DE2337868B2

DE2337868B2 - Verfahren zur Entfernung einer Gaskomponente und/oder von feinen Staubpartikeln aus Gasen

Info

Publication number: DE2337868B2
Application number: DE19732337868
Authority: DE
Inventors: Shizuoka Hamamatsu; Makio Toyonaka Osaka Kobayashi; Naohiko Meno; Teizo Machida Tokio Senjo; Hisashi Uchiyama
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd; Fujikasui Engineering Co Ltd
Current assignee: Kubota Kasui Corp
Priority date: 1972-07-25
Filing date: 1973-07-25
Publication date: 1978-10-19
Also published as: CA1010357A; ATA656773A; FR2193641B1; DE2337868C3; DE2337868A1; AU5851473A; AT361450B; GB1390163A; NL155737B; FR2193641A1; BE802407A; NL7310100A; IT992667B; GB1429653A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung einer Gaskomponente und/oder von feinen Staubpartikeln aus Gasen, bei welchem das die zu entfernende Komponente enthaltende Gas aufwärts durch eine Plattensäule mit mindestens einer perforierten Platte oder Gitterplatte ohne Überlauf- und Gasabweisteil geführt und im Gegenstrom mit einer abwärts fließenden Absorptionsflüssigkeit in Kontakt gebracht wird.

Gasabsorptions- und Staubentfernungsverfahren zur Abtrennung spezifischer Gaskomponenten oder feiner Staubpartikel aus Abgasen, insbesondere naß arbeitende Verfahren dieses Typs, gewinnen zunehmend an e>o Bedeutung, insbesondere im Hinblick auf Umweltverschmutzungsprobleme.

Zur Durchführung dieser Verfahren werden in der Regel Gasabsorber vom Flüssigkeitsrieseltyp, z. B. Füllkörperkolonnen, Sprühwäscher und Rieseltürme, b5 eingesetzt oder Gasabsorber vom Gasschäumtyp, z. B. Fraktionierbodenkolonnen oder Perforierplatten-, Sieb-Dlatten- oder GitterDlattentürme.

Füllkörperkolonnen haben jedoch den Nachteil, daß eine Art Kanalbildung der Flüssigkeits- und Gasströme auftritt und daß oftmals Verstopfungen erfolgen, wenn Gase oder Flüssigkeiten mit einem Gehalt an Feststoffen eingesetzt werden. Sprühwäscher sind insofern nachteilig, als zum Versprühen der Flüssigkeit ein hoher Energieaufwand erforderlich ist, leicht Flüssigkeit mitgerissen wird und die Absorptionskapazität in der Regel nicht zufriedenstellt. Gasabsorber vom Flüssigkeitsrieseltyp sind ganz allgemein nicht besonders gut geeignet zum Absorbieren von Gasen, die eine große Flüssigkeits film-Widerstandsfähigkeit haben.

Plattentürme des angegebenen Typs, z. B. Fraktionierbödenkolonnen oder Fraktionierglockentürme, werden in der Regel dann verwendet, wenn große Mengen von Gasen zu reinigen sind und wenn eine Füllkörperkolonne deshalb ausscheidet, weil besonders hohe oder niedrige Flüssigkeits-Strömungsgeschwindigkeiten angewandt werden müssen, oder wenn Gase oder Flüssigkeiten mit einem Gehalt an Feststoffen eingesetzt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch diese Plattentürme Nachteile aufweisen, nämlich insofern, als der Druckabfall in der Säule relativ hoch und die sogenennte Plattenwirksamkeit in der Regel gering ist, wobei noch hinzu kommt, daß bei Verwendung einer Plattensäule zur Absorption von Gas einer hohen Flüssigkeitsfilm-Widerstandsfähigkeit, das in dem flüssigen Absorbens nur wenig löslich ist, nur eine vergleichsweise geringe Absorption erreicht wird, weshalb große Säulen angewandt werden müssen, die jedoch generell ebenfalls nur eine unbefriedigende Absorption bewirken.

Als nachteilig erwies sich ferner, daß bei Durchführung der üblichen industriellen Absorptionsverfahren die Oberflächengasgeschwindigkeit in den Türmen in der Regel auf 0,3 bis 2 m/s begrenzt ist, so daß die Reinigung einer großen Gasmenge einen großdimensionierlen Turm erfordert.

Die bisher bekannten Verfahren zur Entfernung von SO, aus Abgasen bedienen sich entweder fester Absorptionsmittel, z. B. vom Typ Aktivkohle oder aktiviertes Manganoxid (trockene Entschwefelungsverfahren), oder flüssiger Absorptionsmittel, z. B. vom Typ einer wäßrigen Natriumhydroxidlösung, Kalkmilch oder Soda (Naßverfahren).

Von diesen Verfahren weist das Naßverfahren im Vergleich zum Trockenverfahren den Nachieil auf, daß die gereinigten Gase, die in die Atmosphäre abgelassen werden, weiße Dämpfe bilden und schlechte Diffusionseigenschaften haben auf Grund der Temperaturabnahme der gewaschenen Gase. Andererseits hat jedoch das naß arbeitende Verfahren eine besondere Bedeutung erlangt, da es den Vorteil hat, daß die Absorptionsreaktion schneller verläuft als beim Trockenprozeß, die Gasbehandlungs- oder Gasreinigungsvorrichtung eine vergleichsweise geringere Größe aufweisen kann, die Betriebskosten gering sind und das Verfahren leicht durchführbar ist.

Bei den bekannten nassen Entschwefelungsverfahren wird das einen Gehalt an SO* aufweisende Abgas mit einem flüssigen Absorbens in Lösung oder Suspension in Kontakt gebracht unter Verwendung einer Absorptionsvorrichtung, z. B. eines Sprühwäschers, einer Füllkörperkolonne oder eines Plattenturms, wobei als flüssiges Absorptionsmittel z. B. wäßrige Lösungen oder Suspensionen von Oxiden, Hydroxiden, Carbonaten und Sulfiten von Alkali- oder Erdalkalimetallen, wie auch Ammoniak und seinen Derivaten dienen. Absorptions-

mittel mit einem Gehalt an Calciumverbindungen, z. B. Calciumoxid, Calciumhydroxid und Calciumcarbonat, hüben sich als besonders vorteilhaft erwiesen, da sie billig und leicht zugänglich sind und das absorbierte SO, in Form von Gips, d. h. einem gewerblich verwertbaren Stoff, binden.

Bei den üblichen bekannten Verfahren, die flüssige Absorptionsmittel, einschließlich Calciumverbindungen in Suspension, verwenden, erwies sich jedoch als nachteilig, daß in den Absorptionsvorrichtungen und den damit in Verbindung stehenden Einrichtungen leicht Verstopfungen auftreten und daß eine kontinuierliche Durchführung des Reinigungsverfahrens schwierig ist. Es zeigte sich ferner, daß das Calciumabsorptionsmittel in unerwünschter Weise mit dem Kohlendioxid des Abgases unter Bildung von Calciumcarbonat reagiert und somit statt zur Entfernung von SO, anderweitig verbraucht wird. Als weiterer Nachteil kommt hinzu, daß die Absorptionsgeschwindigkeit von SO, im allgemeinen ni^ht zufriedenstellt, was sowohl auf die Absorptionsvorrichtung selbst als auch auf die verwendete Calciumverbindung zurückzuführen ist. Da ein zufriedenstellender Gas-Flüssigkeitskontakt in den üblichen Absorptionsvorrichtungen nicht erzielbar ist, müssen eine großdimensionierte Vorrichtung oder zwei oder mehr hintereinandergeschaltete Absorptionsvorrichtungen verwendet werden. Wird ferner zur Erhöhung des Gas-Flüssigkeitskontaktes der Absorptionsprozeß unter Anwendung eines hohen Verhältnisses von Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Absorbens L (kg/m² pro Stunde) zur Strömungsgeschwindigkeit des Gases G (kg/m² pro Stunde), z. B. bei einem /./G-Verhältnis von 10 bis 20 durchgeführt, so steigt der Druckabfall in der Kolonne merklich an, was eine starke Erhöhung der Installierungs- und Betriebskosten zur Folge hat.

