DE2244140A1

DE2244140A1 - Abgas-reinigungsanlage

Info

Publication number: DE2244140A1
Application number: DE2244140A
Authority: DE
Inventors: Fumio Isahaya
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1971-09-10
Filing date: 1972-09-08
Publication date: 1973-03-29
Also published as: DE2244140B2; US3885918A; FR2152815A1; FR2152815B1; GB1396959A; JPS4836068A; IT968321B; JPS5117145B2

Description

Patentanwalt· Dlpl.-Ing. R. BEETZ amth DlpUlng. K. LAMPRECHT

Dr.-Ing. R. BEETZ Jr. München 22, Steinedorfdr. It

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8. 9. 1972

HITACHI Ltd.. Tokio (Japan) Abgas-Reinigungsaniage

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät oder eine Anlage zum Entfernen von Luftverschmutzungssubstanzen, insbesondere von sauren Substanzen, aus einem Abgas. Im einzelnen betrifft die Erfindung eine Anlage, in welcher eine alkalische Substanzen enthaltende Flüssigkeit in Form von feinen Partikeln in das die sauren Substanzen enthaltende Abgas gesprüht wird, so daß die Materialien zu festen Partikeln miteinander reagieren, die danach τοπ Abgas abgeschieden werden·

Um Stickstoffoxyde, Schwefeloxyde, Fluorgase, Chl.orgase und/oder Chlorwasserstoffe aus einem Abgas auszuscheiden, sind verschiedene Methoden und Anlagen entwickelt worden. Beispielsweise ist vorgeschlagen worden, das Abgas in einen Reaktionβturm einzuführen, in welchem sich eine alkalische Substanz enthaltende Flüssigkeit, z. B. Natriumhydroxyd,

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Natriumcarbonat oder ähnliches in zerstäubter Form befindet, so daß es mit dem sauren Material im Abgas reagiert, wobei die Reaktionsprodukte danach aus dem Gas abgeschieden werden. Dieses Verfahren wird als Semi-Naß-Gasreinigungsverfahren bezeichnet.

Bei diesem Verfahren werden die Reaktionsprodukte in der Regel zu festen Partikeln getrocknet, die danach vom Abgas mittels eines zweckmäßigen Trenngerates, ζ. B. einem Zyklon, abgeschieden werden. Um den Abscheide-Wirkungsgrad im Separator zu vergrößern, muß das Abgas-Reinigungsgerät so auegebildet sein, daß sich feste Partikel von zweckmäßiger Größe im Gerät bilden können. Ist die Partikelgröße der Körner zu gering, dann verkleinert sieh der Abscheide-Yirkungsgrad. Der Wirkungsgrad der Abscheidung steigt, wenn die Partikelgröße zunimmt. Werden die Partikel Jedoch Übermäßig groß, dann verringert sich der Berührungsbereich zwischen dem Abgas und der Flüssigkeit, was ein Absinken der Reaktionsgeschwindigkeit zur Folge hat. Xfm vollständig getrocknete Reaktionsprodukte durch die Wärme des Abgases während ihrer Bewegung im Reaktionsturm zu erhalten, darf die Größe der in das Abgas im Turm eingesprühten flüssigen Partikel nicht übermäßig groß sein. Daher muß bei dem bekannten Verfahren die Größe der flüssigen Partikel oder des gesprühten Nebels in einem vorbestimmten Bereich liegen, ua die Partikelgröße der Reaktionsprodukte zu kontrollieren·

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abgas-Reinigungsanlage mit einem Reaktionsturm zu schaffen, in welchem das Abgas äußerst wirksam in innigem Kontakt mit versprühten Partikeln von einer Alkalien enthaltenden Flüssigkeit ge-

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bracht werden kann, und bei dem die Korngröße der erzeugten körnigen Reaktionsprodukte in einem vorbestimmten Bereich liegt und diese somit wirksam abzuscheiden sind, und bei dem die Teilchengröße des eingesprühten Nebels in einen vorbestimmten Bereich eingestellt wird,' so daß die Reaktionsprodukte wirksam getrocknet und die trockenen festen ,Körner leicht abgeschieden und gesammelt werden können.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Abgas-Reinigungsgerät, das einen Reaktionsturm von erheblichem Innenvolumen, Mittel zum Einführen von Abgas in den Reaktionsturm, Mittel zum Einsprühen einer alkalische Substanzen enthaltenden Flüssigkeit in das Abgas derart, daß der eingesprühte Nebel weitgehend frei von gegenseitiger Vermischung ist, so daß die alkalischen Substanzen mit den sauren Bestandteilen in dem Abgas unter Bildung von körnigen Reaktionsprodukten reagieren, welche während ihrer Bewegung im Reaktionsturm getrocknet und in einer Trennvorrichtung aus dem Abgas abgeschieden werden.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung genauer erläutert. Es₁ zeigen:

Fig. 1 eine teilgeschnittene Seitenansicht einer Abgas-Reinigungsanlage gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen vertikalen Ausschnitt mit der Sprühvorrichtung für die Alkalien enthaltende Flüssigkeit;

Fig. 3 «ine perspektivische Ansicht des inneren Behälters der Sprühvorrichtung nach Fig. 2;

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Fig. 4 «in Diagramm mit dem Verhältnis zwischen der

Korngröße der Alkalien enthaltenden Flüeeigkeit, der Trocknungszeit der Reaktioneprodukte und der Oxydationsgeechwindigkeit von

Der Erfindungsgegenstand umfaßt eine Sprühvorrichtung_t durch welche das Abgas nach abwärt« in den Reaktionstura eingeführt wird, wobei eine Alkalien enthaltende Flüssigkeit im wesentlichen längs des Abgasetroinee. Jedoch mit einer Neigung zur Gasströmung eingesprüht wird, so daß der Sprühstrahl die Gasströmung kreuzt, wobei die sauren Substanzen im Abgas in Reaktion mit den alkalischen Substanzen gebracht wird. Die Sprühvorrichtung kann von einem solchen Typ sein, bei welchem die Alkalien enthaltende Flüssigkeit durch ein zweckmäßiges Medium, z. B. Druckluft, versprühtwird. Dieser Typ einer Sprühvorrichtung wird im folgenden als Zwel-Fluiddüse bezeichnet.

In Fig. 1 kennzeichnet das Bezugszeichem 1 «inen Reaktionsturin und 102 einen Nach-Staubsammler, welcherüber einen Rauchtunnel 20^ mit dem Reaktionstura 101 verbunden ist. Die Bezugszeichen 201 bezeichnen einen Abgas-Einlaß, 202 die Strömungsrichtung im Reaktionsturm, 203 «inen Auslaß für das gereinigte Gas und 20 eine Zwei-Fluiddüse in annähernd dem mittleren Teil des oberen Innenraumes dee Reaktionsturme 101. Mit dieser Anordnung ist es mOglich, eine alkalische Flüeeigkeit in einem Bereich zu versprühen, wo die Abgastemperatur am höchsten ist, um dadurch ein Anhaften der Flüssigkeitsteilchen an den Turmwänden weitestgehend zu unterbinden. Die Düse 20 wird alt Sprühflüssigkeit 31 und Druckgas 32 beaufschlagt, welche ale Sprühnebel in den Reaktionsturm gesprüht werden.

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Der Reaktionsturm 101 und der nachgeschlatete Staubsammler 102 sind jeweils mit Staubauslaßventilen 210 und 212 an ihren unteren Teilen versehen.

Im Betrieb wird ein Abgas, wie z. B. SO« enthaltender Abdampf, durch den Gaseiniaß 201 in den Reaktionsturm 101 eingeführt und eine Alkalilösung von der Zwei-Fluiddüse derart radial versprüht, daß der Sprühstrahl die Gasströmung kreuzt.

Die Sprüh üse 20 wird mit einer Alkalilösung 311 ζ· Β. NaOH, und mit einem atomisierenden komprimierten Gas 32, z. B. Druckluft, beaufschlagt. Der S0₂-Anteil im Abgas wird durch Absorbieren mit dem eingesprühten Alkalinebel 33 ^us dem Gas entfernt, und der flüssige Anteil im Nebel wird durch die Wärme des Abgases verdampft, wobei feste Körner von Na- ' triumsulfit od. dgl. entstehen. Die festen Partikel werden dann aus dem Gas im nachgeschalteten Staubsammler 102 abgeschieden, welcher einen Zyklon od. dgl. enthalten kann. Das gereinigte Gas wird danach durch einen Schornstein od. S. in die Atmosphäre abgegeben. Da der vom Kollektor gesammelte Staub vollständig frei von nassen Bestandteilen ist, ergeben sich keine sekundären Verunreinigungeprobleme durch den Flüssigkeit sgehalt einschließlich der schwefligen Säure.

Die Figuren 2 und 3 zeigen ein Beispiel einer Zwei-Fluiddüse vom Glockenschalentyp. In den Figuren bedeutet das Bezugszeichen 11 einen inneren Behälter, der einen Flüsaigkeitseinlaßstutzen 12, einen Einlaß 13, eine Flüssigkammer 14, einen Bodendeckel 15, einen Flüssigkeiteauslaß 16 von 0,5 bis 1,0 mn Durchmesser, einen O-Ring 17, eine Be-

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festigungsmutter i8_t eintn O-Ring 19 und Sprühnuten 2k umfaßt. Das Bezugszeichen 27 kennzeichnet einen äußeren Behälter, der aus einer Luftduse 21 zum Einführen von durch den Pfeil 32 gekennzeichnetem Druckgas, aus einer Luftkammer 22 und aus einem unteren Rand 23 besteht. Die Luftdüse 21 verläuft tangential zum zylindrischen Außenbehälter 27. Daa Rohr 12 erstreckt sich durch den Außenbehälter 27 unter Zwischenlage des O-Ringes 19, der durch die Haltemutter 18 gesichert ist. Die Sprühnuten Zk im inneren Behälter 11 verlauf η in radialen Richtungen und sind geringfügig größer als die Plüssigkeitaausläase 16. Für jede Sprühnut 2k ist jeweils ein Flüssigkeitsaualaß i6 vorgesehen. Der innere und der äußere Behälter 11 bzw. 27 aind über dein Rand 23 des Außenbehälters 27 zusammengekoppelt, der mit der gekreuzt-konischen Fläche dea Innenbehältera 11 in Eingriff steht.

Der Bodendeckel 15 dea Innenbehälters 11 ist am Boden dea inneren Behälters durch Zwischenlage des O-Ringes 17 zur Ausbildung einer FlUssigkeitskammer ^k befestigt. Die Sprühnuten 2k verlaufen unter einem apitzen Winkel zum Bodendeckel 15. Die Endfläche der Abströmöffnung 25 dea Randes iat ebenso gerichtet mit einem spitzen Winkel zu den Sprühnuten.

Beim Betrieb der erfindungagemäßen Sprühdüse wird die Alkalilttsung 31, z. B. NaOH, durch die Einlaßöffnung 13 dea Innenbehälterβ und ein komprimiertes Oaa durch die Luftdüse 21 tangential durch die Luftkammer 22 eingeführt. Daa Druckgas dient zum Einführen der Alkalilösung in der Flüaaigkeitakammer Ik duroh die Aualaßüffnung 16 in die

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Sprühnuten Zk und zum Versprühen durch die Sprühöffnungen 25 in Form eines feinen Nebels 33 in die Abgasströmung.

Fig. h zeigt das Verhältnis der Durchmesser in /u der flüssigen Partikel, die in einem semi-naßen Abgas-Reinigungsverfahren gebildet werden mit Bezug auf die Oxydationsgeschwindigkeit des erzeugten Na₂SO- und der zum Verdampfen der flüssigen Partikel benötigten Zeit.

Wenn die Lösung aus NaOH oder Na₂CO- atomisiert und in Reaktion mit SO₂ Im Abgas gebracht wird, entsteht Na₂SO,.. Ein Verbrennungs-Abgas enthält jedoch stets auch Sauerstoff, so daß JTa₂SO „ danach teilweise zu Na₂SO^ oxydiert. Die Oxydationsgeschwindigkeit wächst mit kleinerwerdender Flüssig-Teilchengröße. Es ist vorzuziehen, daß die Oxydation so gering wie möglich ist, wenn Na₂SO- gewünscht wird. Andererseits vergrößert sich bei ansteigender Partikelgröße auch die Verdampfungszeit» so daß Schwierigkeiten beim Trocknen der erzeugten Partikel auftreten. Die Oxydationsgeschwindigkeit von Na₂SO^ wird unter 15 Ί* gehalten, wenn es zur Papierherstellung verwendet werden soll, wobei es ebenso notwendig ist, die Verdampfungszeit der flüssigen Partikel bei ca. 6 see zu halten. Daher muß die Korngröße der flüssigen Partikel notwendigerweise 10 bis 50 /u sein.

Bei einer herkömmlichen Düsenkonstruktion schwankt die Verteilung der flüssigen Partikeldurchmesser von einigen Mikron bis 100 Mikron, wobei die Standarddeviation größer als k beträgt. Dies i»t insofern verständlich, als durch die Verwendung einer Vieldüsenkonstruktion die Sprühbedingung für jede Düse unterschiedlich und das Erreichen einer jeweils gleichen Bedingung unmöglich 1st.

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Die Erfindung löst dieses Problem durch Verwendung einer einzigen Düse mit einer Vielzahl von Sprühöffnungen von gleicher Ausbildung und ermöglicht die Entstehung von flüssigen Partikeln von im wesentlichen gleichem Durchmesser, z. B. von kO /u, mit einer Standarddeviation von 1,4 bis 1,8, wie es aus dem unten beschriebenen Ausführungsbeispiel ersichtlich ist. Dadurch wird es möglich» die obige vorteilhafte Bedingung einzuhalten.

Zur Vergleichmäßigung der Partikelgröße des Nebels und ebenso zur Erzielung einer besseren Vermischung des Nebele mit dem Abgas ist es vorteilhaft, den die Auslaßöffnung bildenden Winkel OC und den Winkel ß, wie in Fig. 2 gezeigt, als spitze Winkel auszubilden. Nach Versuchsreihen des Erfinders konnten bevorzugte Ergebnisse bei einem Winkel <X zwischen '45 und 6o° erzielt werden. Ist der Winkel oC übermäßig groß, dann werden die versprühten flüssigen Partikel nicht vollständig verdampft und haften an der Innenwand des Reaktionstürme. Ist andererseits der Winkel oC übermäßig klein, dann entsteht eine gegenseitige Beeinflussung zwischen den versprühten flüssigen Partikeln, so daß ein bestmöglicher Kontakt zwischen dem Gas und der Flüssigkeit nicht sichergestellt werden kann.

Durch die Ausbildung der Nuten 2k mit Neigungswinkeln gegenüber den die Achse des Flüseigkeitseinlaßetutzene 12 enthaltenden Ebenen wird ferner eine Wirbelbewegung im SprUhnebel erreicht, die einen bestmöglichen Kontakt zwischen dem Gas und der Flüssigkeit sicherstellen kann. Bei diesem Beispiel kann ein bestes Ergebnis erzielt werden durch tangentiales Einführen der atomisierten Luft in die

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Luftkammer 22, um so eine Wirbelbewegung der Luft zu erzielen, die der Wirbelung des Nebele gleichgerichtet ist.

Die Erfindung ist in keiner Weise auf eine Anordnung begrenzt, in welcher nur eine einzige Sprühdüse im Zentrum des Reaktionsturmes angeordnet ist, sondern sie umfaßt auch Ausführungen, bei welchen in Abhängigkeit vom Durchmesser des Reaktionsturmes eine zweckmäßige Anzahl von Sprühdüsen eingesetzt werden. Ferner ist es ebenso möglich, die Sprühdüsen in Mehrstufenanordnung vorzusehen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden beschrieben?

Es wird eine Sprühdüse mit einer Nutweite von 1 mm und einem Öffnungsdurchmesser von 0,5 mm eingesetzt und diese mit 10 $ Natriumhydroxydlösung und atomlsierender Druckluft mit Strömungsgeschwindigkeiten von 100 l/h und 10 N m^J/h beaufschlagt. Es wurde festgestellt, daß ein Nebel von gleichmäßiger Partikelgröße von annähernd 40 /u mit hoher Geschwindigkeit versprüht werden konnte.

Die Düse wurde in einem nach dem Semi-Naßverfahren arbeitenden Abdampf-Reinigungsgerät eingesetzt. Die Gastemperatur, der SO.-Gehalt des Abgases und die Sprühgeschwindigkeit betrugen jeweils 180 ⁰C, 1500 ppm und 0,0^ l/Nm . Es war möglich, einen Schwefelabscheidewirkungsgrad von über 90 $> zu erhalten, wobei als Reaktionsprodukt feste Partikel von über 90 <f> Schwefelsulf it und ca. 10 # Schwefelcarbonat erhalten werden konnten.

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Claims

22UU0 Patentansprüche

1. Abgasreinigungsgerät, bestehend aus einer Leitung zum Abführen eines saure Substanzen enthaltenden Abgases aus einer Verbrennungsstelle, einen an seinem oberen Ende an die Abgasleitung angeschlossenen Reaktionstunn mit ei· nem Auslaß-Rauchtunnel am anderen Ende, einem Separator, der an seinem einen Ende mit dem Rauchtunnel und an seinem anderen Ende mit einem Auslaß verbunden ist, und einer im Reaktionsturm angeordneten Sprühvorrichtung zum Versprühen von feinsten Flüssigkeitspartikeln einer alkalische Substanzen enthaltenden Flüssigkeit, die mit den sauren Substanzen des Abgases reagieren kann, dadurch gekennzeichnet , daß die Sprühvorrichtung (20) einen Einlaß zum Einführen von Druckgas besitzt, welches die Flüssigkeit unter Druck versprüht, und unter solchen Winkeln angeordnete Sprühöffnungen (25) enthält, daß die flüssigen Partikel nicht mit der Innenwand des Reaktionsturms kollidieren und während ihrer Bewegung im Reaktionsturm sich nicht gegenseitig beeinflussen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühvorrichtung eine Zwei-Fluidsprühdüse enthält, die eine Teilchengröße der versprühten Alkalilösung zwischen 10 und 50 /U sicherstellt.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Zwei-Fluid-Sprühdüse erzeugte Sprühstrahl der Alkalilttsung konisch ist und in Richtung der Gasströmung divergiert.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühvorrichtung (20) ein inneres Gehäuse (11) mit einem Zufluß (i2) für die Alkalilösung (31), eine mit dem Zufluß (12) verbundenen Fltissigkeitskammer (i4), eine Anzahl von sich nach radial auswärts aus der Flüssigkeitskammer erstreckenden Flüssigkeitsauslaßöffnungen (16) und eine Anzahl von mit den AuslaßSffnungen (16) kommunizierenden Sprühnuten (24) an der äußeren Peripherie der Flüssigkeitskammer aufweist, welche sich längs einer divergierenden konischen Fläche erstrecken, und daß sie einen den Innenbehälter umgebenden Außenbehälter (27) enthält, der ein Einlaßrohr für das komprimierte Gas und einen Rand aufweist, der in dichter Anlage an dem mit den Sprühnuten (2-l·) versehenen Teil des Innengehäuses steht, wobei das Außengehäuse (27) mit dem an ihm befestigten Innengehäuse (11) eine Luftkammer (22) bildet.

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