DE1088926B - Vorrichtung zum Waschen bzw. Absorbieren von Gasen und/oder Daempfen - Google Patents

Description

• Vorrichtung zum Waschen bzw. Absorbieren von Gasen und/oder Dämpfen Bei den bisherigen Einrichtungen zur Kondensation einzelner Bestandteile aus Gemischen von Gasen und/ oder Dämpfen ist die Anordnung im allgemeinen so, daß bei Waschung in Stufen, die aus wirtschaftlichen Gründen bevorzugt wird, die Waschflüssigkeit nach Erwärmung in den einzelnen Stufen abgenommen und in gesonderten Kreisläufen wieder auf die jeweilig erforderliche Temperatur zurückgekühlt wird oder aber daß ein mit Füllkörpern beschickter Waschturm mit der Waschflüssigkeit beaufschlagt wird, wobei bekanntermaßen Randgängigkeit der Waschflüssigkeit, Gefahr vor Verstopfung, erhöhter Widerstand für die Gasströmung und andere Nachteile eintreten.
• Es wurde gefunden, daß sich diese Nachteile bei Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vermeiden lassen.
• Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß in der Mittelachse des im wesentlichen senkrecht stehenden Gaszuleitungsrohres und des senkrecht stehenden Waschturmes Einspritzdüsen angeordnet sind, wobei der untere Teil des Waschturmes als Sumpf ausgebildet ist und zur Bewerkstelligung des Kreislaufs der im Sumpf sich sammelnden Waschflüssigkeit eine Pumpe außerhalb des Waschturmes angeordnet ist und zur Zerlegung der von der Pumpe geforderten Waschflüssigkeit in Teilströme und zur Herabkühlung derselben in Stufen in Reihe geschaltete Wärmeaustauscher außerhalb des Waschturmes angebracht sind, von denen jeder mit einer Gruppe von Einspritzdüsen so verbunden ist, daß im Waschturm Waschflüssigkeit mit von unten nach oben fallender Temperatur im Gegenstrom zum aufsteigenden Gas und/oder Dampf eingespritzt wird.
• Das zu behandelnde Gemisch von Gasen und/oder Dämpfen tritt also mit vergleichsweise hoher Teniperatur unten in den Waschturm ein und strömt in ihm nach oben. Die von der Pumpe aus dem Sumpf, zu dem der untere Teil des Waschturmes ausgebildet ist, angesaugte erwärmte Waschflüssigkeit wird in einer ersten Wärmeaustauscherstufe in einem bestimmten Ausmaß gekühlt. Ein Teil der so gekühlten Waschflüssigkeit wird nunmehr der ersten Gruppe von Einspritzdüsen zugeführt und über den lichten Querschnitt des Waschturmes verteilt. Der restliche Teil wird dagegen in einer zweiten Wärmeaustauscherstufe noch weiter heruntergekühlt und ebenfalls in zwei Teilmengen zerlegt, von denen die eine zu noch weiterer Abkühlung einer dritten Wärmeanstauscherstufe zugeführt und die andere der zweiten Gruppe von Einspritzdüsen zugeleitet wird. Die Aufteilung der einen Wärmetauscher gekiihlt verlassenden Waschflüssigkeit in zwei Teilströme kann im Bedarfsfall noch weiter fortgesetzt werden.
• Nach einem weiteren Erfindungsgedanken wird eine Vorwaschung vor Eintritt des Gemisches von Gasen und/oder Dämpfen dadurch möglich gemacht, daß in der Mittelachse des mit dem ersten Waschturm verbundenen Zuleitungsrohres für die zu behandelnden Gase und/oder Dämpfe in Richtung der eintretenden Gase und/oder Dämpfe sprühende Düsen angeordnet sind, denen Waschflüssigkeit ohne besondere Kühlung zugeführt wird.
• Der hierzu benötigte Anteil an Waschflüssigkeit wird zweckmäßig zwischen Pumpe und erster Wärmeaustauscherstufe abgezweigt und den in der Mittelachse des Zuleitungsrohres angeordneten Einspritzdüsen zugeführt. Diese sind injektorartig wirkend ausgebildet und so angeordnet, daß die Richtung, in der sie wirken, mit der Strömungsrichtung des Gemisches von Gasen und/oder Dämpfen übereinstimmt.
• Damit ein kontinuierlicher Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden kann, ist es erforderlich, daß in der Ansaugleitung der den Kreislauf der Waschflüssigkeit bewirkenden Pumpe eine Einrichtung zur Abscheidung fester, in der im Sumpf sich sammelnden Waschflüssigkeit suspendierter Körper, beispielsweise ein Absetzbehälter, ein Zyklonabscheider oder eine Austragschnecke, außerhalb des Waschturmes angeordnet ist.
• Ebenso ist es erforderlich, daß zur Abscheidung mitgerissener Anteile der Waschflüssigkeit aus den den Waschturm verlassenden Gasen und/oder Dämpfen hinter dem Waschturm und außerhalb desselben ein Abscheider, z. B. ein Zyklonabscheider, angeordnet ist.
• In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der er findungsgemäßen Vorrichtung schematisch im Längsschnitt dargestellt. In dieser Zeichnung ist das Zuleitungsrohr für das Gemisch von Gasen und/oder Dämpfen mit 1, der Waschturm mit 2 und der Sumpf mit 3 bezeichnet. In der Ansaugleitung der Pumpe 5 ist zwischen dem Sumpf 3 und der Pumpe 5 eine Einrichtung 4 zur Abscheidung fester, in der Waschflüssigkeit suspendierter Körper eingeschaltet. 6, 7 und 8 sind die hintereinandergeschalteten Wärmeaustauscher, 9, 10 und 11 sind die im Waschturm 2 angeordneten Einspritzdüsen und 12 die Einspritzdüsen im Zuleitungsrohr 1. 13 versinnbildlicht einen am Sumpf 3 vorgesehenen Überlauf, während 14 die von der Druckleitung 15 der Pumpe abgezweigte Speiseleitung für die Einspritzdüsen 12 des Zuleitungsrohres 1 darstellt.
• Zur Abführung der von der Waschflüssigkeit aufgenommenen Wärmemengen können Wärmeaustauscher aller bekannten Bauarten einschließlich der Dampfstrahlkühlapparate Verwendung finden. Dabei ist je nach der Art und Menge der kondensierten und/oder suspendierten Stoffe die - Reinigungsmöglichkeit der Wärmeaustauscher zu bedenken.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich, wie nachstehend erläutert, in verschiedener Weise verwenden.
• Das Gas- oder Dampfgemisch tritt mit der Temperatur te in das Zuleitungsrohr ein, in das eine Anzahl von Einspritzdüsen 12 eingebaut ist, die mit dem Teilstrom 14 der Waschflüssigkeit beaufschlagt werden.
• Das Temperaturgefälle zwischen der Temperatur te und der Temperatur tm der Waschflüssigkeit am unteren Ende des Waschturmes 2 wird groß sein, wenn z. B. Bestandteile aus heißen Flammengasen gewonnen werden sollen. Der durch die Pumpe 5 geförderte Teilstrom 14 wird also mit einer über der Temperatur tm liegenden Temperatur in den Sumpf 3 des Waschturmes 2 gelangen. Hier wird er vermischt und gekühlt mit der aus dem Turm herabfließenden Waschflüssigkeit.
• Die Pumpe 5 fördert einen zweiten Waschflüssigkeitsteilstrom 15, wobei das Mengenverhältnis beider Teilströme beliebig eingestellt werden kann. Dieser zweite Teilstrom 15 wird zunächst in einem ersten Wärmeaustauscher 6 auf eine Temperatur tn abgekühlt, die etwas unter der Temperatur tm liegt. Für diese Abkühlung wird ein relativ billigeres Austauschkühlmittel angewendet, beispielsweise Wasser, welches schon an anderer Stelle als Waschflüssigkeit, etwa in einer der weiteren Stufen, benutzt wurde. Ein Teil der auf die Temperatur tn abgekühlten Waschflüssigkeit wird durch eine oder mehrere Düsen 9 in das zu kühlende Gasgemisch eingespritzt, während der Rest zwecks stärkerer Abkühlung in einem weiteren Wärmeaustauscher 7 auf die Temperatur t0 gekühlt wird. Wiederum wird nur ein Teil der auf t0 gekühlten Flüssigkeit durch die Düsen 10 eingespritzt, der Rest einem dritten Wärmeaustauscher8 zugeleitet, wo er auf die Temperatur tp abgekühlt wird. Nach Einspritzung eines Teilstromes dieser Waschflüssigkeit durch die Düsen 11 kann der Rest noch weitergekühlt und teilweise oder schließlich ganz eingespritzt werden.
• Die Zahl der abzuzweigenden, jeweils tiefer zu kühlenden Teilströme ist beliebig. Sie wird so bemessen, daß alle mit relativ billig herzustellenden Kühl temperaturen kondensierbaren Bestandteile nie- dergeschlagen werden, bevor das Gasgemisch mit der kältesten Waschflüssigkeit behandelt wird. Die Waschflüssigkeit der letzten, also der kältesten Stufe vermischt sich in ihrem Endzustand mit der Waschflüssigkeit der vorletzten Stufe in ihrem Anfangszustand usf.
• Die Trennung der gesammelten Waschflüssigkeiten von dem kondensierten Stoff erfolgt im einfachsten Falle im Sumpf 3 des Waschturmes 2 infolge der verschiedenen Wichte der Waschflüssigkeit und der niedergeschlagenen Stoffe.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist überraschend einfach. Einzelböden zum Auffangen und Ableiten der in den verschiedenen Absorptions- und Kühlstufen sich ergebenden Stoffe fehlen völlig. Infolge des Fehlens auch von Einbauten oder Füllkörpern bietet der Waschturm den Gasen und/oder Dämpfen keinen nennenswerten Strömungswiderstand. Dies bedeutet in vielen Fällen, beispielsweise bei Prozessen, bei denen die Abdichtung des das Gas entwickelnden Ofens schwierig ist, einen erheblichen Vorteil. Dieser wird noch verstärkt, wenn die Einspritzdüsen, wie z. B. im Zuleitungsrohr, so eingerichtet sind, daß die versprühte Waschflüssigkeit die Gasströmung fördert.
• Beispiele 1. Weitere Vorteile ergeben sich aus der im folgenden beschriebenen Auswaschung von Phosphor aus den Ofengasen des elektrothermischen Phosphorofens, wobei auf die Zeichnung verwiesen wird.
• Diese Gase enthalten neben Kohlenoxyd, Wasserdampf, Wasserstoff, Stickstoff unter anderem etwa 230 g/Nm8 Phosphordampf. 4000 Nm3/Std. davon treten mit + 2900 C in das Kühlsystem durch das Rohr 1 ein. Im Rohr 1 wird die Hauptmenge des Phosphors durch Einspritzen von 12 m3/Std. Wasser von +50° C aus den Düsen 12 kondensiert. Dieses Wasser wird durch die Pumpe 4 den Düsen 12 zugeführt. Die Pumpe 4 fördert gleichfalls weitere 23 m3/Std. Wasser der gleichen Temperatur als zweiten Waschwasserteilstrom. Dieser Teilstrom durchläuft den Wärmeaustauscher 6 und wird dabei durch 35 m3/Std. Waschwasser von +50 auf +320 C abgekühlt. 14 m3/Std. des +320 C warmen Wassers werden durch beispielsweise sieben Düsen 9 in den Waschturm 2 eingespritzt. Der Rest von 9 m3/Std. wird in einem zweiten Wärmeaustauscher 7 von +32 auf +170 C abgekühlt. 6 m5/Std. dieses Wassers werden durch drei Düsen 10 in den Waschturm 2 eingespritzt; die restlichen 3 m3/Std. in einem dritten Wärmeaustauscher 8 auf -i50 C gekühlt und durch die Düsen 11 in den Waschturm 2 gespritzt. Die Waschflüssigkeit erteilt dem Gas auf diese Weise eine Endtemperatur von + 100 C, wodurch der Gehalt an Phosphor auf weniger als 0,1 g/m8 herabgesetzt wird.
• Die bisherigen Einrichtungen ergeben ein Endgas mit 2 g/m3 Phosphor, da die Temperatur des Endgases nicht unter den Schmelzpunkt des Phosphors gesenkt werden durfte, weil der dann abgeschiedene feste Phosphor aus den Wascheinrichtungen nicht oder nur unvollständig entfernt werden konnte und damit zu Betriebsstörungen Anlaß gegeben hätte.
• Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sammelt sich der mit dem Wasser niedergeschlagene Phosphor im Sumpf 3 des Waschturmes 2 und löst sich dabei in dem dort in geschmolzener Form befindlichen Hauptanteil, der durch den ersten Teilstrom niedergeschlagen wurde.
• Der Phosphor wird also zwar am Ausgang des Waschturmes 2 in fester Form - als Haut auf den Wassertröpfchen - niedergeschlagen, aber dann mechanisch mit der Waschflüssigkeit in Temperaturzonen gefördert, in denen er flüssigen Phosphor vorfindet, von dem er aufgenommen wird. Da sich geschmolzener Phosphor und Wasser in bekannter Weise trennen, kann sowohI die Waschflüssigkeit wie auch Phosphor in reiner Form erhalten werden.
• Gegebenenfalls kann die Trennung von Phosphor und Wasser noch durch einen Abscheider 4 unterstützt werden, der in den Kreislauf der Waschflüssigkeit, z. B. vor dem Eintritt in die den Kreislauf bewirkende Pumpe 5, eingebaut wird.
• Infolge der relativ hohen Gasgeschwindigkeit am Ausgang des Kühlsystems wird in gewissem Umfange Waschflüssigkeit, die mit Phosphor beladen ist, mit gerissen. Zur Abscheidung derselben wird unmittelbar hinter dem Waschturm 2 ein Abscheider, beispiels weise ein Zyklon, eingebaut.
• 2. Als weiteres Beispiel sei die Absorption von Phosphorpentoxyd aus den Reaktionsgasen des Phosphorverbrennungsofens angeführt. Diese erfolgt bekanntermaßen mittels verdünnter Phosphorsäure, um konzentrierte herzustellen, oder auch mittels Natriumphophatlösungen, um eine Natriummetaphosphatschmelze herzustellen. Bei beiden Verfahren enthalten die Gase danach noch erhebliche Mengen Phosphorpentoxyddampf, zu deren Absorption bisher eine Cottrellfilteranlage oder andere Einrichtungen erforderlich sind.
• Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung braucht man zur Absorption des Phosphorpentoxyds zwecks Herstellung von Phosphorsäure nur bis zu Temperaturen von etwa +500 C am oberen Ausgang des Waschturmes 2 herunterzugehen, da Phosphorsäure dieser Temperatur sowie auch höherer Temperatur, wie sie beim Herabfließen der Tröpfchen im Waschturm im Gegenstrom zu den heißen Verbrennungsgasen entsteht, das im Gas enthaltene Phosphorpentoxyd besser aufnimmt als eine stärker gekühlte Säure. Die weiteren Temperaturstufen. an den Einspritzdüsen 9, 10 und 11 im Waschturm 2 liegen z. B. bei +60 und +700 C, sb daß die umzupumpende Säure etwa +800 C warm ist. Ein Teil dieser Säure wird in konzentrierter, verkaufsfähiger Form durch den Überlauf 13 abgenommen.

Claims (1)

1. 3. Wenn die Temperatur des in das Kühlsystem eintretenden Gas-Dampf-Gemisches bereits so niedrig ist, daß daß Kondensationsprodukt unbedenklich mit den in das Kühlsystem eintretenden Gasen in ein Temperaturgleichgewicht treten kann, dann wird gegebenenfalls der gemäß Anspruch 2 in das Zuleitungsrohr . eingespritzte Waschflüssigkeitsteilstrom 14 überflüssig.

   Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist beispielsweise besonders geeignet, um das in den sogenannten Trockenvergasungsvorrichtungen von Calciumcarbid hergestellte Acetylen, welches mit Wasserdampf, Schwefelwasserstoff und mitgerissenem Kalk tau verunreinigt ist, von diesen Bestandteilen zu trennen.

   Das Gemisch tritt mit + 1000 C in das Kühlsystem.

   Durch die intensive Besprühung mit Waschflüssigkeit wird der Kalkstaub ausgewaschen. Er wird, soweit er sich nicht als Calciumhydroxyd löst, in Absetzbecken oder Zentrifugalabscheidern aus der im Kreislauf geführten Waschflüssigkeit entfernt. Eine hierbei etwa verbleibende geringe Trübung durch Calciumhydroxyd im Umlaufwasser erwies sich überraschenderweise als nicht schädlich. Sie wurde infolge der Löslichkeitserhöhung von Calciumhydroxyd beim Abkühlen des Wassers gelöst. Aus dem gleichen Grunde besteht auch keine Gefahr einer Abscheidung von Calciumhydroxyd in den Rohrleitungen der Wärmeaustauscher.