Unterschiede ergeben sich dabei in bezug auf Druckabfall und Gasgeschwindigkeit je nach Typ der verwendeten Absorber, wobei solche vom Typ der Plattenkolonnen aus den angegebenen Gründen bevorzugt zum Einsatz gelangen. So ist es z. B. aus der Diplomarbeit von E. ZeI fei, Berechnung und Konstruktion von Siebboden, Bd. 1, München 1962, Seiten HS bis 119 und Abb. 61 ab, bekannt, daß bei Verwendung von Kolonnen mit Loch- oder Gitterplatten, die jeweils einen Überlauf und Gasabweiser sowie ein vergleichsweise sehr niedriges Freiraumverhältnis (Verhältnis der Löcherfläche zur Plattenoberfläche) von etwa 0,08 haben, der Druckabfall mit der Gasgeschwindigkeit exponentiell zunimmt in einer Weise, wie sie durch die in Abb. 61a dieser Druckschrift gezeigten Kurven, die hochgradig Kurve (a) der vorliegenden Fig. 1 entsprechen, wiedergegeben wird. Die mit derartigen Plattentürmen erzielbaren Strömungsgeschwindigkeiten und Gas-Flüssigkeitskontakte sind jedoch vergleichsweise niedrig, weshalb auch die Produktionsraten nicht zu befriedigen vermögen.

Werden demgegenüber sogenannte Muredana-Plattentürme verwendet, die mindestens eine Lochoder Gitterplatte ohne Überlauf- und Gasabweiserteil aufweisen, wie dies z. B. aus Journal of Applied Chemistry of the USSR, Bd. 36, Nr. 8, 1963, Seiten 1674-1680, Bd. 36, Nr. 10, 1963, Seiten 2136-2142, Bd.37, Nr. 8, 1964, Seiten 1750-1759, Bd. 40, Nr. 12, 1967, Seiten 2624-2626 und Bd. 41, Nr. 1, 1968, Seiten 74 — 77, bekannt ist, so hat dies den Vorteil, daß ein gleichförmiger Gas-Flüssigkeitskontakt auch bei geringer Strömungsgeschwindigkeit der verwendeten Flüssigkeit erreichbar, großdimensionierte Vorrichtungen verwendbar, der Druckabfall durch die Säule relativ gering und Gas-Flüssigkeitssysteme mit einem Gehalt an Feststoffen einsetzbar sind. Die bekannten Verfah- -, ren, die sich derartiger Plattensäulcn ohne Überlauf und Gasabweiser bedienen, kranken jedoch daran, daß die maximale Gasgeschwindigkeit in der Säule auf höchstens etwa 2 m/s begrenzt ist. Ein weiterer Nachteil besieht darin, daß eine großdimensionierte Vorrichtung

in verwendet werden muß, wenn Gas einer hohen Strömungsgeschwindigkeit gereinigt werden soll.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Entfernung von Gaskomponenlen und/oder von feinen Staubpartikeln aus Gasen unter Verwendung eines

i) derartigen Moredana-Plattenturms mit Sieb- oder GitterpJatten ohne Überlauf und Gasabweiser anzugeben, das sich durch eine verbesserte Effektivität auszeichnet und bei dem das Gas bei einer erhöhten Strömungsgeschwindigkeit in einer kompakten Absorp-

.'(I tionsvorrichtung, die kontinuierlich über einen langen Zeitraum hinweg betrieben werden kann, behandelbar ist, wobei insbesondere eine Verbesserung der Entschwefelung von Abgasen erreicht werden soll.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch ge-

r> kennzeichnet, daß man

a) eine Platte mit einem Freiraumverhältnis (Verhältnis der Löcherfläche in der Platte zur Plattenoberfläche) von 0,25 bis 0,60 einsetzt,

b) das Gas durch die Säule mit einer Oberflächengasgeschwindigkeit führt, die in den Undulationsbereich fällt, und

c) die Absorptionsflüssigkeit durch die Plattensäule bei einem Flüssigkeits-Gasverhältnis (L/G) von 0,5 oder darüber führt.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung, bei der zur Entfernung von Schwefeloxiden aus schwefeloxidhaltigen Verbrennungsabgasen als Absorptionsflüssigkeit eine wäßrige Suspension von κι Calciumcarbonat eingesetzt wird, ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß man zusätzlich zu den Verfahrensstufen a) bis c)

d) jeweils am Auslaß der Säule sowohl

1) den pH-Wert der zirkulierenden Absorptionsflüssigkeit bei 6 bis 8 hält, als auch

2) den Gesamtfeststoffgehalt in der Absorptionsflüssigkeit bei 3 bis 15 Gew.-% hält sowie

3) das Verhältnis des Gehaltes an festem Calciumcarbonat zum Gesamtfeststoffgehalt in der Absorptionsflüssigkeit bei 5 bis 35 Gew.-% hält,

durch Zufuhr mindestens einer aus Calciumoxid, Calciumhydroxid oder Calciumcarbonat bestehenden Calciumverbindung zur zirkulierenden Absorptions-

v> flüssigkeit.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß aus Ab- und Verbrennungsgasen spezielle Gaskomponenten, z. B. Schwefeldioxid, Oxide des Stickstoffs, Schwefelwasserstoff und dergleichen, sowie feine Staubpartikel oder

w) Ruß in besonders einfacher, wirksamer und wirtschaftlicher Weise entfernbar sind, wobei die Entfernung von Schwefeloxiden (SO_V/) aus Verbrennungsabgasen, z. B. aus Abgasen von Heizkesseln, Heizöfen, Sinterofen, Konvertern, Schmelzofen und Einäscherungsofen, in

b) besonders vorteilhafter Weise gelingt. Ganz speziell eignet sich das Verfahren der Erfindung zur Absorption von SO, aus Rauchgasen durch Inkontaktbringen des Gases mit einem flüssigen Absorbens, das aus einer

wäßrigen Suspension von im wesentlichen Calciumcarbonat besteht.

Die Erfindung wird durch die Zeichnung näher veranschaulicht, in der darstellt

F i g. 1 ein Diagramm, aus dem sich der Druckabfall ΔΡ durch eine Platte in Abhängigkeil von der Gasgeschwindigkeit L^in einer Moredana-Plattensäule ergibt,

F i g. 2A, 2B und 2C Photographien, welche den Zustand der Gas-Flüssigkeitsmischung auf der Moredana-Platte veranschaulichen,

F i g. 3 ein Diagramm, aus dem sich die Abhängigkeit des Verhältnisses des Gehalts an festem Calciumcarbonat zum Gesamtfeststoffgehalt vom pH-Wert des flüssigen Absorptionsmittels beim Austritt aus der Moredana-Plattensäule während eines Entschwefclungsprozesses unter Verwendung einer wäßrigen Calciumcarbonatsuspension ergibt,

Fig.4 ein schematischer Schnitt durch eine Moredana-Plattensäule, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendbar ist,

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Moredana-Platte der in F i g. 4 dargestellten Säule und

Fig. 6 ein Fließschema des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Entfernung von SO₁ aus einem Kaminabgas.

Die Kurve (a) der F i g. 1 zeigt, daß bei einer Plattensäule mit Sieb- oder Gitterplatten ohne Überlauf- und Gasabweisteil der Druckabfall Δ P durch eine Platte in Abhängigkeit von der Gasgeschwindigkeit Ug in der Säule in Falle eines Gegenstromkontaktcs in typischer Weise eine gerade Linie mit zwei Knickstellcn bei den Punkter A und ßergibt.

Die Kurve (ι) der Fig. 1 wurde erhalten bei einem Freiraumverhä tnis der Platte von 0,20 und bei Verwendung e ner Absorptionsflüssigkeit, die aus einer 5gew.-°/oigen ν äßrigen NajCOr Lösung bestand.

Am Punkt / der Kurve fa,} beginnt die Flüssigkeit auf der Platte zur jckzubleiben. Ist die Gasgeschwindigkeit L/g'geringer f Is die beim Punkt A, so fällt die Flüssigkeit durch die Lecher in der Platte und ein Durchtropfen oder Durch egnen ist die Folge. Wenn die Gasgeschwindigkeit vom Punkt A bis zum Punkt B ansteigt, so befindet sicn das durch die Flüssigkeitsschichl auf der Platte hindurchtretende Gas zunächst in einem aufwallenden Zustand (Blasenbildung), worauf allmählich ein schäumender Zustand eintritt. Zwischen den Punkten A und B steigt der Widerstand oder der Druckabfall relativ schwach an.

