropfen zugeführt, und zwar solcher Größe, daß diese entgegen der Gasströ-mung
nach unten fallen, den kleinen Tropfen entgegen, die sie in sich aufnehmen und mit
nach unten bringen. Durch stetiges Teilen und Sichvergrößern werden in der Zone
zwischen den Stellen 3 und 4 praktisch alle kleinen Tropfen von großen Tropfen aufgenommen
und nach unten in Richtung Sumpf 5 gebracht. Die Flüssigkeit sammelt sich hier und
wird an der Stelle 6 in den Prozeß zurückgeführt oder im Kreislauf zu 3 und 4 gefahren.
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An der Schornsteinwandinnenseite sind Manschetten bzw. ringförmige
Abweiser
7 angebracht, wie insbesondere Fig. 3 zeigt, um einen an der Wand entlanglaufenden
Flüssigkeitsfilm 8 in die Gasströmung zurückzuführen.
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Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 entspricht derjenigen gemäß Fig.
1 mit der Ausnahme, daß auf das obere Schornsteinende ein Diffusor 9 aufgesetzt
ist, der als zusätzlicher Abscheider wirkt, der noch nicht vollständig von den großen
Tropfen niedergeschlagene kleinere Tropfen niederschlägt.
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Das vorbeschriebene Verfahren kann beispielsweise fär Anlagen mit
sauren Abgasen verwendet werden, wobei man dann als Waschflüssigkeit alkalische
Laugen verwenden kann, um z.B. Schwefeldioxyd in Sulfitform zu absorbieren, um dieses
anschließend in einer Nebenanlage in Sulfat zu überführen. Verwendet man dabei Kalilauge
als daschflüssigkeit, kann das derart erhaltene Kaliumsulfat als Düngemittel verwendet
werden.
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Ähnliches gilt für die Absorption bzw. Wäsche von nitrosehaltigen
Abgasen. Hier kann man durch Zusatz von volloxydierter Nitrose einen Oxydationsgrad
von mindestens 50 % einstellen und dann mit Lauge zu Nitrit absorbieren. Das Nitrit
kann durch Salpetersäure in Form von konzentrierter Nitrose ausgetrieben werden,
welche dem Prozeß wieder zugeführt werden kann, aus dem aie Abgase herrühren, und
das Nitrat kann der Kunstdüngererzeugung zugeführt werden.
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Alkalis ehe Verbindungen im Gas können durch saure FlussiOkeiten absorbiert
und daiiit viele Geruchsbe (;sti;ui1ben abgestellt werde
Setzt
man der Waschflüssigkeit Katalysatoren zu, so können Reaktionen durchgeführt werden,
die die störenden Komponenten in eine Verbindung überführen, die harmlos ist. So
können schwefel-wasserstoffhältige Gase mit Wasser und Sauerstoff der Luft über
Katalysatoren durch Überführung des Schwefelwasserstoffes in einer Austauschreaktion
in elementaren Schwefel und Wasser entschwefelt werden. Abgase mit einem hohen Staubanteil
können durch Zugabe von einfachem Wasser als Waschflüssigkeit in der erfindungsgemäßen
Weise entstaubt werden, wobei bei höheren Gastemperaturen auch noch ein Thermodiffusionseffekt
ausgenutzt werden kann.
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Beispiel: Ein 130 m hoher Schornstein mit einer lichten Weite von
3 m ist mit nitrosehaltigen Abgasen von 190.000 Nm3/h belastet, die aus einer Salpetersäureanlage
herkommen. Der höchstzulässige Druckverlust beträgt 120 mmWS.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden in etwa 80 m Höhe 9 m3/h
einer 3 %-igen Kalilösung in den Schornstein eingespritzt und zu Tropfen von 0,5
mm Durchmesser fein zerstäubt.
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In der Nähe der Schornsteinmündung wird eine zweite Eindüsungsstelle
mit 55 glatten Düsenöffnungen von 3 mm Durchmesser vorgesehen, durch die Je ein
ungestörter Laugenstrahl der gleichen Waschlauge austritt. Die hier zugeführte Laugenmenge
beträgt etwa 0,9 m3/h.
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Die Lauge wird nach einmaligem Durchlauf in den Prozeß eingeführt,
dem die Abgase entstammen. In den Fuchskanal des Schornsteins mündet
eine
Nitroseleitung, die die ganze Salpetersäureanlage überbrückt und volloxydierten
Stickstoff führt. Mit dieser wird der Oxydationsgrad der Nitrose auf 50 % korrigiert.
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Bei der vorbeschriebenen Verfahrensweise erzielt man insgesamt 2,41
Übertragungseinheiten, was einer Herabsetzung der Nitrosekonzentration im Schornstein
im Verhältnis 1:11 entspricht.
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Der Druckverlust beträgt 100 mmWS.
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Natürlich ist das beschriebene Ausführungsbeispiel abzuändern und
sind zahlreiche weitere Varianten möglich, ohne den Grundgedanken der Erfindung
zu verlassen, der in seiner allgemeinsten Form darin besteht, Abgaskamine selbst
als Wäscher zu verwenden, insbesondere in Schornsteine bereits bestehender Anlagen
nachträglich noch diewenigen Einrichtungen einzubauen, welche für eine solche Wäsche
im Schornstein erforderlich sind, um derart mit geringstmöglichem zusätzlichem Aufwand
bei bestehenden Anlagen eine wesentliche Verbesserung der Abgasreinigung zu erzielen.
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Patentansprüche: