Dokumentenidentifikation |
DE4336460A1 27.04.1995 |
Titel |
Sorptionsanlage zur Reinigung von Industrieabgasen |
Anmelder |
Hellmich, Friedrich, 32278 Kirchlengern, DE |
Erfinder |
Hellmich, Friedrich, 32278 Kirchlengern, DE |
Vertreter |
Stracke, A., Dipl.-Ing.; Loesenbeck, K., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 33613 Bielefeld |
DE-Anmeldedatum |
26.10.1993 |
DE-Aktenzeichen |
4336460 |
Offenlegungstag |
27.04.1995 |
Veröffentlichungstag im Patentblatt |
27.04.1995 |
IPC-Hauptklasse |
B01D 53/08
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IPC-Nebenklasse |
B01D 45/06
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Zusammenfassung |
Es soll eine preiswerte Sorptionsanlage geschaffen werden, die außer Fluorverunreinigungen noch andere gasförmige Schadstoffe sorbiert. Die Betriebskosten sollen relativ gering sein. Die Durchsatzmenge soll maximal im Bereich von 50000 m3/h liegen. Bei der erfindungsgemäßen Sorptionsanlage sind innerhalb des Reaktionsbehälters (10) vier Kaskadenblöcke (16 bis 19) installiert. Es liegen jeweils zwei Kaskadenblöcke über- und nebeneinander. Quer zu den Kaskadenblechen (20, 21) sind Kühlmittelleitungen (22) montiert. Die Anlage arbeitet innerhalb jedes Kaskadenblockes (16 bis 19) im Kreuzstromverfahren und als Ganzes gesehen im Gegenstromverfahren. Einem Kaskadenblock (16) ist der Rohgaseintritt und der Kühlmittelaustritt zugeordnet. Einem anderen Kaskadenblock (19) ist der Reingasaustritt und der Kühlmitteleintritt zugeordnet. Die erfindungsgemäße Sorptionsanlage ist besonders zum Reinigen von Rauchgasen für kleinere Industrieanlagen verwendbar.
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Beschreibung[de] |
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sorptionsanlage
zur Reinigung von Industrieabgasen mit einem aufrecht
stehendem Reaktionsbehälter, der mit einem von oben nach
unten rieselnden Sorptionsmaterial zumindest teilweise
gefüllt ist, und der zur Bestimmung des Strömungsverlaufes
des zu reinigenden Gases mit dachförmigen, horizontal
angeordneten Rohgas- und Reingaskaskadenblechen bestückt ist.
Eine in Rede stehende Sorptionsanlage ist aus der
DE 33 44 571 C2 bekannt. Die Rohgas- und die Reingaskaskaden
sind jeweils sinngemäß wie eine Reihe nebeneinander
angeordnet. Das zu reinigende Gas strömt durch das Sorptionsmaterial,
um die gasförmigen Verunreinigungen, beispielsweise
Fluorverunreinigungen, zu sorbieren. Der Rohgaseintritt liegt
dem Reingasaustritt gegenüber, so daß das Gas von der einen
zur gegenüberliegenden Seite strömt. Der Strömungsweg ist
dabei verhältnismäßig kurz. Eine derartige Sorptionsanlage
entspricht nicht mehr den heutigen Anforderungen, da die
Grenzwerte für gasförmige Emissionen durch eine als TA-Luft
bezeichnete Vorschrift festgelegt sind. Ferner ist diese
vorbekannte Sorptionsanlage normalerweise zur Sorption der
Fluorverunreinigungen geeignet.
Es sei noch erwähnt, daß die vorbekannte Anlage nicht dazu
ausgelegt ist, um die Rauchgase von Großanlagen, wie z. B.
von Kraftwerken zu reinigen, sondern für kleinere
Industrieanlagen. Der Investitionsaufwand muß dabei in Grenzen
gehalten werden, ferner müssen auch die Betriebskosten relativ
gering sein. Der Durchsatz solcher Anlagen beträgt
beispielsweise 50 000 Nm³/h.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Sorptionsanlage der gattungsgemäßen Art in konstruktiv
einfacher Weise so weiterzuentwickeln, daß die Sorption der
gasförmigen Verunreinigungen den steigenden Anforderungen durch
die TA-Luft an die Betreiber solcher Anlagen gerecht wird.
Außerdem sollen die Betriebskosten gegenüber den bekannten
Anlagen nicht erhöht werden.