   Die nach Entfernung des Kalkschlammes etwa +900 C warme Waschflüssigkeit wird im Wärmeaustauscher 6 auf +600 C abgekühlt. Ein Drittel dieser Flüssigkeitsmenge wird in den unteren DüSen 9 des Waschturmes2 versprüht, während zwei Drittel den zweiten Wärmeaustauscher 7 passieren, wo sie auf + 300 C abgekühlt werden. Wiederum wird ein Drittel der im Kreislauf befindlichen Waschflüssigkeit versprüht, diesmal vermittels der Düsen 10, der Rest auf + 100 C abgekühlt und dann in den oberen Düsen 11 des Waschturmes 2 versprüht. Dadurch wird das im Gegenstrom zur versprühten Waschflüssigkeit geführte Acetylen Dampf-Gemisch auf + 120 C gekühlt, wodurch der Wasserdampf so weit niedergeschlagen wird, wie es für die Weiterverwendung des Acetylens erforderlich ist. Das oben im Waschturm 2 in der Waschflüssigkeit gelöste Acetylen wird beim Absinken der Flüssigkeitstropfen im Waschturm 2 infolge der allmählichen Erwärmung aus der Waschflüssigkeit in den Gasraum verdampft, so daß durch die Waschung keine Acetylenverluste entstehen. Der Schwefelwasserstoff wird im Waschturm 2 als Calciumsulfid oder -sulfhydrat chemisch gebunden und, wie erwünscht, auch durch die Erwärmung nicht wieder in Freiheit gesetzt. Infolge des dauernden Zugangs an Wasserdampf mit den Eingangsgasen kann immer ein Teil der umlaufenden Waschflüssigkeit aus dem Kreislauf abgezogen werden, wodurch die Konzentration an Calciumsulfid auf einer geringen Höhe gehalten wird.

   Man erhält trockenes, schwefelwasserstofffreies, calciumhydroxydstaubfreies Acetylen.

   PATENTANSPROCHE: 1. Vorrichtung zum Waschen bzw. Absorbieren von Gasen, Dämpfen und/oder deren Gemische in einem oder mehreren hintereinandergeschalteten Waschtürmen ohne Einbauten, in denen die Waschflüssigkeit durch Einspritzdüsen verteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mittelachse des im wesentlichen senkrecht stehenden Gaszuleitungsrohres und des senkrecht stehenden Waschturmes Einspritzdüsen (9, 10, 11, 12) angeordnet sind, wobei der untere Teil (3) des Waschturmes als Sumpf ausgebildet und zur Kreislaufführung der Waschflüssigkeit eine Pumpe (5) außerhalb des Waschturmes angeordnet ist, sowie zur Aufteilung der von der Pumpe geförderten Waschflüssigkeit in Teilströme und zur Herabkühlung derselben in Stufen außerhalb des Waschturmes in Reihe geschaltete Wärmeaustauscher (7) angebracht sind, von denen jeder jeweils mit einer Gruppe der Einspritzdüsen so verbunden ist, daß die im Gegenstrom zum Gas eingespritzte Waschflüssigkeit eine von unten nach oben fallende Temperatur aufweist.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mittelachse des mit dem Waschturm verbundenen Zuleitungsrohres (1) im Gleichstrom mit den eintretenden Gasen und/oder Dämpfen sprühende Düsen angeordnet sind.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Verwendung injektorartig wirkender Düsen.

   4. Vorrichtung nach Anspruch l bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ansaugleitung der den Kreislauf der Waschflüssigkeit bewirkenden Pumpe eine Einrichtung zur Abscheidung fester. in der im Sumpf sich sammelnden Waschflüssigkeit suspendierter Körper, beispielsweise ein Absetzbehälter, ein Zyklonabscheider oder eine Austragschnecke, außerhalb des Waschturmes angeordnet ist.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abscheidung mitgerissener Anteile der Waschflüssigkeit aus den den Waschturm verlassenden Gasen und/oder Dämpfen hinter dem Waschturm und außerhalb desselben ein Abscheider, z. B. ein Zyklonabscheider, angeordnet ist.