Erreicht die Gasgeschwindigkeit Ug den Punkt B, so steigt der Druckabfall /ilPdurch die Platte und die Höhe der Flüssigkeits-Gasmischungsschichl auf der Platte rasch an und es erfolgt schließlich eine Überflutung. In diesem Überflutungszustand kann das Verfahren nicht mehr richtig durchgeführt werden, weshalb bisher der Punkt B als der Punkt der maximal möglichen Gasgeschwindigkeit angesehen und die Gasgeschwindigkeit beim Punkt B als maximal mögliche Gasgeschwindigkeit erachtet wurde. Im Falle einer Platlcnsiiule ohne Gasabweiser und Kennwerten, wie sie sich aus der Kurve (u) der F i g. I ergeben, ist der Bereich zwischen den Punkten A und B der stabile Arbeitsbereich.

Eine Platte ohne Gasabweiscr mit einem Freiraumverhältnis von ungefähr 0,08 bis 0,20 liefert im allgemeinen Kurven des Typs der Kurvender Fig. 1.

Erfindungsgemäß wird demgegenüber eine Morcdan:i-Platte mit einem Fruiriiuin verhältnis von 0.25 bis 0,60 verwendet, was eine Druckabfallkurve zur Folge hat, die der Kurve (b)in F i g. I entspricht.

Die Kurve (b) in F i g. 1 zeigt die Abhängigkeit des Druckabfalles ΔΡ durch eine Platte von der Gasgeschwindigkeit Ug bei einem Freiraumverhältnis von 0,31 und bei Verwendung einer 5gew.-%igen NajCCh-Lösung als Absorptionsflüssigkeit.

Gemäß Kurve (b)aev F i g. 1 wird die Flüssigkeit auf der Platte in einem Bereich außerhalb des Punktes A zurückgehalten und der Druckabfall <4Psteigt bei einem Anstieg der Gasgeschwindigkeit Ug zwischen den Punkten A und ß allmählich an, ähnlich wie im Falle der Kurve (a) der Fig. 1. Gemäß Kurve (b) erfolgt jedoch die Überflutung nicht beim Überschreiten des Punktes B, sondern bis zum Punkt C wird eine Gerade erhalten mit einer etwas höheren Neigung als derjenigen der Geraden zwischen den Punkten A und B. Erst bei Erreichen des Punktes Cerfolgt ein rascher Anstieg des Druckabfalles Δ P und eine Überflutung. Wegen der Schwierigkeit, den exakten Überflutungspunkt genau festzustellen, soll der Punkt C der Einfachheit halber hier als Überflutungspunkt bezeichnet werden.

Der Zustand der Gas-Flüssigkeitsmischung auf der Moredana-Platte zwischen den Punkten B und C ist derart, daß Flüssigkeitsstrom und Gasstrom wirksam miteinander vermischt vorliegen und auf der Platte eine Gruppe von aus der Gas-Flüssigkeitsmischung bestehenden Blöcken in Form eines Schaumes gebildet wird. Diese Blöcke bewegen sich wiederholt kräftig auf und nieder, ein Teil der niederfallenden Blöcke wird aufgebrochen, und neue Blöcke entstehen, die unmittelbar aufsteigen. Das Vermischen der Gasphase mit der flüssigen Phase erfolgt daher äußerst wirksam, wobei die Grenzfläche zwischen Gas und Flüssigkeit erhöht wird und sich sowohl die Ausbildung eines laminaren Flüssigkeitsfilms als auch der Gas-Flüssigkeitsgrcnzschicht unaufhörlich erneuern. Der Bereich zwischen den Punkten B und C einer Kurve des Typs der Kurve

(b) von Fig. 1 wird als Undulationsbereich bezeichnet wobei der Punkt B die Minimum-Gasgeschwindigkeit und der Punkt Cdic maximale Gasgeschwindigkeit de; Undulationsbereiches kennzeichnet.

In Fig. 1 zeigt die Kurve (c)den Druckabfall zlPbc einem Freiraumverhältnis der Moredana-Platte vor 0,35 und bei Verwendung einer wäßrigen 5gew.-°/oigcr CaCOj-Suspension als Absorptionsflüssigkeit. In Kurve

(c) hat der Undulationsbereich SCdas gleiche Aussehcr wie in Kurvender Fig. 1.

Die Fig. 2A und 2B zeigen Zustände bei einei Gasgeschwindigkeit von 4,0 m/s, d. h. einem Punkt in Undulationsbereich zwischen den Punkten ßund C, unc die F i g. 2C zeigt einen Zustand bei einer Gasgeschwin digkeit Ug von 1,8m/s, d.h. im sogenannten stabiler Arbeitsbereich zwischen den Punkten A und B de Kurve ftyder Fig. 1.

In den Fig. 2A und 2B ist einer der angegebener Blöcke aus kleinen Schaumpartikcln durch das Bezugs zeichen 1 gekennzeichnet. In den Photographien hat cii derartiger Block das Aussehen einer Wolke. In Fig.2/ befindet sich der Block 1 in der höchsten und in F i g. 21 in der niedrigsten Position, die er bei seiner Beweguni erreichen kann.

Im Gegensatz hierzu befindet sich die Gas-Flüssig kcitsmischungbei einer Gasgeschwindigkeit von 1,8 m/ in dem bisher als stabiler Arbeitsbereich bezeichnete! Bereich zwischen den Punkten A und ßdcr Kurve (b) in Zustand des Schäumens oder Aufschäumens, der i F i g. 2C durch das Bezugszeichen 3 gekennzeichnet ist.

In den F i g. 2A, 2B und 2C kennzeichnet das Bezugszeichen 2 die an der inneren Oberfläche der Säule nach abwärts gerichtete Flüssigkeitsbewegung.

Erfindungsgemäß werden Gas und Flüssigkeit im Gegenstrom innerhalb des Undulationsbereiches, d. h. im Bereich zwischen den Punkten Sund Cder Kurve (b) von Fig. 1 in Kontakt gebracht. Es hängt insbesondere vom Freiraumverhältnis der Platten wie auch von den physikalischen Eigenschaften der Gas-Flüssigkeitsmischungen und der Strömungsgeschwindigkeit von Gas und Flüssigkeit ab, ob die hydrodynamische Beziehung, wie sie in der Kurve (b)\or\ F i g. 1 dargestellt ist, auftritt oder nicht. Die Beziehung zwischen der Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit L (kg/m² · h) und dem Freiraumverhältnis einer Moredana-Platte führt nämlich zu einem relativ breiten Undulationsbereich, ähnlich demjenigen zwischen den Punkten Sund Cder Kurve (b)von Fig. 1.

In entsprechenden Versuchen wurde Schwefeldioxid (SO2) mittels einer wäßrigen Natriumcarbonatlösung ausgewaschen unter Verwendung verschiedener Moredana-Plalten mit einem jeweils unterschiedlichen Freiraumverhältnis.

Bei der Verwendung einer Moredana-Plaltensäule mit 3 perforierten Platten mit jeweils einem Freiraumverhältnis von 0,3! wurde der Undulationsbereich BC der Kurve (b) von F i g. 1 bei einer Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit von 9000 bis 110 000 kg/m² ■ h erhalten. Es wurden 95 bis 99% SO2 bei einer Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit von über 10 700 kg/m² · h und einer Gasgeschwindigkeit zwischen den Punkten B und C absorbiert. War die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit jedoch geringer als 9000 kg/m² · h, so lag die Gasabsorption bei 90 bis 88% oder darunter bei einer Gasgeschwindigkeit unter dem Punkt B bzw. bei weniger als 85% bei einer Gasgeschwindigkeit oberhalb des Punktes B.

Die Ursache hierfür ist darin zu sehen, daß der Grad der Massenübertragung auf der Platte beträchtlich abnimmt und eine geeignete Flüssigkeitsaufstockung auf der Platte für die Massenübertragung nicht erreicht werden kann auf Grund der relativ geringen Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Vergleich zur Strömungsgeschwindigkeit des Gases. Es zeigte sich, daß dann, wenn die Gasgeschwindigkeit den Punkt B überschreitet, der Gasstrom direkt durch die Flüssigkeitsschicht auf der Platte hindurchströmte und die Flüssigkeit auf der Platte in Form feiner Tröpfchen nach oben verspritzt wurde. Lag die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit über 40 000 kg/m² · h, so trat zwar der Bereich SCauf, doch lag der Wert des Druckabfalles durch die Platte bei 40 mm H2O oder darüber. Infolgedessen handelt es sich bei diesen Bedingungen nicht jeweils um bevorzugt gute Arbeitsbedingungen. Der Bereich optimaler Flüssigkeitsströmung (L) liegt bei 20 000 bis 30 000 kg/m² · h im Falle einer perforierten Platte mit einem Freiraumverhältnis von 0,31.

Bei einer Platte mit einem Freiraumverhältnis von 0,25 kann der Undulationsbereich BC bei einer Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit von über 25 000 kg/m² · h nicht auftreten, und es wird eine der Kurve (a) von Fig. 1 entsprechende Kurve erhalten. Liegt die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit unterhalb 9300 kg/m² · h, so tritt zwar der Undulationsbereich BC auf, doch handelt es sich hierbei nicht um bevorzugte Bedingungen, weil die Absorptionsgeschwindigkeit bei einer Gasgeschwindigkeit, die oberhalb des Punktes B liegt, beträchtlich vermindert wird.

Der bevorzugte Bereich der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in der Platte mit einem Freiraumverhältnis von 0,25 liegt zwischen 9300 und 22 000 kg/ m² ■ h. Dieser Bereich ist somit enger als derjenige einer Platte mit einem Freiraumverhältnis von 0,31.

Bei einer Platte mit einem Freiraumverhältnis von 0,20 tritt der Undulationsbereich BC bei einer Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit (L) von über 7500 kg/m² · h nicht auf, und es wird eine Kurve entsprechend der Kurve (a) von Fig. 1 erhalten. Liegt die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit (L) bei 5000 kg/m² · h, so wird zwar eine der Kurve (b) von F i g. 1 entsprechende Kurve erhalten, doch nimmt die Geschwindigkeit der Massenübertragung auf der Platte stark ab, wenn die Gasgeschwindigkeit über den Punkt B hinaus ansteigt, und zwar auf Grund der geringeren Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit. Demzufolge können diese Bedingungen in der Praxis nicht angewandt werden.

Auf Grund dieser Gegebenheiten liegt das Minimum-Freiraumverhältnis der Moredana-Platte bei 0,25. Im Falle einer Platte mit einem Freiraumverhältnis von über 0,35 tritt der Undulationsbereich SCimmer auf bei einer Flüssigkeits-Strömungsgeschwindigkeit unterhalb 60 000 kg/m² · h, die als die für die Praxis geeignete Strömungsgeschwindigkeit gelten kann. Übersteigt jedoch das Freiraumverhältnis der Platte 0,60, so ist der Freiraum so groß, daß es schwierig wird, die flüssige Schicht auf der Platte zu halten. Eine Platte mit einem Freiraumverhältnis von über 0,60 ist daher für die Praxis ungeeignet.

Liegt das Freiraumverhältnis unter 0,25, so ist der zur Verfugung stehende Bereich der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit eng, und der Druckabfall durch die Platte steigt in unerwünschter Weise an. Ist andererseits das Freiraumverhältnis größer als 0,60, so tritt der Undulationsbereich BC lediglich im Falle extrem hoher Gasgeschwindigkeiten auf, und der Druckabfall durch die Platte steigt stark an.

Vorzugsweise werden Plattensäulen mit mindestens einer perforierten Platte mit einem Freiraumverhältnis von 0,30 bis 0,50 verwendet.

Aus der folgenden Tabelle 1 ergibt sich die Beziehung zwischen dem Freiraumverhältnis einer Moredana-Platte und Mindest-Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeiten, bei denen effektive Undulationsbereiche BC ausgenutzt werden können, wie sich aus Daten ergibt, die erhalten wurden durch Behandlung eines SCMialtigcn Gases mit einer 5%igen Na2CO3-Lösung unter Verwendung einer perforierten Moredana-Platle bei einem Flüssigkeits-Gasvcrhällnisf/yG^von 0,5.

Tabelle 1

Frciraumvcrhiilinis	Minimuni-Striiniiinys-
	geschwiniligkeil
	der flüssigkeit
	(kg/m².h)
0?5	9 300
o,:i 1	10 7(X)
0,35	11 6(X)
0,40	12 800
0,45	14 000
0,50	15 100
0,55	16 300
0.60	17 100

Zur Erzielung einer der Kurve (b) von Fig. 1 entsprechenden Kurve war es bisher erforderlich, die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit L zu vermindern, weil eine Platte mit einem geringen Freiraumverhältnis zum Einsatz gelangte. Demzufolge sank die Geschwindigkeit der Massenübertragung stark ab, wenn die Gasgeschwindigkeit auf einen über der maximal möglichen Gasgeschwindigkeit liegenden Wert anstieg. Infolgedessen galt bisher, daß die Geschwindigkeit oder das Ausmaß der Massenübertragung abnimmt, wenn die Gasgeschwindigkeit auf einen Wert oberhalb der maximal möglichen Gasgeschwindigkeit ansteigt. Wird andererseits die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit erhöht, um die Absorptionsgeschwindigkeit zu steigern, so ergibt sich eine Kurve ähnlich der Kurve (a)von Fig. 1. In diesem Falle ist überdies die Gasbehandlungskapazität einer Vorrichtung gering auf Grund der niedrigen maximal möglichen Gasgeschwindigkeit, die praktisch gleich ist der Überflutungsgeschwindigkeit.

Es war bisher unbekannt, daß man bei Verwendung einer Moredana-Säule zu optimalen Ergebnissen dann gelangt, wenn man ein großes Freiraumverhältnis und eine hohe Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit wählt.

Beim erfindungsgemäßen Gasabsorptions- und/oder Staubentfernungsverfahren, z. B. einem Entschwefelungsprozeß, bei dem der Undulationsbereich BC gemäß den Kurven (b) oder (c) von F i g. 1 angewandt wird, ist das Flüssigkeits/Gas-Verhältnis (LJG) 0,5 oder höher und liegt in der Praxis vorzugsweise bei 1 bis 20, insbesondere bei 1 bis 5. Liegt der Wert von LJG unter 0,5, so nimmt die Geschwindigkeit der Massenübertragung auf Grund einer zu geringen Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit ab, wenn die Gasgeschwindigkeit einen Wert über der Mindest-Undulationsgeschwindigkeit hat, d. h. oberhalb dem Punkt B in den Kurven (b) und (c) von F i g. 1 liegt, weshalb eine zufriedenstellende Geschwindigkeit der Entschwefelung nicht erreicht werden kann. Steigt andererseits der Wert LJG auf einen extrem hohen Wert an, so wird der Druckabfall durch die Platte größer. Infolgedessen ist der maximale LJG-Wert auch für praktische Zwecke vorzugsweise begrenzt auf ungefähr 20.

Die Punkte B und C, welche den Undulationsbereich einer Moredana-Plattensäule kennzeichnen, lassen sich leicht durch Versuche ermitteln.

Die Kurven (b) und (c) von F i g. 1 wurden auf experimentellem Wege bestimmt, und zwar unter Verwendung einer perforierten Platte bei einer Flüssigkeits-Strömungsgeschwindigkeit von 20 000 kg/ πι² · h.

Die Geschwindigkeit beim Punkt B (Ugm) kann aus den folgenden vier Gleichungen, wie von H. U c h i y a ma, K. H i r a ο und N. M e η ο in Kagaku Kogaku, 35, 116— 122(1971)angegeben wird,berechnet werden:

*"- = 49,14Fc

Ι0-Λ

12)

(3)

.*_. _{= 767}
Fc [g,

worin bedeuten:

Ugm

'« ■ Η,Λ
,J J

die Oberflächengasgeschwindigkeit beim Punkt Sin m/s;

g = die Fallbeschleunigung in m-7s;
Fc = das Freiraumverhältnis der perforierten Platte

oder Gitterplatte (-);
L = die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit

in kg/m² · s;
G = die Strömungsgeschwindigkeit des Gases in kg/m² · s;

'Ji = die Flüssigkeitsdichte in kg/m³;
'jg = die Gasdichte in kg/m³;

In

g'Jl

Kapillarkonstante (m) und
ο = Oberflächenspannung in kg/s².

Die oben angegebene Gleichung (1) ist anwendbar auf eine perforierte Platte im Falle von

d₁ 0,16

•Jg ¹Ji · 10³ ä 0,838.

Die Gleichung (2) ist anwendbar auf eine perforierte Platte im Falle von

Fc a 0,16
¹Jg¹Ji ■ 10³S 0,838.

Die Gleichungen (3) und (4) sind anwendbar auf perforierte Platten von

Fc S 0,16

und Gitterplatten, wobei für die Gleichungen (3) und (4) gilt

'jg/-jι ■ 10³ > 1,20
'jg/'j, 10³S 1.20.

Die Gasgeschwindigkeit Ugc(m/s) beim Punkt Cder Kurve (b) oder (c) in F i g. 1, d. h., die Gasgeschwindigkeit beim Überflutungspunkt, läßt sich nach den beiden folgenden Gleichungen ermitteln:

Urc U gin

■■= 7,509 · IO^: · /.

= 3,434 · /.

worin Ugm und L die gleiche Bedeutung haben, wie in den Gleichungen (1) bis (4). Die Gleichungen (5) und (6) sind anwendbar auf Moredana-Platten, die zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung geeignet sind, und zwar die Gleichung (5) für

L = 6 ■ 10" und die Gleichung (6) für

10" kg/m* · h

h.

hi L= 10"-6 · 10" kg/m*

Zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung sind Plattensäulen mit üblichen perforierten Platten oder Gitterplatten üblichen Aufbaus, z.B. vom Gattertyp oder vom Typ paralleler Streben und dergleichen, mit einem Freiraumverhältnis von 0,25 bis 0,60 geeignet.

Der Durchmesser der Löcher oder öffnungen in einer Platte ist nicht kritisch. Im allgemeinen liegt der Durchmesser der Löcher oder öffnungen bei 2 bis 16, vorzugsweise bei 3 bis 10 mm. Im Falle einer Gitterplatte liegt die Breite der Schlitze oder Öffnungen im allgemeinen bei 3 bis 10 mm.

Das Verfahren der Erfindung ermöglicht somit eine sehr effektive Gasabsorption und/oder Staubentfernung durch lnkontaktbringen eines Gases mit einer Flüssigkeit im Gegenstrom unter Anwendung einer hohen Gasgeschwindigkeit, die in dem Undulationsbereich SCder Kurve (b)von F i g. 1 liegt sowie bei dem angegebenen Flüssigkeits-Gasverhältnis (L/G).

Des weiteren ermöglicht es die Erfindung, das zu reinigende Gas in eine Vorrichtung zur Entfernung eines spezifischen Gases und/oder von feinem Staub mit einer Gasgeschwindigkeit einzuführen, die mehrfach größer ist als die Geschwindigkeit üblicher bekannter Verfahren, so daß die Größe der zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung verwendeten Vorrichtung um ein mehrfaches kleiner ausgestaltet werden kann als die Vorrichtungen üblicher bekannter Verfahren, wobei ein hochökonomischer Gas-Absorptions- oder Staub-Entfernungsprozeß durchgeführt werden kann.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens der Erfindung liegt darin, daß es leicht zu überwachen ist, weil die Möglichkeit der Verstopfung der Säule oder Kolonne durch Feststoffe auf Grund der Einfachheit seiner Struktur sehr gering ist. Da der Druckabfall durch die Säule oder den Turm relativ gering ist und ein Versprühen von flüssigem Absorbens nicht erforderlich ist, weil des weiteren der Energieaufwand für das Einblasen des Gases und die Flüssigkeitspumpe gering ist, sind die Betriebskosten der Vorrichtung gering. Da des weiteren das Verfahren leicht gestartet und leicht beendet werden kann und weil schließlich eine praktisch konstante Gasabsorption oder Staubentfernung bei konstanter Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit

selbst bei Änderung der Beschickungsrate des Gases erreicht werden kann, ist die Durchführung des Verfahrens der Erfindung sehr einfach.

Das Absorbens zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung und das Absorbens, das dem zirkulierenden flüssigen Absorptionsmittel bei Durchführung eines Entschwefelungsverfahrens zugesetzt werden kann, kann aus Calciumoxid, Calciumhydroxid und Calciumcarbonat bestehen. Diese Calciumverbindungen können allein oder in Kombination miteinander verwendet werden. Das flüssige Absorbens, das durch din Moredana-Plattcnsäule zirkuliert wird, enthält jedoch hauptsächlich Calciumcarbonat als eine Absorptionskomponente, wie später beschrieben wird, und wenn Calciumoxid und/oder Calciumhydroxid als Absorbens zugeführt werden, enthält das flüssige Absorbens zusätzlich zum Calciumcarbonat geringe Mengen von Calciumoxid und/oder Calciumhydroxid. Das flüssige Absorbens kann des weiteren geringe Mengen von Calciiimbicarbonat enthalten, welches im Gleichgewicht mit gelöstem Calciumcarbonat in dem flüssigen Absorptionsmittel vorliegen kann. Demzufolge läßt sich die wesentlichste Reaktion des Entschwefelungspro/.esses durch die folgende Gleichung (7) ausdrucken:

CaCO., I SO., =- C'iiSO., I CO₂

säule zu reinigen sind. Die Oxidation läßt sich durch folgende Gleichung (8) wiedergeben:

Ein Teil des auf diese Weise gebildeten Calciumsulfites wird zu Calciumsulfat oxidiert, und zwar durch den Sauerstoff der Abgase, die in der Moredana-Plattcn-CaSO., t ' ,O₂ = CaSO₄

Infolgedessen enthält die durch die Moredana-Plattensäule zirkulierende Absorptionsflüssigkeit in wäßriger Suspension des weiteren Calciumsulfit, Calciumsulfat und Kohlendioxid, wie auch die bereits

in erwähnten Verbindungen. Ein Teil des Kohlendioxids, das in der Absorptionsflüssigkeit gelöst ist, hat seinen Ursprung in dem Kohlendioxid des zu reinigenden Abgases, welches normalerweise mehrere bis etwa 10 und mehr Prozent Kohlendioxid enthält. Wird KaIk-

r, milch in das zirkulierende flüssige Absorptionssystem eingeführt, so wird das Calciumhydroxid der Kalkmilch durch Umsetzung mit dem gelösten Kohlendioxid und dem Calciumbicarbonat in Calciumcarbonat überführt, wobei diese Reaktion durch die folgenden Gleichungen

jo (9) und (10) wiedergegeben werden können:

Ca(OlI), + CO, = CaCO, I- H₂O (9)

Ca(OII), + Ca(HCO.,), = 2CaCO., + 2H₂O (10)

In der zirkulierenden Absorptionsflüssigkeit liegt somit das Calcium hauptsächlich in Form von Calciumcarbonat vor. Da die Reaktionen (9) und (10) im wesentliche" ablaufen, bevor das flüssige Absorbens in

in die Säule oder den Turm gelangt, erfolgt eine Umsetzung des in dem aufzuarbeitenden Abgas enthaltenen Kohlendioxids mit Calciumhydroxid oder Calciumoxid praktisch nicht im Inneren der Moredana-Plattensäule. Aus diesem Grund wird die Bildung

π oder Ablagerung von Kesselstein wirksam vermieden.

Es wurde gefunden, daß die Feststoffkonzentration der Absorptionsflüssigkeit beim Austritt aus der Moredana-Plattensäule (d. h. die Konzentration von Gesamtfeststoffen an CaSO₁, CaSO₄ und CaCO₁), das

in Verhältnis von Gehalt an festem Calciumcarbonat zum erwähnten Gesamtfcststoffgehait beim Austritt aus der Moredana-Plallensäule und tier pH-Wert der Absorptionsflüssigkeit beim Austritt aus der Säule einen großen Einfluß auf die Entschwefelungsgeschwindigkcit, Ver-

r, stopfungsprobleme der Entschwefelungsvorrichtung und den Einheitenverbrauch an Calciumverbindung (Absorbens) haben.

Im Falle des erfindungsgemäßen Entschwefelungsprozesses soll der pH-Wert der Absorptionsflüssigkeit

Ίο beim Austritt aus der Moredana-Plattensäule vorzugsweise bei 6 bis 8, insbesondere zwischen 6,5 und 7,5, liegen. Liegt der pH-Wert der Absorptionsflüssigkeit bei unter 6, so nimmt die Entschwefelungsgeschwindigkeit ab. Der Grund hierfür liegt darin, daß Calciumbi-

■r> sulfit Ca(HSOj).- unter einem pH-Wert von 6 in der Absorptionsflüssigkeit erzeugt wird und Schwefeldioxidgas aus der schwefeligen Säure entsteht, welche durch die im folgenden wiedergegebene Gleichgewichtsreaktion aus clem Bisulfition HSO₁" erzeugt

hd wird:

HSO.,

II

H₂SO.,

(Ill

Liegt andererseits der pH-Wert über 8, so nimmt die Entschwefelungsgeschwindigkeit ebenfalls ab, wobei jedoch das Verhältnis von festen Calciumcarbonat zu dem Gesamtfcstsloffgehalt in der Absorptionsflüssigkeit ansteigt. Stcigl das Verhältnis an, so wird das

Absorptionsmittel unnütz verbraucht, und es besteht die Gefahr des Verstopfens der Vorrichtung durch überschüssige Calciumioncn in der Absorptionsflüssigkeit.

Bei dem Entschwefelungsverfahren der Erfindung wird das Verhältnis von Gehalt an festem Calciumcarbonat zum Gesamtfeststoffgehalt in der Absorptionsflüssigkeit beim Austritt aus der Moredana-Piattensäule bei 5 bis 35 Gew.-%, vorzugsweise bei 5 bis 20 Gew.-%, gehalten. Obgleich der Einheitsverbrauch des Calcium-Absorptionsmittels in vorteilhafter Weise abnimmt, wenn das erwähnte Verhältnis kleiner ist, muß die Feststoffkonzentration des flüssigen Absorbens erhöht werden, um eine zufriedenstellende Entschvvefelungsgeschwindigkeit zu gewährleisten. Ein Verhältnis von weniger als 5 Gew.-% hat sich daher in der Praxis als nicht geeignet erwiesen, und zwar auf Grund eines Anstieges des Druckabfalls in der Säule oder dem Turm. Wird in diesem Falle das Flüssigkeits-Gasverhältnis (L/G) vermindert, um den Druckabfall in der Säule oder dem Turm zu vermindern, so nimmt die Entschwefelungsgeschwindigkeit ab. Wenn andererseits das Verhältnis von Gehalt an festem Calciumcarbonat zum Gesamtfeststoffgehalt ansteigt, so steigt die Menge an verlorenem Calciumcarbonat in unerwünschter Weise an, weil ein Teil der Absorptionsflüssigkeit, welche durch die Säule oder dem Turm zirkuliert würde, im allgemeinen kontinuierlich oder chargenweise abgepumpt würde. Demzufolge hat sich ein maximales Verhältnis von festem Calciumcarbonatgehalt zu Gesamtfeststoffgehalt in der Absorptionsflüssigkeit von bis zu 35 Gew.-% für praktische Zwecke als geeignet erwiesen. Beim erfindungsgemäßen Entschwefelungsverfahren wird des weiteren die Feststoffkonzentration der zirkulierenden Absorptionsflüssigkeit beim Austritt aus der Moredana-Plattensäule auf 3 bis 15Gew.-%. vorzugsweise 5 bis 15 Gew.-%, gehalten. Liegt die Feststoffkonzentration unter 3 Gew.-%, so nimmt die Entschwefelungsgeschwindigkeit aufgrund eines Abfalls des pH-Wertes der Absorptionsflüssigkeit ab, wenn nicht das Verhältnis von festem Calciumcarbonatgehalt zu Gesamtfeststoffgehalt in der Absorptionsflüssigkeit erhöht wird. Infolgedessen wird das zuzuführende Absorbens im Überschuß benötigt, um eine zufriedenstellende Entschwefelungsgesch windigkeil oder einen zufriedenstellenden Entschwefelungsgrad zu erreichen. Liegt andererseits die Feststoffkonzentration der Absorptionsflüssigkeit bei über 15 Gew.-%, so steigt der Druckabfall durch die Säule bei einem konstanten Flüssigkeits-Gasverhältnis (L/G). Wird das Flüssigkeits-Gasverhältnis (L/G) vermindert, um den Druckabfall zu vermindern, so nimmt der Entschwefelungsgrad ab.

Die Steuerung des pH-Wertes der Absorptionsflüssigkeit, die Steuerung des F'eststoffgehaltes der zirkulierenden Absorptionsflüssigkeit und das Verhältnis von festem Calciumcarbonatgehalt zu Gesamtfeststoffgehalt in der Absorptionsflüssigkeit, jeweils beim Austritt der Flüssigkeit aus der Säule ist leicht durchführbar, und zwar durch entsprechende Zufuhr von Absorptionsmittel zur zirkulierenden Absorptionsflüssigkeit.

In F i g. 3 veranschaulichen die drei Kurven (a), (b)und (c) die Beziehung zwischen dem pH-Wert der Absorptionsflüssigkeit zum Zeitpunkt des Austrittes aus der Säule und dem Verhältnis von festem Calciumcarbonatgehalt zu Gesamtfeststoffgehalt in der Absorptionsflüssigkeit zum Zeilpunkt des Austrittes aus der Säule, wobei die Feststoffkonzentrationen der Absorptionsflüssigkeiten aufgetragen wurden. Die Beziehung diesei drei Fraktoren in F ι g. 3 ergab sich durch Auftrager experimenteller Daten bei einem Entschwefelungsgrac von fast 100%. Die Daten wurden erhalten durch -, Behandlung von Gas, enthaltend SO, und bei Verwen dung von Kalkmilch als Absorptionsmittel, das in eint Moredana-Plattensäule mit drei perforierten Platter eingespeist wurde, wobei jede der drei perforierter Platten ein Freiraumverhältnis von 0,35 aufwies unc

κι wobei des weiteren ein Flüssigkeits-Gasverhältnis (L/G von 3 bis 4 aufrechterhalten wurde und die Gas geschwindigkeit ungefähr 3 m/s betrug.

In F i g. 3 liegen den Kurven (a), (b) und (c) Versuche mit Absorplionsflüssigkeiten zugrunde, deren Feststoff

r, gehalt 5,10 bzw. 15Gew.-% betrug.

Erfindungsgemäß ist es möglich, einen praktisch 100%igen Entschwefelungsgrad zu erreichen, indem da: zu reinigende Gas im Gegenstrom mit einem flüssiger Absorptionsmittel in Kontakt gebracht wird, und zwai

2(i bei einer hohen Gasgeschwindigkeit, welche in der Undalationsbereich BCder Kurve (c) von Fig. 1 fällt ferner bei Anwendung eines der angegebenen Flüssigkeits-Gasverhältnisse (L/G) in der Moredana-Plattensäule und dur^h Steuerung des pH-Wertes der

2i Absorptionsflüssigkeit, durch Steuerung der Feststoffkonzentration in der Absorptionsflüssigkeit und durch Steuerung des Verhältnisses von festem Calciumcarbonat zum Gesamtfeststoffgehalt in der Absorptionsflüssigkeit, jeweils beim Austritt aus der Säule.

m Des weiteren ist es erfindungsgemäß möglich, den Entschwefelungsprozeß bei einem sehr niedriger Flüssigkeits-Gasverhältnis (L/G) im Vergleich zu üblichen bekannten Verfahren durchzuführen, so daG der Druckabfall in der Säule bemerkenswert gering ist.

ü Beim Verfahren der Erfindung erfolgt des weiteren keine wesentliche Reaktion von zugeführten Absorptionsmittel und Kohlendioxid des zu reinigenden Gases im Innern der Moredana-Plaltensäule, so daß der Einheitsverbrauch von Absorptionsmittel, der zur

in Durchführung des Verfahrens der Erfindung benötigt wird, gering ist (z. B. ein Einheitsverbrauch von Calcium von 1,05 bis 1,50), weshalb eine Verstopfung der Vorrichtung vermieden werden kann und eine kontinuierliche Verfahrensweise über einen langen Zeitraum

r, hinweg bei nur geringen Kosten gewährleistet wird.

Da der Gesanit-Massenübertragungskoeffizient der Säule oder des Turmes hoch ist und im Vergleich zu üblichen bekannten Verfahren das zu reinigende Gas mit hoher Geschwindigkeit in die Säule eingeführl

-,ο werden kann, sind die Betriebskosten eines erfindungsgemäßen Entschwefelungsverfahrens gering, und dci für die Erstellung einer Entschwefelungsvorrichtung benötigte Raum ist gering.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Ver-

V) fahrens der Erfindung soll an Hand der F i g. 4, 5 und έ näher erläutert werden.

Gemäß Fig. 4 kann zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung eine Moredana-Plattensäule 4 verwendet werden, die drei perforierte Platten 5 ohne

mi Überlauf und Gasabweisteil aufweist. Gemäß Fig. 5 weist eine Platte 5 eine Vielzahl von öffnungen oder Löchern 11 auf, wobei das Freiraumverhältnis (die Gesamtoberfläche der Öffnungen in der Platte zur Gesamtplattenflächc) bei ungefähr 0,31 liegt. Die

hl Moredana-Plattensäule 4 ist ferner gekennzeichnet durch: ein Gascinleitungsrohr 6 zur Einspeisung des zu reinigenden Gases, ein Gasausleitungsrohr 7, aus dem das gesäuberte Gas aus der Säule austritt, eine

Einspeisleitung 8 zum Einspeisen der Absorptionsflüssigkeit, einen Verteiler 9 für eine gleichförmige Verteilpng der Absorptionsflüssigkeit, die durch die Leitung 8 eingespeist wird, und ein Austrittsrohr 10 für die Absorptionsflüssigkeit.

Gemäß Fig. 6 wird das zu reinigende Abgas mit einem Gehalt an SO2, CO2 und dergleichen kontinuierlich durch das Gaseinleitungsrohr 6 in die Moredana-Plattensäule 4 mit drei perforierten Platten 5 eingespeist, wobei das eingespeiste Gas mit abwärtsströmender Absorptionsflüssigkeit in Kontakt gebracht wird, welche Calciumcarbonat in wäßriger Suspension enthält. Das gewaschene, d. h. SO2-freie Gas wird das durch das Austrittsrohr 7 aus der Säule abgezogen. Die in die Säule eingespeiste Absorptionsflüssigkeit wird demgegenüber durch die Leitung 10 abgezogen. Die aus der Säule abgezogene Absorptionsflüssigkeit enthält überschüssiges Calciumcarbonat und aus dem Gas in Lösung gegangenes Kohlendioxid wie auch Reaktionsprodukte, d. h. CaSOi und CaSO₄.

Die die Säule 4 verlassende Absorptionsflüssigkeit gelangt dann über die Leitung 12 in einen Vorratsbehälter 13. Aus diesem wird ein Teil der Flüssigkeit über die Leitung 14 abgezogen, wohingegen der restliche Teil über die Leitung 15 in den Behälter 16 überführt wird. Die über die Leitung 14 abgezogene Absorptionsflüssigkeit oder Aufschlämmung kann dann weiterverarbeitet werden, beispielsweise kann aus dieser Absorptionsflüssigkeit oder Aufschlämmung Gips gewonnen werden.

Dem Behälter 16 kann demgegenüber eine Calciumverbindung, und zwar Calciumoxid, Calciumhydroxid und/oder Calciumcarbonat in Form einer wäßrigen Suspension über die Leitung 17 zugesetzt werden, wodurch innerhalb der angegebenen Bereiche der pH-Wert der Absorptionsflüssigkeit, die Feststoffkonzentration der Absorptionsflüssigkeit und das Verhältnis von festen Calciumcarbonatgehalt zum Gesamtfeststoffgehalt der Absorptionsflüssigkeit zum Zeitpunkt des Austrittes aus dem Austritt 10 der Säule 4 eingestellt werden. Der Vorratsbehälter 16 weist in vorteilhafter Weise ein Rührwerk 18 auf, durch welches eine gleichförmige Suspension erhalten werden kann. Die eingestellte Absorptionsflüssigkeit wird dann mittels einer Pumpe 19 durch die Leitung 20 in die Säule 4 eingespeist. Demzufolge wird die Absorptionsflüssigkeit kontinuierlich im Kreislauf durch die Säule 4 geführt.

Die Temperatur der zirkulierenden Absorptionsflüssigkeit ist nicht kritisch. In vorteilhafter Weise weist sie eine Temperatur von 50 bis 8O⁰C auf.

Die folgenden Beispiele sollen das Verfahren der Erfindung näher veranschaulichen.

Beispiel 1

Ein Gas mit 1,280 ppm Schwefeldioxid (SO2) wurde kontinuierlich durch eine Moredana-Plattensäule geführt, welche drei perforierte Platten mit einem Lochdurchmesser von 5 mm und einem Freiraumverhältnis von 0,31 aufwies. In die Säule wurde eine 5gew.-%ige wäßrige Na2CO3-Lösung eingespeist. Die Na2COj-Lösung traf im Gegenstrom auf das in der Säule aufsteigende Gas, wobei folgende Bedingungen eingehalten wurden:

Gastemperatur
Strömungsgeschwindigkeit
der Flüssigkeit
Temperatur der Flüssigkeit

20⁰C

19 875 kg/m² · h 20⁰C

Der Absorptionsgrad, d. h. die Menge absorbiertes SO2X 100 dividiert durch die Menge von eingespeisten SO2 wurde durch kontinuierliche Analyse des SO2-Gehalts des aus der Säule abgezogenen Gases ermittelt. Der Absorpiionsgrad lag bei 98,8% und darüber. Während des Verfahrens betrug die Höhe der Flüssigkeitssäule auf einer Moredana-Platte ungefähr 31 mm, und der Gesamtdruckabfall in der Säule lag bei ungefähr 90 mm H2O.

In einem weiteren Versuch wurde das Verfahren wiederholt, mit der Ausnahme jedoch, daß diesmal eine Säule verwendet wurde, welche 5 perforierte Platten mit einem Lochdurchmesser von 5 mm und einem Freiraumverhältnis von 0,31 aufwies.

Der Absorptionsgrad lag in diesem Falle bei 99,8% oder darüber, und der Gesamtdruckabfall in der Säule lag bei ungefähr 150 mm H2O.

Vergleichsbeispiel 1

Durch eine Moredana-Plattensäule mit drei perforierten Platten mit einem Lichtdurchmesser von 5 mm und einem Freiraumverhältnis von 0,31 wurde ein Gas mit 1,340 ppm SO2 mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s geführt. Das Gas wurde in der Säule im Gegenstrom mit einer wäßrigen 5gew.-%igen I^COj-Lösung behandelt. Der L/G-Wert lag bei 3,78. Der Absorptionsgrad betrug 92,7%.

Aus den erhaltenen Ergebnissen ergibt sich eindeutig der verbesserte Absorptionsgrad und die verbesserte Gasbehandlungskapazität des Verfahrens der Erfindung (Beispiel 1) gegenüber dem Verfahren des Standes der Technik (Vergleichsbeispiel 1).

Beispiel 2

Durch eine Moredana-Plattensäule (Durchmesser der Säule 400 mm) mit 15 perforierten Platten mit einem Lochdurchmesser von 5 mm und einem Freiraumverhältnis von 0,30 wurde kontinuierlich ein Gasstrom mit 200 ppm Stickstoffoxid (NO_A) geführt. Im Gegenstrom wurde der Gasstrom mit einer wäßrigen 5gew.-%igen Natriumchloritlösung (NaCIO2) behandelt. Das in der Säule aufsteigende Gas wurde mit der NaCIO2-Lösung von oben berieselt. Dabei wurden die folgenden Bedingungen eingehalten.

Gasgeschwindigkeit in der Säule
Strömungsgeschwindigkeit
der Flüssigkeit
L/G

3 m/s

30 000 kg/m* · h 2,2

Strömungsgeschwindigkeit

des Gases

Gasgeschwindigkeit in der Säule

18 300 kg/m* · h 3,88 m/s

Der Absorptionsgrad, der durch Ermittlung der NOi-Konzentration im Abgas der Säule ermittelt wurde, betrug 85%. Der Gesamtdruckabfall in der Säule betrug ungefähr 300 mm H2O.

Vergleichsbeispiel 2

Zu Vergleichszwecken wurde ein Gas mit 200 ppm NO_x in entsprechender Weise, wie in Beispiel 2 beschrieben, behandelt, mit der Ausnahme jedoch, daß diesmal eine Moredana-Plattensäule mit einem Durchmesser von 400 mm verwendet wurde, die 15 perforierte Platten mit einem Lochdurchmesser von 5 mm und einem Freiraumverhältnis von 0,20 aufwies. Die Gasgeschwindigkeit betrug 1 m/s und die Strömungs-

geschwindigkeit der Absorptionsflüssigkeit lag bei 20 000 kg/m² · h. In diesem Falle wurden nur etwa 60% des NO₁ entfernt.

Beispiel 3

Ein Rauchgas mit ungefähr 0,5 g/Nm³ Staubpartikeln mit einem Durchmesser von 0,05 bis 5 Mikron wurde kontinuierlich durch eine Plattensäule mit 2 perforierten Platten mit einem Lochdurchmesser von 5 mm und einem Freiraumverhältnis von 0,25 geführt. Im Gegenstrom wurde der Gasstrom mit Industriewasser behandelt, mit welchem das in der Säule aufsteigende Gas berieselt wurde. Die einzelnen Bedingungen waren wie folgt:

Gasgeschwindigkeit in der Säule	3,0 m/s
Gaseinlaßtemperatur	200° C
Strömungsgeschwindigkeit
des Wassers	20 000 kg/m²
Wassereinlaßtemperatur	40° C
L/G	1,48

Der durch Ermittlung des Staubes im Abgas ermittelte Staubentfernungsgrad betrug 98%. Der Gesamtdruckabfall in der Säule lag bei ungefähr 50 mm H₂O.