Die gestellte Aufgabe wird gelöst, indem innerhalb des
Reaktionsbehälters mehrere neben- und/oder übereinander
angeordnete Kaskadenblöcke angeordnet sind, die die Rohgas- und
die Reingaskaskadenbleche sowie quer dazu verlaufende,
horizontale im Sorptionsmaterial befindliche
Kühlmittelleitungen beinhalten, daß die jeweils angrenzenden
Kaskadenblöcke nacheinander von dem Rauchgas durchströmt werden, und
daß einem Kaskadenblock der Rohgaseintritt und der
Kühlmittelaustritt und daß einem anderen Kaskadenblock der
Reingasaustritt und der Kühlmitteleintritt zugeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Anlage ist eine Trockensorptionsanlage,
die in technisch funktioneller Hinsicht wesentlich einfacher
ist als die Naßreinigungsanlagen oder Halbtrockenanlagen.
Bei der erfindungsgemäßen Anlage wird die Strecke, die das zu
reinigende Rauchgas innerhalb des Sorptionsmaterials
durchströmt, gegenüber den bekannten Anlagen wesentlich vergrößert,
da durch die Kaskadenblöcke sinngemäß Umlenkvorrichtungen
gebildet werden, so daß das Rauchgas mehrere Ebenen
durchströmt. Durch die Kühlmittelleitungen wird außerdem das
Rauchgas abgekühlt, wodurch der Sorptionseffekt noch
wesentlich erhöht wird. Allerdings ist darauf zu achten, daß das
Rauchgas nicht auf solche Temperaturen zurückgefahren wird,
wodurch Taupunkte unterschritten werden, die zu einer
verstärkten Säurekorrosion führen. Mittels der
erfindungsgemäßen Anlage können bestimmte Verunreinigungen,
beispielsweise auf 1/3 des bislang erzielten Wertes zurückgefahren
werden. Durch die Kühlung wird erreicht, daß die Schadstoffe
wesentlich reaktionsfreudiger werden. Ferner kann man den
Sorptionsvorgang als Stufenvorgang bezeichnen, in der
schrittweise die Anteile der Verunreinigungen gesenkt werden.
Je nachdem wie hoch der zulässige Wert ist, kann die Anlage
mit einer entsprechenden Anzahl von Kaskadenblöcken
ausgerüstet werden. Durch die Zuordnung des Rohgaseintrittes und
des Kühlmittelaustrittes zu einem gemeinsamen Kaskadenblock
und die Zuordnung des Reingasaustrittes und des
Kühlmitteleintrittes zu einem gemeinsamen Kaskadenblock wird erreicht,
daß die Temperaturdifferenzen zwischen den Gasen und dem
Kühlmittel verhältnismäßig klein sind, so daß es nicht zu
Temperaturdifferenzen kommt, die zu einer Unterschreitung
des Taupunktes führen. Durch die erfindungsgemäße Anordnung
arbeitet jeder einzelne Kaskadenblock im Kreuzstromverfahren,
da sich der Gasstrom quer zum Kühlmittelstrom bewegt als
Ganzes besehen arbeitet die Anlage durch die Reihenschaltung der
Kaskadenblöcke im Gegenstrom. Das Sorptionsmaterial rieselt
in der Anlage von oben nach unten. Dadurch ergibt sich der
Vorteil, daß das am wenigsten mit Schadstoffen belastete
Rauchgas mit dem Sorptionsmittel beaufschlagt wird, welches
überhaupt noch keine Schadstoffe oder nur geringe Anteile
aufgenommen hat. Dadurch kann das Sorptionsmaterial noch
restliche, im Rauchgas vorhandene Schadstoffe aufnehmen, so
daß insgesamt
die Werte noch gesenkt werden. Außerdem kommt das am
stärksten mit Schadstoffen belastete Rauchgas mit
Sorptionsmaterial in Kontakt, welches bereits Schadstoffe sorbiert
hat. Durch den hohen Anteil der Schadstoffe im Rauchgas kann
es jedoch noch weitere Schadstoffe sorbieren. Durch die
bereits erwähnten, geringen Temperaturdifferenzen zwischen dem
Rauchgas und dem Kühlmittel wird ein Kälteschock vermieden.
Da die gesamten Oberflächen der
Kühlmittelleitungen mit Sorptionsmaterial bedeckt sind, wird auch an den
Oberflächen entstehendes Kondensat sorbiert. Ferner wird
durch die Kombination des Kreuz- mit dem Gegenstromverfahren
die Sorption der Schadstoffe durch das Sorptionsmaterial
begünstigt.
Damit ein geschlossener Kreislauf für das Kühlmittel gebildet
wird, ist vorgesehen, daß die Kühlmittelleitungen der
einzelnen Kaskadenblöcke in einer Strömungsverbindung
miteinander stehen. Damit der konstruktive Aufwand auf das mindeste
beschränkt wird, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Sorptionsanlage vorgesehen, daß sie mit vier
Kaskadenblöcken bestückt ist. Damit eine kompakte Bauweise der
Anlage möglich ist, werden zweckmäßigerweise jeweils zwei
Blöcke neben- und übereinander angeordnet. Für die
Temperaturregelung der Kühlluft und demzufolge auch der
Reingastemperatur ist vorgesehen, daß zwischen den Bereichen des
Kühlmitteleintrittes und des Kühlmittelaustrittes eine Bypaßrohrleitung
installiert ist. Das Kühlmittel zirkuliert dann teilweise
im kleinen Kreislauf.
Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung noch
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 den verfahrensmäßigen Ablauf und den konstruktiven
Grundaufbau der erfindungsgemäßen Sorptionsanlage,
Fig. 2 einen Kaskadenblock als Einzelheit in perspektivischer
Darstellung,
Fig. 3 eine erfindungsgemäße Sorptionsanlage in einer
Vorderansicht, rein schematisch,
Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Seitenansicht.
Die erfindungsgemäße Sorptionsanlage beinhaltet einen nicht
näher erläuterten Reaktionsbehälter 10 und ein darüber
angeordnetes Vorratssilo 11. Unterhalb des Reaktionsbehälters
10 sind zwei Auslauftrichter 12, 13 für das nicht weiter
dargestellte Sorptionsmaterial vorgesehen. Das
Sorptionsmaterial rieselt von den Austrageschnecken 14, 15 gesteuert
vom Vorratssilo 11 durch den Reaktionsbehälter 10 in die
Auslauftrichter 12, 13.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei
Auslauftrichter und zwei Austrageschnecken erforderlich, da
innerhalb des Reaktionsbehälters 10 vier in der Fig. 2 genauer
dargestellte Kaskadenblöcke 16, 17, 18, 19 installiert sind.
Die Kaskadenblöcke 16 und 17 sowie 18 und 19 stehen
nebeneinander, während die Kaskadenblöcke 17, 18 und 16 und 19
übereinander stehen. Aus der Fig. 2 ergibt sich, daß das
Sorptionsmaterial durch jeden Kaskadenblock 16 bis 19 von
oben nach unten hindurch rieselt. Jeder Kaskadenblock
enthält Rohgaskaskadenbleche 20 und Reingaskaskadenbleche 21.
Zur Unterscheidung sind die dachförmig ausgebildeten
Rohgaskaskadenbleche 20 in Vollinien und die ebenfalls
dachförmig ausgebildeten Reingaskaskadenbleche 21 in
unterbrochenen Linien gezeichnet. Wie die Fig. 2 zeigt, sind
die Rohgaskaskadenbleche 20 und die Reingaskaskadenbleche
21 auf zwei verschiedenen Ebenen angeordnet, beginnend mit
einer Ebene von der unteren Seite her mit
Reingaskaskadenblechen 21 und endend an der oberen Seite mit
Rohgaskaskadenblechen 20. Die einzelnen Kaskadenbleche der verschiedenen
Ebenen liegen in einem Abstand zueinander. Das durchrieselnde
Sorptionsmaterial bildet unterhalb der Rohgaskaskadenbleche
20 und der Reingaskaskadenbleche 21 Hohlräume, durch die
der Strömungsverlauf des zu reinigenden Gases definiert ist.
Zwischen den einzelnen Ebenen der Kaskadenbleche 20 bzw. 21
verlaufen Kühlmittelrohre 22, die entsprechend der Anordnung
der Kaskadenbleche 20 bzw. 21 auf drei zwischen den
Kaskadenblechen 20, 21 liegenden Ebenen angeordnet sind. Im
dargestellten Ausführungsbeispiel sind in jeder Ebene fünf
Kühlmittelleitungen 22 parallel und im Abstand zueinander
angeordnet. Außerdem verlaufen sie quer zu den
Kaskadenblechen 20 bzw. 21. In nicht näher dargestellter Weise sind
die Kühlmittelleitungen 22 der Kaskadenblöcke 16 bis 19
strömungstechnisch so miteinander verbunden, daß durch die
Kühlmittelleitungen 22 der einzelnen Kaskadenblöcke 16 bis
19 eine Gesamtleitung entsteht. In der Fig. 1 ist durch die
durch Pfeile gekennzeichnete Linie I der Strömungsverlauf
des zu reinigenden Gases angedeutet. Danach durchströmt das
Gas zunächst den Kaskadenblock 16, anschließend den auf
gleicher Höhe daneben liegenden Kaskadenblock 17, anschließend
wird es durch eine außerhalb liegende Leitung in den darüber
liegenden, jedoch nicht im Versatz stehenden Kaskadenblock
18 geleitet und anschließend in den auf gleicher Höhe
daneben und oberhalb des Kaskadenblockes 16 liegenden
Kaskadenblock 19 geführt, bevor es aus dem Reaktionsbehälter 10
abgezogen wird. Durch die durch Pfeile gekennzeichnete Linie
II ist der Strömungsweg des Kühlmittels dargestellt. Danach
strömt das Kühlmittel zunächst in die Kühlmittelleitungen
22 des Kaskadenblockes 19 ein. Anschließend wird es in den
Kaskadenblock 18, danach in den Kaskadenblock 17 und dann
in den Kaskadenblock 16 geführt, woraufhin es aus dem
Reaktionsbehälter 10 abgezogen wird. Demzufolge sind der
Rohgaseintritt und der Austritt des Kühlmittels dem
Kaskadenblock 16 zugeordnet. Analog ist der Reingasaustritt und der
Kühlmitteleintritt dem Kaskadenblock 19 zugeordnet.
Demzufolge wirken das abgekühlte Reingas mit dem innerhalb des
Reaktionsbehälters 10 aufgewärmten Kühlmittel zusammen.
Gleiches gilt auch für das Rohgas mit erhöhter Temperatur
und dem erwärmten Kühlmittel innerhalb des Kaskadenblockes
16. Demzufolge sind die Temperaturdifferenzen zwischen den
Gasen und dem Kühlmittel relativ gering. Aus der Figur
ergibt sich, daß jeder Kaskadenblock 16 bis 19 im
Querstromverfahren arbeitet. Außerdem ist deutlich zu erkennen, daß
die vier hintereinander geschalteten Querstromtauscher nach
dem Gegenstromverfahren arbeiten, wenn man die Anlage als
Ganzes betrachtet.
Aus der Fig. 1 ergibt sich ferner, daß sich bei der
Anordnung mit vier Kaskadenblöcken, die vom Gas zurückzulegende
Strecke gegenüber den bekannten Anlagen verdoppelt, da
Eintritt und Austritt an derselben Seite liegen. Durch eine
Erhöhung der Kaskadenblöcke kann diese Strecke entsprechend
vergrößert werden. Durch eine strichpunktierte Linie ist in
der Fig. 1 eine Bypaßleitung 23 gekennzeichnet, um das
Kühlmittel vom Kaskadenblock 19 in den Kaskadenblock 16 im
Sinne eines kleinen Kreislaufes zu leiten, um die Temperatur
des Kühlmittels und demzufolge auch des Reingases zu regeln,
damit beide Temperaturen auf vorbestimmte Werte gehalten
werden. Aus der Fig. 1 ergibt sich, daß der Reingasaustritt
und der Kühlmitteleintritt im oberen Bereich liegen. Dadurch
wird das noch nicht mit Schadstoffen belastete
Sorptionsmaterial mit einem Rauchgas beaufschlagt, welches bereits
bestimmte Anteile von Schadstoffen an das Sorptionsmaterial
übertragen hat. In diesem Bereich ist das Sorptionsmaterial
noch reaktionsfreudig, so daß auch noch eine Reaktion
stattfindet, wenn der Anteil der Schadstoffe im Rauchgas schon
relativ gering ist. Da der Rauchgaseintritt und der
Kühlmittelaustritt im unteren Bereich des Reaktionsbehälters
liegen, wird das noch nicht gereinigte, einen hohen Anteil
an Schadstoffen enthaltende Rauchgas mit einem
Sorptionsmaterial zusammengeführt, welches bereits Schadstoffe
sorbiert hat. Trotzdem kann es noch weitere Schadstoffe
sorbieren, bedingt durch den hohen Anteil im Rauchgas.
In den Fig. 3 und 4 ist rein schematisch der konstruktive
Aufbau der Sorptionsanlage dargestellt. Danach enthält sie
einen Kühlmittelansaugstutzen 24, der auf Höhe des
Kaskadenblockes 16 liegt, wobei das Kühlmittel über eine Rohrleitung
zum Kaskadenblock 19 transportiert wird. Auf Höhe des
Kaskadenblockes 16 liegt eine Warmluftabgangsklappe 25.
Durch das Bezugszeichen 26 ist ein Rauchgasventilator
gekennzeichnet. Ein Rohgasansaugstutzen, der im unteren Bereich
der Kaskadenblöcke 16, 17 ist durch das Bezugszeichen 27
und ein im oberen Bereich der Kaskadenblöcke 18, 19 liegender
Reingasabgangsstutzen ist durch das Bezugszeichen 28
gekennzeichnet. Da üblicherweise als Kühlmittel Kühlluft verwendet
wird, ist die Anlage außerdem noch mit einem außerhalb des
Reaktionsbehälters 10 liegenden Kühlmittelventilator 29
ausgerüstet. Durch den Pfeil A ist in der Fig. 1 angedeutet,
daß das Sorptionsmaterial von oben her in das Vorratssilo
11 gefördert wird. Als Sorptionsmaterial kommt normalerweise
ein körniges Material in Frage. Die Austrageschnecken 14,
15 sind getrennt steuerbar, so daß die Geschwindigkeit des
von oben nach unten rieselnden Sorptionsmaterials durch die
Laufzeiten und ggf. auch durch die Drehzahl der
Austrageschnecken 14 verändert werden kann. Dies ist durch die beiden
Pfeile B und C gekennzeichnet. Außerdem ergibt sich aus dem
Schema nach der Fig. 1, daß das von den Austrageschnecken
14, 15 abtransportierte Sorptionsmaterial zusammengeführt
wird, wie durch die unterbrochene Linie D angedeutet ist.
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Anspruch[de] |
- 1. Sorptionsanlage zur Reinigung von Indüstrieabgasen mit
einem aufrecht stehenden Reaktionsbehälter, der mit einem
von oben nach unten rieselnden Sorptionsmaterial zumindest
teilweise gefüllt ist, und der zur Bestimmung des
Strömungsverlaufes des zu reinigenden Gases mit
dachförmigen, horizontal angeordneten Rohgas- und
Reingaskaskadenblechen bestückt ist, dadurch
gekennzeichnet, daß innerhalb des
Reaktionsbehälters (10) mehrere neben- und/oder übereinander
angeordnete Kaskadenblöcke (16 bis 19) angeordnet sind, die
die Rohgas- und die Reingaskaskadenbleche sowie quer
dazu verlaufende, horizontale im Sorptionsmaterial
befindliche Kühlmittelleitungen (22) beinhalten, daß die jeweils
angrenzenden Kaskadenblöcke (16 bis 19) nacheinander von
dem Rauchgas durchströmt werden, und daß einem
Kaskadenblock (16) der Rohgaseintritt und der Kühlmittelaustritt
und daß einem anderen Kaskadenblock (19) der
Reingasaustritt und der Kühlmitteleintritt zugeordnet ist.
- 2. Sorptionsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kühlmittelleitungen (22) der einzelnen
Kaskadenblöcke (16 bis 19) in einer Strömungsverbindung
miteinander stehen.
- 3. Sorptionsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Reaktionsbehälter mit vier Kaskadenblöcken (16
bis 19) bestückt ist.
- 4. Sorptionsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils zwei Kaskadenblöcke (16, 17; 18, 19; 17, 18;
16, 19) neben- und übereinander angeordnet sind.
- 5. Sorptionsanlage nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem
Kühlmitteleintritt und dem Kühlmittelaustritt eine
Bypassleitung (23) installiert ist.
- 6. Sorptionsanlage nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Rohgaskaskadenbleche (20) und die Reingaskaskadenbleche (21)
wechselweise in verschiedenen Höhen innerhalb jedes
Kaskadenblockes (16 bis 19) angeordnet sind.
- 7. Sorptionsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kühlmittelleitungen (22) zwischen den aus den
Rohgaskaskadenblechen (20) und den Reingaskaskadenblechen
(21) gebildeten Ebenen verlaufen.
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Patent Zeichnungen (PDF)
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