Nassgaswäscher

Chemische Komponenten

Nicht nur der Prozess hat einen großen Einfluss auf die Art der verwendeten Packungen, sondern auch die (chemischen) Komponenten, die vom Gas getragen werden, haben einen Einfluss. Wenn beispielsweise hochkorrosive Partikel, Lösungsmittel oder Gase verwendet werden, ist der Einsatz von korrosionsbeständigen Legierungen oder Kunststoffwerkstoffen für Kolonnenneinbauten unumgänglich.

Die Kolonnen selbst kann aus (rostfreiem) Stahl oder Kunststoff oder einer Kombination dieser Werkstoffe bestehen, abhängig von der Korrosivität des Gases, der Zusammensetzung der Waschflüssigkeit, dem Betriebsdruck und der Temperatur. Eine Legierung, die chemisch und temperaturbeständig ist, oder mehrere Schichten aus verschiedenen, kostengünstigeren Materialien können dann verwendet werden. Beispielsweise kann das Gehäuse mit einer Schutzschicht oder einem Innenmantel beschichtet werden, der oft aus einem korrosionsbeständigen Polymer besteht. Zur Absorption mit sauren Gasen kann eine innere Schicht aus säurebeständigen Steinen, eine Beschichtung mit Fluorkunststoffen oder (Glas-)Email eine zusätzliche chemische Beständigkeit bieten.

Ein Flüssigkeitsverteiler ist so konzipiert, dass es die Packungen gleichmäßig spült und einen gleichmäßigen Kontakt zwischen der Flüssigkeit und dem Gas einleitet. Der Flüssigkeitsverteiler muss die Flüssigkeit gleichmäßig verteilen, verstopfungsfrei und verunreinigungsfrei, ein großes freies Volumen für den Gasstrom bereitstellen und betriebliche Flexibilität ermöglichen. Die hohen Kolonnen haben oft eine Flüssigkeitsumverteilung, um Flüssigkeit von der Kolonnenwand zu sammeln und zurück in die Mitte der Kolonne zu verteilen und zu einer Kontaktverbesserung im darunter liegenden Abschnitt der Packungen zu führen. Flüssigkeitsverteiler werden in der Regel pro Packungshöhe von 2.500 bis 6.000 mm benötigt; dies natürlich in Bezug auf den Durchmesser der Kolonne. Die Flüssigkeitsverteiler lassen sich in zwei Kategorien einteilen: Schwerkrafttypen, Verteilungsplatten und Drucktypen wie Sprühsysteme und perforierte Rohre. Düsen sind die häufigsten Verteiler, aber sie können einen feinen Nebel erzeugen, der leicht im Gasstrom weggetragen werden kann. Sie können auch verstopfen und erfordern in der Regel große Ströme, um die schlechte Verteilung auszugleichen. Flüssigkeitsverteiler bestehen in der Regel aus flachen Schalen mit mehreren Rinnen für den Gasfluss und Perforationen im Schalenboden für den Flüssigkeitsfluss. Die Trays selbst können einen manchmal unerwünschten Druckverlust im Gasstrom verursachen.

Packungen, die speziell für Absorptionstürme entwickelt wurden

Die ersten gestürzte Packungen speziell für Absorptionstürme wurden aus Keramik hergestellt. Die Verwendung von Keramik ist aufgrund ihrer Anfälligkeit, ihres relativ ungünstigen Volumen-Zu-Oberfläche-Verhältnisses und des Einstandspreises zurückgegangen, so dass der aktuelle Markt von Metall und Kunststoff dominiert wird. Metallpackungen können im Allgemeinen nicht für stark korrosive Substanzen wie saure Gase verwendet werden, und Kunststoffverpackungen sind nicht für Hochtemperaturanwendungen geeignet.

Die am häufigsten gepackten Spalten sind nach einem Gegenstromprinzip. Fließt das Abgas in der gepackten Kolonne nach oben, baut sich durch die Packungen und das Gegenstrom-Waschmittel widerstand auf. Der Druckabfall in einer Kolonne ist die Funktion des Gas- und Flüssigkeitsstroms und der Eigenschaften der Packungen wie die spezifische Oberfläche und das freie Volumen. Ein hoher Druckabfall führt zu einer hohen Lüfterleistung, um das Gas durch die gepackte Kolonne zu drücken und verursacht daher hohe Kosten.

Für jede Kolonne gibt es obere und untere Grenzen für die Waschflüssigkeits- und Gasströme, um eine gute Leistung zu gewährleisten. Der Gasdurchfluss kann z.B. zu hoch werden, dass der Widerstand gegen das Waschmittel so hoch wird, dass das Waschmittel nicht mehr frei durch die Kolonne fließen kann. Die Waschflüssigkeit beginnt sich anzusammeln und blockiert die gesamte Oberfläche für das Gas, erhöht den Druckabfall und verhindert, dass sich das Waschmittel und das Gas im Gas effektiv vermischen. Wenn das gesamte freie Volumen in den Packungen mit Waschflüssigkeit gefüllt ist und die Flüssigkeit in der Kolonne nach oben gedrückt wird, gilt der Wäscher als überflutet. Die meisten gepackten Kolonnen arbeiten mit 60 bis 70 Prozent der Hochwasserrate von Gas, da es nicht praktikabel ist, eine Kolonne unter überfluteten Umständen zu betreiben. Ein minimaler Flüssigkeitsdurchsatz ist auch erforderlich, um die Packungen ausreichend zu bewässern, um einen effektiven Stoffaustausch zwischen dem Gas und der Waschflüssigkeit zu ermöglichen.