Dies Beispiel zeigt, daß das Verfahren der Erfindung die Entfernung von Staubpartikeln aus Abgasen in ausgezeichneter Weise ermöglicht und daß das Verfahren der Erfindung ein ausgezeichnetes Verfahren zur Verhinderung von Luftverschmutzung ist, da im allgemeinen Staubpartikel mit einem Durchmesser von unter 2 Mikron nach den üblichen bekannten Verfahren nur schwer in hohem Grade entfernt werden können.

Beispiel 4

Durch eine Moredana-Plattensäule mit 4 perforierten Platten mit einem Lochdurchmesser von 5 mm und einem Freiraumverhältnis von 0,30 wurde kontinuierlich Gas mit 25 000 ppm H₂S geführt. Das Gas wurde in der Säule mit einer 10gew.-%igen wäßrigen Natriumhydroxidlösung behandelt. Die Natriumhydroxidlösung fiel im Gegenstrom abwärts auf den aufsteigenden Gasstrom, wobei die folgenden Bedingungen eingehalten wurden:

Gasgeschwindigkeit
Strömungsgeschwindigkeit
der Absorptionsflüssigkeit
L/G

3,54 m/s

20 000 kg/m² · h 1,25

Die Konzentration des H₂S im Abgas aus der Säule lag bei 5 ppm. Der Gesamtdruckabfall in der Säule lag bei ungefähr 120 mm H₂O.

Beispiel 5

Durch eine Moredana-Plattensäule mit 3 perforierten Platten mit einem Lochdurchmesser von 8 mm und einem Freiraumverhältnis von 0,49 wurde ein Gas mit 1330 ppm SO₂ mit einer Geschwindigkeit von 5,8 m/s geführt. Das Gas wurde in der Säule mit einer 5gew.-°/oigen wäßrigen Na₂CO3-Lösung behandelt. In der Säule wurde das aufsteigende Gas mit der Na₂CC3-Lösung berieselt. Die Strömungsgeschwindigkeit der Absorptionsflüssigkeit lag bei 20 000 kg/m² ■ h. Die Konzentration des SO₂ in dem die Säule verlassenden Abgasslag bei 8 ppm. Der Gesamtdruckabfall in der Säule lag bei ungefähr 188 mm H₂O.

Beispiel 6

In den Boden einer Moredana-Plattensäule wurden r> Verbrennungsgase von Heizöl mit 800 bis 1000 ppm Schwefeldioxid (SO₂), 13% Kohlendioxid (CO₂) und 4% ' Sauerstoff (O₂) einer Temperatur von ungefähr 230°C nach Abkühlung in einer üblichen Wasserkühlkammer auf 60 bis 65⁰C eingespeist.

Die Moredana-Plaitensäule wies einen Durchmesser von 1,5 m auf und enthieft 3 perforierte Platten mit Löchern eines Durchmessers von 5 mm einem Freiraumverhältnis von 0,35.

Das Gas wurde mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 15 000 bis 17 50ONmVh aufwärts in die Säule eingespeist, wobei es im Gegenstrom mit einer Absorptionsflüssigkeit berieselt wurde, die aus einer wäßrigen Suspension von Calciumcarbonat (CaCOj), Calciumsulfit (CaSOj) und Calciumsulfat (CaSO₄) bestand. Die Absorptionsflüssigkeit wurde durch die Säule mit einer Geschwindigkeit von 60 bis 7OmVh geführt. Die Temperatur der Absorptionsflüssigkeit lag bei ungefähr 60°C. Das Flüssigkeits-Gasvcrhältnis (L/G) lag bei 3 bis 4.

Die Entschwefelung erfolgte nach dem in F i g. 6 dargestellten Schema. Die Verfahrensbedingungen und Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 2 zusammengestellt.

Der CO₂-Gehalt des aus der Säule austretenden gewaschenen Gases lag bei 13%. Der pH-Wert der Absorptionsflüssigkeit im Inneren der Säule lag bei 9,5 bis 10,5. Des weiteren wurden folgende Bedingungen eingehalten:

4^r> pH-Wert der Absorptionsflüssigkeit beim Austritt aus der Säule 6 bis 8
Verhältnis von festem CaCOh-Gehalt zu Gesamtfeststoffgehalt
in der Absorptionsflüssigkeit

^ri» zum Zeitpunkt des Austrittes aus

der Säule 5bis35Gcw.-%

Feststoff konzentration
der Absorptionsflüssigkeit
zum Zeitpunkt des Austrittes

^rr. aus der Säule 3bisl5Gew.-%

Tabelle 2

Versuch Nr.

Gasgeschwindigkeit
in der Säule

(m/s)

pH-Wert der
Abs.-Flüssigkeit beim Austritt aus der Säule

Festslolfkonzcntration
der Abs.-Flüssigkeit

Verhältnis von
!'estern CaCO₃-GeIIaIt zu GesamtfestslolT-gehalt

2,9
3.0

6,9

7,2

5
10,3

IO

l'orlsL'1/iini!

Versuch Nr.

19

C iasgesch windigkeil in der Säule

(m/s)

3,2 3,0 3,1

pll-Wen der

Abs.-flüssigkeit heim

Austritt aus der Säule

7,9

7,0 9,0 20

l'eslslolfknn/entralion
der Ahs.-llüssigkeil

Verhältnis von l'eslem CaCO₁-GeIIaI /j Gcsamlfestsloffgehall

I"¹,.)

13

2 26

Tabelle 2 (Fortsetzung)

Versuch Nr.

Si) .-Gehalt des Gases bei Eintritt in die Säule

(ppm)

SO_:-Gehalt des die Säule verlassenden Gases

(ppm)

Entschwefelunggraii

ÜberschuM CaCOi

Druckabfall in der Säule

(mm HiCJ)

1	870
2	960
3	910
4	890
5	930
Bemerkung:

Spur 90 19

99,8 99,7 100 90 98 11
5,5
15

35

75

95 125

70 ca.

Bei den Versuchen Nr. 4 und Nr. 5 handelt es sich um Vergleichsversuche.

Bei den Versuchen I bis 4 wurde keine Verstopfung in deriäule während der Durchführung des Verfahrens festgestellt. Im Falle des Versuches 5 trat jedoch eine Verstopfung auf, und es war außerordentlich schwierig das Verfahren kontinuierlich durchzuführen.

liier/u 7UIaIl

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Entfernung einer Gaskomponente und/oder von feinen Staubartikeln aus Gasen, bei welchem das die zu entfernende Komponente enthaltende Gas aufwärts durch eine Plattensäule mit mindestens einer perforierten Platte oder Gitterplatte ohne Überlauf- und Gasabweisteil geführt und im Gegenstrom mit einer abwärts fließenden Absorptionsflüssigkeit in Kontakt gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) eine Platte mit einem Freiraumverhältnis (Verhältnis der Löcherfläche in der Platte zur '⁵ Piattenoberfläche) von 0,25 bis 0 60 einsetzt,

c) die Absorptionsflüssigkeit durch die Platten- '" säule bei einem Flüssigkeits-Gasverhältnis (L/G)\on 0,5 oder darüber führt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zur Entfernung von Schwefeloxiden aus schwefeloxidhaltigen Verbrennungsabgasen als Absorptionsflüssigkeit eine wäßrige Suspension von Calciumcarbonat eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man zusätzlich zu den Verfahrensstufen a)bis c)

d) jeweils am Auslaß der Säule sowohl ^J"

2) den Gesamtfeststoffgehait in der Absorptionsflüssigkeit bei 3 bis 15 Gew.-% hält sowie

3) das Verhältnis des Gehaltes an festem Calciumcarbonat zum Gesamtfeststoffgehait in der Absorptionsflüssigkeit bei 5 bis 35 Gew.-% hält,

•to

durch Zufuhr mindestens einer aus Calciumoxid, Calciumhydroxid oder Calciumcarbonat bestehenden Calciumverbindung zur zirkulierenden Absorptionsflüssigkeit.