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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
IPC-Nebenklasse B01D 45/06   
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.

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.


Anspruch[de]
  1. 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. 2. Sorptionsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelleitungen (22) der einzelnen Kaskadenblöcke (16 bis 19) in einer Strömungsverbindung miteinander stehen.
  3. 3. Sorptionsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsbehälter mit vier Kaskadenblöcken (16 bis 19) bestückt ist.
  4. 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. 5. Sorptionsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kühlmitteleintritt und dem Kühlmittelaustritt eine Bypassleitung (23) installiert ist.
  6. 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. 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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