Eintrittstemperatur des Abgases

Die Eintrittstemperatur des Abgases in einem Nassgaswäscher ist ein weiterer wichtiger Parameter. Im Allgemeinen gilt: Je höher die Gastemperatur, desto geringer die Absorptionsrate und umgekehrt. Zu hohe Gastemperaturen können auch zu einem erheblichen Verlust von Waschflüssigkeit durch Verdunstung führen. Aus diesem Grund sind Gaskühler (z.B. Quencher) notwendig, um die Gastemperatur auf ein akzeptables Niveau zu senken. Bei Prozessen, die auf einer chemischen Reaktion mit Absorption basieren, ist ein zusätzliches Problem die Reaktionsgeschwindigkeit zwischen Waschflüssigkeit und dem/den Schadstoff(en). Die meisten chemischen Gasabsorptionsreaktionen sind relativ schnell, und die Grenze ist oft die physikalische Absorption der Schadstoffe in Waschflüssigkeit. Bei lösungsmittelverschmutzenden Systemen, bei denen die chemische Reaktion der begrenzende Schritt ist, müssen die Reaktionsgeschwindigkeiten jedoch kinetisch analysiert werden. Infolgedessen kann es notwendig sein, einen extra großen Puffertank zu verwenden, damit die chemische Reaktion weiter stattfinden kann. Wärme kann durch exotherme chemische Reaktionen entstehen. Wärme kann auch erzeugt werden, wenn große Mengen aufgrund der Hitze der Lösung in die Waschflüssigkeit aufgenommen werden. Die daraus resultierende Temperaturänderung entlang der Höhe der Absorberkolonne kann die Einbauten oder Instrumente beschädigen und die Absorptionseffizienz verringern.

Dieses Problem kann verhindert werden, indem beispielsweise externe Wärmetauscher oder Kühlschlangen in der Kolonne angebracht werden. In Systemen, in denen die Waschflüssigkeit reines Wasser ist, tritt jedoch während der Absorption aufgrund der Verdunstung eine adiabatische Abkühlung des Gases auf. Dies führt zu einer deutlichen Abkühlung der Kolonne, wodurch die durch chemische Reaktionen erzeugte Wärme oft vollständig kompensiert wird. Kühlschlangen werden daher bei dieser Art von Verfahren nur selten benötigt. In jedem Fall können gepackte Kolonnen als isotherme Prozesse konzipiert werden, die in der gesamten Spalte vorherrschen. Das Abwasser aus der Kolonne kann im System recycelt und wiederverwendet werden. Dies ist in der Regel dann der Fall, wenn das Lösungsmittel teuer ist oder nicht oder kaum ausgetragen werden soll. Zunächst wird der Austrags- oder Recyclingstrom zu einer Kläranlage gepumpt, um die Schadstoffe oder das Reaktionsprodukt zu entfernen. Frisches Waschmittel kann dann ergänzt werden, bevor das Waschmittel wieder in die Kolonne fließt. Die Rückführung von Waschflüssigkeit erfordert natürlich eine Pumpe, ein Rückgewinnungssystem der Waschflüssigkeit, Dosiersysteme für Zusatzstoffe und alle zugehörigen Rohre, Anhängsel und Instrumente.

Design von gepackten Waschkolonnen

Die Auslegung von gepackten Wäscherkolonnen zur Reinigung von Gasströmen, die ein Gemisch aus Schadstoffen oder Bestandteilen im Gas enthalten, hängt von folgenden Parametern ab:

• Die Durchflussrate des Abgases;
• Zusammensetzung des Abgases und Konzentration von Schadstoffen und Bestandteilen;
• Erforderliche Entfernungseffizienz;
• Gleichgewichtsbeziehung zwischen den Schadstoffen, Komponenten und der Waschflüssigkeit;
• Eigenschaften des Schadstoffs/der Schadstoffe, der Bestandteile sowie des Gases und der Waschflüssigkeit:
• Diffusität;
• Viskosität;
• Spezifisches Gewicht;
• Molekulargewicht

Hauptziele

Die primären Ziele der Konstruktionsverfahren bestehen darin, die Kolonnenfläche und den Druckverlust über die Kolonne zu bestimmen. Um diese Parameter zu bestimmen, müssen die folgenden Schritte durchgeführt werden, die Bestimmung der:

• Gas- und Fluidströmungsbedingungen, die in die Kolonne eintreten und sie verlassen;
• Absorptionsfaktor;
• Durchmesser der Kolonne;
• Hof die Kolonne und die Annäherungsfläche;
• Druckabfall über die gesamte Kolonne.