DE3873623T2 - Kontaktvorrichtung fuer gas- und feststoffteilchen. - Google Patents

Kontaktvorrichtung fuer gas- und feststoffteilchen.

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DE3873623T2 DE8888201077T DE3873623T DE3873623T2 DE 3873623 T2 DE3873623 T2 DE 3873623T2 DE 8888201077 T DE8888201077 T DE 8888201077T DE 3873623 T DE3873623 T DE 3873623T DE 3873623 T2 DE3873623 T2 DE 3873623T2
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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktvorrichtung für Gas- und Feststoffteilchen, mit einem Gehäuse, das einen Einlaßraum, einen Auslaßraum und zimundest ein Kontaktelement aufweist.
  • Die US-PS Nr. 3 873 287 offenbart eine Kontaktvorrichtung, die zumindest ein Kontaktelement und einen Einlaßraum sowie einen Auslaßraum aufweist, die an gegenüberliegenden Enden des bzw. der Kontaktelement(e) angeordnet sind, wobei jedes Kontaktelement eine erste Wand und eine zur ersten Wand parallele zweite Wand aufweist.
  • Bei der bekannten Vorrichtung werden zwischen benachbarten ersten und zweiten Wänden Gasdurchgänge definiert und der Teilchenraum befindet sich außerhalb der Gasdurchgänge. Die Gasdurchgänge werden an den gegenüberliegenden Enden abwechselnd geschlossen, um das Gas zu zwingen, während des Normalbetriebes durch die Teilchenräume zu strömen. Während des Normalbetriebes strömt Gas in einer Richtung, die im wesentlichen senkrecht zu jener Richtung ist, in welcher die Feststoffteilchen ausgetragen werden können.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Merkmal beizubehalten, daß während des Normalbetriebes Gas durch die Kontaktvorrichtung in einer Richtung strömt, die im wesentlichen senkrecht zu jener Richtung ist, in welcher die Feststoffteilchen ausgetragen werden können, und eine kompaktere Vorrichtung zu schaffen. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Kontaktvorrichtung zu schaffen, die dem Gasstrom geringeren Widerstand entgegensetzt.
  • Zu diesem Zweck ist die Kontaktvorrichtung für Gas- und Feststoffteilchen gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner eine permeable Wellage, die auf jener Seite der ersten Wand montiert ist, welche der zweiten Wand zugekehrt ist, so daß Kanäle gebildet werden, die sich zwischen dem Einlaßraum und dem Auslaßraum erstrecken, und eine Vielzahl von parallelen Abstandhaltern umfaßt, die zwischen der zweiten Wand und der permeablen Wellage sowie under einem Winkel zwischen 60º und 120º zu den Kanälen montiert sind, so daß Teilchenräume zwischen der permeablen Wellage, der zweiten Wand und den parallelen Abstandhaltern gebildet werden.
  • Es wird auf die US-PS Nr. 4 028 275 Bezug genommen, die eine Kontaktvorrichtung für Gas- und Feststoffteilchen offenbart, welche ein Gehäuse aufweist, das zumindest ein Kontaktelement und einen Einlaßraum sowie einen Auslaßraum aufweist, die an gegenüberliegenden Enden des bzw. der Kontaktelement(e) angeordnet sind. Bei der bekannten Vorrichtung ist das bzw. sind die Kontaktelement(e) feste Katalysatorelemente. Diese Katalysatorelemente sind schwierig zu ersetzen, wenn sie vergiftet sind.
  • Während des Normalbetriebes ist der Raum zwischen der zweiten Wand und der permeablen Wellage mit Feststoffteilchen gefüllt. Die permeable Wellage vergrößert die Oberfläche zwischen den Kanälen und dem mit den Feststoffteilchen gefüllten Raum. Dies ermöglicht es einer größeren Gasmenge, sich zwischen den Kanälen und dem mit den Feststoffteilchen gefüllten Raum zu bewegen als bei der bekannten Kontaktvorrichtung.
  • Eine Kontaktvorrichtung dieser Art eignet sich besonders für Gasbehandlungsvorgänge, bei denen ein geringer Druckabfall erwünscht ist oder bei denen das behandelte Gas Staub enthält.
  • Geeignete Gasbehandlungsvorgänge, für welche die Kontaktvorrichtung verwendet werden kann, sind das Entfernen von Stickoxiden und/oder Schwefeldioxid aus Abgas, das Reinigen von Abgas von Brennkraftmaschinen oder die katalytische Oxidation von Schwefelwasserstoff.
  • Andere Verfahren, bei denen die Kontaktvorrichtung zweckmäßig angewendet werden kann, sind die katalytische Umwandlung von Synthesegas, einem Gasgemisch, das Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthält, in verflüssigte Kohlenwasserstoffe oder Alkanole, wie Methanol, die Erzeugung von Ethylenoxid, die katalytische Umwandlung von Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid in elementaren Schwefel nach dem Claus-Verfahren oder die katalytische Reduktion von Schwefeldioxid in Gegenwart eines reduzierenden Gases.
  • Die Erfindung wird nun an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail erörtert, wobei Fig. 1 schematisch einen vertikalen Längsschnitt der Kontaktvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt;
  • Fig. 2 zeigt schematisch einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 in einem größeren Maßstab als Fig. 1; und
  • Fig. 3 zeigt schematisch einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2 zeigt.
  • Die Kontaktvorrichtung 1 für Gas und Teilchen weist ein Gehäuse 3 auf, das einen Einlaßraum 5 mit einem Einlaß 6, ein Kontaktelement 7, ein Kontaktelement 8 (siehe Fig. 2 und 3) und einen Auslaßraum 9 mit einem Auslaß 10 enthält.
  • Das Kontaktelement 7 has eine erste Wand in Form einer impermeablen Trennplatte 11 (siehe Fig. 2 und 3), eine zur ersten Wand parallele zweite Wand in Form einer impermeablen Trennplatte 12, sowie eine permeable Wellage 13, die auf jener Seite der durch die Trennplatte 11 gebildeten ersten Wand montiert ist, welche der durch die Trennplatte 12 gebildeten zweiten Wand zugekehrt ist. Das Kontaktelement 8 has eine erste Wand in Form einer impermeablen Trennplatte 12, eine zur ersten Wand parallele zweite Wand in Form einer impermeablen Trennplatte 14 und eine permeable Wellage 13', die auf jener Seite der durch die Trennplatte 12 gebildeten ersten wand montiert ist, welche der durch die Trenn platte 14 gebildeten zweiten Wand zugekehrt ist. Eine Vielzahl von zueinander parallelen Kanälen 17 ist zwischen der ersten Wand des Kontaktelements 7, der Trennplatte 11 und der auf dieser montierten permeablen Wellage 13 definiert, und eine Vielzahl von zueinander parallelen Kanälen 17' ist zwischen der ersten Wand des Kontaktelementes 8, der Trennplatte 12 und der auf dieser montierten permeablen Wellage 13' definiert. Die Kanäle 17 und 17' verbinden den Einlaßraum 5 mit dem Auslaßraum 9.
  • Das Kontaktelement 7 hat ferner eine Vielzahl von Abstandhaltern in Form von parallelen Ablenkplatten 15, die senkrecht zu den Kanälen 17 montiert sind. Die Ablenkplatten 15 sind zwischen der zweiten Wand, der Trennplatte 12 und den Oberseiten der permeablen Wellagen 13 montiert. Das Kontakelement 8 weist auch eine Vielzahl von Abstandhaltern in Form von parallelen Ablenkplatten 15' auf, die senkrecht zu den Kanälen 17' sowie zwischen der zweiten Wand der Trennplatte 14 und den Oberseiten der permeablen Wellage 13' montiert sind.
  • Das Gehäuse 3 der Kontaktvorrichtung 1 umfaßt ferner eine obere Wand 21 und eine untere Wand 23, die abnehmbar montiert sein können.
  • Im Kontaktelement 7 sind Teilchenräume 19 zwischen der Trennplatte 12, der permeablen Wellage 13 und den Ablenkplatten 15 definiert. Im Kontaktelement 8 sind Teilchenräume 19' zwischen einer Trennplatte 14, der permeablen Wellage 13' und den Ablenkplatten 15 definiert.
  • Die Höhe der Abstandhalter ist groß genug, damit die Teilchen durch die Teilchenräume 19 und 19' wandern können.
  • Während des Normalbetriebes der Kontaktvorrichtung 1 sind die Teilchenräume 19 und 19' mit festen Teilchen gefüllt. Diese festen Teilchen sind Katalysatorteilchen für ein Verfahren, in welchem Verbindungen in dem behandelten Gasgemisch katalytisch umgewandelt werden, oder absorbierende Teilchen, wenn Verbindungen, wie Schwefeldioxid, aus dem Gasgemisch durch Absorption entfernt werden.
  • Das zu behandelnde Gasgemisch wird durch den Einlaß 6 in den Einlaßraum 5 eingeführt und strömt durch die Kanäle 17 und 17' zum Auslaßraum 9. Das behandelte Gas verläßt die Kontaktvorrichtung 1 über den Auslaß 10.
  • Gas bewegt sich durch die permeablen Wellagen 13 und 13' zwischen den Kanälen 17 und 17' und den Räumen 19 und 19', in welchen Rämen das Gas mit den darin befindlichen festen Teilchen in Kontakt kommt. Die Behandlung des Gases erfolgt in den Teilchenrämen 19 und 19'.
  • Die permeablen Wellagen 13 und 13' geben den Kanälen 17 und 17' eine große Oberfläche, durch welche das Gas sich zwischen den Kanälen 17 und 17' und den Teilchenräumen 19 und 19' bewegen kann.
  • Die Querschnittsfläche eines Kanals beträgt zweckmäßig zwischen 0,1 und 5 cm². Für ein verschmutztes Gas, das viele Teilchen enthält, beispielsweise Ruß, beträgt die Fläche zweckmäßig zwischen 2 und 5 cm², wogegen die Fläche für ein sauberes Gas geringer als 2 cm² ist.
  • Die Anzahl der Kanäle wird vorzugsweise derart gewählt, daß die Gasgeschwindigkeit in den Kanälen zwischen 1 und 100 m/s beträgt. Zweckmäßig betragen die Geschwindigkeiten zwischen 3 und 20 m/s, bei welchen Geschwindigkeiten keine Teilchen auf den Wänden der Känale 17 und 17' abgelagert werden.
  • Bei einer geeigneten Ausführungsform eines Kontaktelementes beträgt der Abstand zwischen der ersten Wand und der zweiten Wand zwischen dem 1,1- bis 5-fachen der Wellungshöhe der permeablen Wellfolie.
  • Die Zeichnung zeigen eine Kontaktvorrichtung mit zwei Kontaktelementen. Abhängig von der Anwendung kann die Kontaktvorrichtung mit einem Kontaktelement oder mit mehr als zwei Kontaktelementen ausgestattet sein.
  • Fig. 1 zeigt eine Kontaktvorrichtung, bei welcher der Winkel zwischen den Ablenkplatten 15 und den Kanälen 17 90º beträgt. Der Winkel liegt zweckmäßig zwischen 60º und 120º.
  • Wenn der Winkel zwischen den Kanälen, durch welche das zu behandelnde Gas strömt, und den Ablenkplatten derart gewählt wird, daß einige mit Teilchen gefüllte Räume sich vom Einlaßraum zum Auslaßraum erstrecken, kann ein Teil dieser Räume leer gehalten werden, so daß durch sie ebenfalls Gas strömen kann.
  • Die in den Fig. 2 und 3 gezeigte Kontaktvorrichtung umfaßt Kontaktelemente, bei denen die Ablenkplatten zwischen der zweiten Wand und den Oberseiten der permeablen Wellage montiert sind. Bei einer alternativen Ausführungsform können sich die Ablenkplatten auch zu den Tälern der permeablen Wellagen erstrecken.
  • Die Trennplatten 12 und Ablenkplatten 15 und 15' können permeabel ausgebildet sein, so daß das Gasgemisch, das durch die Kanäle 17 und 17' strömen kann, sich auch durch die Trennplatten 12 und die Ablenkplatten 15 und 15' bewegen kann.
  • Permeable Wellagen, permeable Trennplatten und permeable Ablenkplatten können aus irgendeinem geeigneten Material hergestellt werden, z.B. Keramikfasern, Naturfasern, synthetischen Fasern, Glasfasern oder Metallgewebe, dessen Maschengröße kleiner als die Größe der festen Teilchen ist. Wenn die Trennplatten 12 aus nicht starrem Material hergestellt werden, wie Metallgewebe, müssen Verstärkungsmittel angebracht werden, damit die Kontaktelemente 7 und 8 ausreichend kräftig und steif sind.
  • Die Teilchenräume 19 und 19' können nach dem Abnehmen der oberen Wand 21 gefüllt werden, indem Feststoffteilchen in die Räume 19 und 19' eingebracht werden. Nach dem Befüllen wird die obene Wand 21 wieder angebracht. Nach der Verwendung werden die Feststoffteilchen aus den Teilchenräumen 19 und 19' durch Abnehmen der unteren Wand 23 entfernt.
  • Wenn die Abstandhalter senkrecht zu den Kanälen verlaufen, kann der mit Feststoffteilchen zu befüllende Raum mit Feststoffteilchen in einer Richtung senkrecht zu jener Richtung gefüllt werden, in welcher das Gas durch die Kanäle strömt. Deshalb eignet sich die Kontaktvorrichtung gemäß der Erfindung dazu, Feststoffteilchen entweder intermittierend oder kontinuierlich zu ersetzen, ohne daß die Kontaktvorrichtung stillgelegt werden muß.
  • Durch Ersetzen der oberen Wand 21 durch eine Teilchenzufuhrvorrichtung (nicht gezeigt) und der unteren Wand 23 durch eine Teilchenabfuhrvorrichtung (nicht gezeigt) können Feststoffteilchen kontinuierlich oder intermittierend durch die Teilchenräume 19 und 19' zugeführt werden. Um die Feststoffteilchen während des Normalbetriebes zu erneuern, können neue Feststoffteilchen entweder intermittierend oder kontinuierlich hinzugefügt und verbrauchte Feststoffteilchen ausgetragen werden.
  • Fig. 1 zeigt eine Kontaktvorrichtung, in welcher die Kanäle 17 gerade sind. Eine kompakte Kontaktvorrichtung kann mit Kanälen erzielt werden, die zumindest teilweise gekrümmt sind, beispielsweise Kanäle mit Zickzackform.
  • Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Wellagen 13 und 13' einen wellenförmigen Querschnitt haben, der Querschnitt kann aber auch dreieckig, halbkreisförmig, trapezförmig oder quadratisch sein.
  • Wenn Komponenten des Gases während des Kontaktes mit den Feststoffteilchen endotherm oder exotherm reagieren, kann die Kontaktvorrichtung mit Mitteln zum Zusetzen oder Abführen von Wärme versehen sein, die in den Teilchenräumen angeordnet sind. Bei einer geeigneten Ausführungsform umfassen diese Mittel Kanäle (nicht gezeigt), die auf jener Seite der zweiten Wand befestigt sind, welche der ersten Wand zugekehrt ist. Während des Normalbetriebes strömt ein geeignetes Wärmetransportmedium, wie Dampf, durch diese Kanäle.
  • Die Kontaktvorrichtung kann zweckmäßig zur Behandlung von Abgas aus einer Brennkraftmaschine verwendet werden, wie sie z.B. in einem Motorfahrzeug verwendet wird.

Claims (8)

1. Kontaktvorrichtung (1) für Gas und Feststoffteilchen, mit einem Gehäuse (3), das zumindest ein Kontaktelement (7) und einen Einlaßraum (5) sowie einen Auslaßraum (9) enthält, die an gegenüberliegenden Enden des bzw. der Kontaktelement(e) (7) angeordnet sind, wobei jedes Kontaktelement (7) eine erste Wand (11) und eine zweite Wand (12) aufweist, die parallel zur ersten Wand (11) verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktvorrichtung ferner eine permeable Wellage (13), die auf jener Seite der ersten Wand (11) montiert ist, welche der zweiten Wand (12) zugekehrt ist, so daß Kanäle (17) gebildet werden, die sich zwischen dem Einlaßraum (5) und dem Auslaßraum (9) erstrecken, und eine Vielzahl von parallelen Abstandhaltern (15) umfaßt, die zwischen der zweiten Wand (12) und der permeablen Wellage (13) sowie unter einem Winkel zwischen 60º und 120º zu den Kanälen (17) montiert sind, so daß Teilchenräume zwischen der permeablen Wellage (13), der zweiten Wand (12) und den parallelen Abstandhaltern (15) gebildet werden.
2. Kontaktvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche eines Kanals zwischen 0,1 und 5 cm² beträgt.
3. Kontaktvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche eines Kanals (17) weniger als 2 cm² beträgt.
4. Kontaktvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellungen der permeablen Wellage (13) dreieckig, halbkreisförmig oder trapezförmig sind.
5. Kontaktvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel eines Abstandhalters (15) zu den Kanälen (17) 90º beträgt.
6. Kontaktvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kontaktelement mit einer permeablen ersten Wand (11) und/oder einer permeablen zweiten Wand (12) versehen ist.
7. Kontaktvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der ersten Wand (11) und der zweiten Wand (12) das 1,1- bis 5-fache der Wellungshöhe der permeablen Wellage (13) beträgt.
8. Kontaktvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3) mit einer Teilchenzufuhreinrichtung und einer Teilchenabfuhreinrichtung versehen ist.
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