Gasreinigung

Gasabsorbern

Effizienz und Leistung
Die Abscheideeffizienz von Gasabsorbern variiert je nach Lösungsmittel (Waschflüssigkeit) und mit der Art des verwendeten Absorbers. Die meisten Absorber haben Abscheidewirkungsgrade von mehr als 90 Prozent, und gepackte Kolonnenabsorber können Wirkungsgrade von bis zu 99,9 Prozent für einige umweltverschmutzende Lösungsmittelsysteme erreichen. Die Eignung der Gasabsorption als Methode der Verschmutzungskontrolle hängt im Allgemeinen von folgenden Faktoren ab:

1. die Verfügbarkeit eines geeigneten Lösungsmittels (Waschflüssigkeit);
2. erforderliche Entfernungseffizienz;
3. konzentration von Schadstoffen im Einlassdampf;
4. für die Behandlung von Abgasen erforderliche Kapazität;
5. verwertungswert der Schadstoffe oder Entsorgungskosten des verbrauchten Lösungsmittels.

Die physikalische Absorption hängt von den Eigenschaften des Gasstroms und des Lösungsmittels wie Dichte und Viskosität sowie von den spezifischen Eigenschaften der Schadstoffe im Gas- und Flüssigkeitsstrom (z. B. Löslichkeit im Gleichgewicht) ab. Diese Eigenschaften hängen von der Temperatur ab, bei niedrigeren Temperaturen absorbiert das Lösungsmittel im Allgemeinen die Gase besser. Die Absorption wird auch durch eine größere Kontaktfläche, höhere Flüssiggasverhältnisse und höhere Konzentrationen im Gasstrom verbessert.

Für die Entfernung der Schadstoffe sollte das gewählte Lösungsmittel eine hohe Löslichkeit für das Gas aufweisen, einen niedrigen Dampfdruck, eine niedrige Viskosität aufweisen und relativ kostengünstig sein. Wasser ist das häufigste Lösungsmittel, das zur Entfernung anorganischer Verunreinigungen verwendet wird. Es wird auch verwendet, um organische Verbindungen mit relativ hoher Wasserlöslichkeit zu absorbieren. Für organische Verbindungen mit geringer Wasserlöslichkeit werden andere Lösungsmittel wie Öle auf Kohlenwasserstoffbasis verwendet, jedoch nur in Branchen, in denen große Mengen dieser Öle verfügbar sind (z. B. Erdölraffinerien und petrochemische Anlagen).

Die Entfernung von Schadstoffen kann auch verbessert werden, indem die Chemie der absorbierenden Lösung so manipuliert wird, dass sie mit den Schadstoffen reagiert, beispielsweise einer alkalischen Lösung zur Säure-Gas-Absorption gegenüber reinem Wasser als Lösungsmittel. Die chemische Absorption kann durch die Geschwindigkeit der Reaktion begrenzt werden, obwohl der geschwindigkeitsbegrenzende Schritt normalerweise die physikalische Absorptionsrate und nicht die chemische Reaktionsgeschwindigkeit ist.

Prozessbeschreibung

Absorption ist ein Stoffaustauschprinzip, bei dem ein oder mehrere lösliche Bestandteile eines Gasgemisches unter den gegebenen Prozessbedingungen in einer Flüssigkeit mit geringer Flüchtigkeit gelöst werden. Der Schadstoff breitet sich vom Gas in die Flüssigkeit aus, wenn die Flüssigkeit weniger als die Gleichgewichtskonzentration der gasförmigen Komponente enthält. Die Differenz zwischen der tatsächlichen Konzentration und der Gleichgewichtskonzentration ist die treibende Kraft hinter der Absorption.

Ein gut konzipierter Wäscher sorgt für einen intensiven Kontakt zwischen Gas und Lösungsmittel, um die Aufnahme der Schadstoffe zu erleichtern. Es wird viel besser funktionieren als ein schlecht konstruierter Wäscher. Die Geschwindigkeit des Stoffaustauschs zwischen den beiden Phasen hängt weitgehend von der freiliegenden Oberfläche und dem Zeitpunkt des Kontakts ab. Andere Faktoren, die auf die Absorptionsrate anwendbar sind, wie die Löslichkeit des Gases in dem spezifischen Lösungsmittel und der Grad der chemischen Reaktion, sind charakteristisch für die betreffenden Komponenten und relativ unabhängig von der verwendeten Ausrüstung.

Scrubber-Konfiguration

Der Gas- und Flüssigkeitsfluss durch einen Absorber kann Gegenstrom, Kreuzstrom oder die meisten Cremes sein. Die an den häufigsten installierten Konstruktionen sind Gegenstrom, bei dem der Abgasstrom am unteren Rand der Wäscherkolonnen eintritt und oben ausläuft. Umgekehrt tritt das Waschmittel oben ein und wird unten abgelassen. Sehen: Vertikale Waschmaschinen und Wäscher

Gegenstromausführungen bieten die höchste theoretische Abscheideeffizienz, da Gas mit der geringsten Schadstoffkonzentration mit Flüssigkeit mit der niedrigsten Schadstoffkonzentration in Kontakt kommt. Dies dient der Maximierung der durchschnittlichen Antriebskraft (Löslichkeit, Diffusion) für die Absorption durch die Säule. Darüber hinaus erfordern Gegenstromausführungen in der Regel niedrigere Flüssiggasverhältnisse als die meisten equalstrohm Kolonnen und eignen sich besser, wenn die Schadstoffbelastung höher ist, die Löslichkeit weniger gut ist und in Bezug auf sehr kleine (Schmutz-) Partikel viel effizienter funktioniert.

In einer Querstromkolonne strömt das Abgas horizontal über die Kolonne, während das Lösungsmittel vertikal durch die Säule fließt. In der Regel weisen Querstromkonstruktionen geringere Druckverluste auf und erfordern niedrigere Flüssiggasverhältnisse als die meisten Kammer- und Gegenstromkonstruktionen. Sie werden angewendet, wenn Gase gut löslich sind, da sie weniger Kontaktzeit für die Absorption bieten. Sehen: Horizontale Unterlegscheiben und Wäscher

In Equalströmungskolonnen werden sowohl das Gas als auch das Waschmittel oben in der Kolonne zugeführt und der Ausgang befindet sich unten. Die meisten kreuzstrom Entwurfe haben geringere Druckverluste, leiden weniger unter Überschwemmungen, sind aber weniger effizient für die feine (Bzw. Submikronen) Nebelentfernung. Die meisten kreuzstrom Entwurfe sind nur dort effizient, wo große Absorptionstreiber (hohe Löslichkeit) verfügbar sind. Die Entfernungseffizienz ist begrenzt, da sich das Gas-Flüssig-System dem Gleichgewicht am Boden des Turms nähert.

Arten von Absorptionssystemen

Die Beschreibungen der folgenden Systeme basieren fast alle auf dem Gegenstromprinzip, da dies aufgrund des höheren Wirkungsgrades mit den aktuellen Emissionsrichtlinien das gebräuchlichste Prinzip ist. Zu den Systemen, die auf den Absorptionsprinzipien basieren, gehören Kolonnen mit einem gepackten Bett, Kolonnen mit Untertassen, Venturiwäscher und offene Sprühsysteme.

1. Gepackte Kolonnen
   Gepackte Kolonnen, die mit Dichtungsmaterialien gefüllt sind, die eine große Oberfläche bieten, um den Kontakt zwischen der Flüssigkeit und dem Gas zu erleichtern. Gepackte Türme können eine höhere Entfernungseffizienz erreichen, höhere Flüssigkeitsraten verarbeiten und einen relativ geringeren Wasserverbrauch erfordern als andere Arten von Absorbern. Gepackte Türme können jedoch auch eine hohe Druckdifferenz erzeugen, ein hohes Verstopfungs- und Kontaminationspotenzial sowie anständige Wartungskosten aufgrund der Dichtung aufweisen. Auch die Kosten für Installation, Betrieb und Abwasserentsorgung können bei gepackten Kolonnen höher sein als bei anderen Absorbern. Zusätzlich zu den Leistungsanforderungen an Pumpen und Lüftern sowie den Lösungsmittelkosten verursachen gepackte Türme Betriebskosten, die sich aus dem Austausch der beschädigten Dichtung ergeben.
2. Schüttelkolonnen
   Platten- oder Schüttelkolonnen sind vertikale Zylinder, in denen Flüssigkeit und Gas Schritt für Schritt auf Trays (Plates) miteinander in Kontakt gebracht werden. Flüssigkeit kommt an der Oberseite der Säule an und fließt über jede Platte und durch ein Fallrohr zu den darunter liegenden Platten. Gas bewegt sich durch Öffnungen in den Untertassen nach oben, sprudelt in die Flüssigkeit und gelangt zur Platte darüber. Plattenkolonnen sind einfacher zu reinigen und haben und können große Temperaturschwankungen besser bewältigen als gepackte Kolonnen. Bei großen Gasströmen zeigen schüsselförmige Kolonnen jedoch einen größeren Druckverlust und haben größere Flüssigkeitsüberfälle. Schüttelkolonnen bestehen in der Regel aus Materialien wie Edelstahl, die der Kraft der Flüssigkeit auf das Geschirr standhalten können und auch Korrosionsschutz bieten. Verpackte Kolonnen werden gegenüber Untertassenkolonnen bei Säuren und anderen korrosiven Materialien bevorzugt, da die Kolonnenkonstruktion dann aus Glasfaser, Polyvinylchlorid oder anderen kostengünstigen, korrosionsbeständigen Materialien hergestellt werden kann. Gepackte Kolonnen werden auch bevorzugt, wenn Kolonnen mit einem Durchmesser von weniger als zwei Metern und wenn der Druckabfall eine wichtige Überlegung ist.
3. Venturi-Wäscher
   Venturiwäscher werden im Allgemeinen zur Bekämpfung von Feinstaub und Schwefeldioxid eingesetzt. Sie sind für Anwendungen mit einer hohen Abscheideeffizienz von Submikronpartikeln zwischen Ø 0,5 und Ø 5,0 μm ausgelegt. Ein Venturiwäscher verwendet einen allmählich konvergierenden und dann divergierendes Teil, den sogenannten Hals, um eingehende gasförmige Ströme zu reinigen. Flüssigkeit wird entweder in das Venturirohr vor dem Orificium eingeführt oder direkt in den Orificium injiziert, wo sie durch den Gasfluss zerstäubt wird. Sobald die Flüssigkeit zerstäubt ist, sammelt sie Partikel aus dem Gas und entlädt sie aus dem Venturi. Der hohe Druckabfall, der durch diese Systeme verursacht wird, führt zu einem hohen Energieverbrauch, und die relativ kurze Flüssiggaskontaktzeit beschränkt ihre Anwendung auf die besten löslichen Gase. Daher werden sie selten zur Abtrennung von Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen in der verdünnten Konzentration eingesetzt.
4. Offene Sprühkolonnen
   Offene Sprühsysteme arbeiten auf Basis des unterschiedlichen Geschwindigkeitspotentials von Flüssigkeitströpfchen über ein Verteilsystem mit Düsen und dem einströmenden Gas. Die Tröpfchen geraten dann durch einen Gegenstromgasstrom unter den Einfluss der Schwerkraft und kommen mit den verschmutzenden Partikeln im Gas in Kontakt. Die Tröpfchen bilden sich unter Druck und dies erzeugt einen sehr feinen Nebel mit einer sehr großen Reaktionsfläche, wodurch ein sehr effizientes Einfangen von Partikeln entsteht. Die Kolonnen können wie die gepackten Kolonnen einfach aufgebaut sein und sind daher weniger komplex als die Disckolonnen und Venturiwäscher. Die Sprühkolonnen arbeiten relativ einfach und sind sehr wartungsfreundlich und haben relativ niedrige Energiekosten.
Sehen: Optimierung Sprinkleranlagen