PROCESS FOR DESORPTION OF A GAS HAVING A LOW SOLUBILITY FROM A LIQUID

Abstract: 1. Process for the desorption of a sparingly soluble gas from a liquid, in which, in a countercurrent column (1), the liquid is distributed from above to a filling (6) which comprises discrete filling elements and is kept in a fluidised state by means of a gas current supplied from below the filling (6), there being formed in the filling (6) a plurality of different fluidised filling element layers, the mutual intermixing of which is prevented either by separating grids (7) or by the filling element layer being constructed from fluidisable filling elements of different densities and/or dimensions.

Description: Verfahren und Vorrichtung zur Ausscheidung von Stoffen aus einem Gas oder einer Flüssigkeit Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausscheidung von Stoffen aus einem Gas oder einer Flüssigkeit, zur Absorption oder Desorption von Gasen. Das Verfahren wird in einer sogenannten Gegenstromkolonne durchgeführt, in die an der einen Seite das Gas, an der anderen Seite die Flüssigkeit eingeführt werden kann. Das Gas und die Flüssigkeit werden über Verteiler in die Kolonne eingeführt, während die Flüssigkeit über einen Flüssigkeitsverschluss abgeführt wird. In der Industrie besteht oft die Aufgabe, Gasgemische mit Hilfe einer absorbenten Flüssigkeit voneinander zu trennen oder die in einer Flüssigkeit enthaltene Gaskomponente mit Hilfe eines anderen Gases auszutreiben. Es ist eine wohlbekannte Tatsache, dass die Lösbarkeit einzelner Gase bei demselben Druck und der gleichen Temperatur weitgehend unterschiedlich ist. Diese Erscheinung ermöglicht die Abscheidung im Sinne der gestellten Aufgabe. Aus dem Standpunkt der Abscheidung sind die Investitions- und Betriebskosten des Abscheiders bedeutsam. In den für die oben erwähnten Prozesse üblichen Füllkörpersäulen, in den Berieselungskolonnen, trifft die erzeugte disperse Flüssigkeitsphase in Form eines Films oder von Tropfen auf die Gasphase. Die Stoffübergabe findet an der Grenzfläche der beiden Phasen durch Diffusion statt, wobei die Intensität von der Diffusionsgeschwindigkeit abhängt. An der Grenzfläche der dispersen Phasen ist die diffun dierende Komponente in einer Gleichgewichtskonzentration vorhanden. Die Diffusionsgeschwindigkeit ist in einer Phase umso höher desto grösser der Unterschied der Konzentration der diffundierenden Komponente in der Hauptmasse und an der Grenzfläche ist, d.h. je grösser die Triebkraft ist. Bei den in der Flüssigkeitsphase schwer lösbaren Gasen (wie z.B. CO2, O2, Luft usw.) ist die Triebkraft ziemlich gering; in diesen Fällen wird die Geschwindigkeit der Diffusion zwischen den Phasen durch die in dem Flüssigkeitsfilm vorhandene geringe Triebkraft beschränkt. Eine grössere, die Phase begrenzende Fläche sowie ein grösserer Stoffübergabefaktor üben einen den Zuwachs der Diffusionsgeschwindigkeit fördernden Einfluss aus. Die Höhe der Absorptions- oder Desorptionskolonnen und dadurch die Investitionskosten bei einer gegebenen Aufgabe werden durch die Diffusionsgeschwindigkeit bestimmt. Aufgrund des Gesagten kann die Geschwindigkeit durch die Vergrösserung der Phasengrenzflächen und/oder die Erhöhung der Diffusionsfaktoren erhöht werden. Die eine disperse Flüssigkeitsphase auf die traditionelle Weise erzeugenden Füllkbrpersäulen (z.B. Rasching-Füllung, Berl-Sattel oder Intalox-Sattel) ergeben grosse Phasengrenzflächen; die Zerstäubungsvorrichtungen ergeben aber noch grössere. Diese hingegen verbessern die Stoffübergabefaktoren an der Flüssigkeitsseite nur in geringem Ma be, da sich an der Oberfläche der Füllkörper ein laminarer Flüssigkeitsfilm ausgestaltet. Als Erfolg findet in der Flüssigkeitsphase überwiegend eine molekulare Diffusion statt, die einen ziemlich langsamen Prozess darstellt. In derartigen herkömmlichen Fällen, in denen die Diffusionsgeschwindigkeit von den Verhältnissen (dem Widerstand) des Flüssigkeitsfilms geregelt wird, würde die Er zeugung einer turbulenten Diffusion - zwecks Förderung der Stoffübergabe - einen Fortschritt bedeuten. Man kann über eine turbulente Diffusion sprechen, wenn anstatt der Moleküle aus hochzahligen Molekülen bestehende Molekülgruppen von der Phasengrenzfläche in die Hauptmasse überführt werden. Das gesetzte Ziel kann durch die Zerstückelung der Phasengrenzfläche, die intensive Vermischung zwischen der Phase und der Hauptmasse, durch die ständige Erneuerung der Grenzfläche, kurz gesagt, durch die Erzeugung einer turbulenten Diffusion erreicht werden. Zur Annäherung des gesetzten Ziels dienen die Füllkörper spezieller Formen (z.B. die Telerette-Füllung). Diese sind in der Mehrzahl der Fälle grossflächige, vielkantige in der Regel durchbrochene Körper, bei denen die Kanten die Flüssigkeit in Tropfen zerlegen. Die Tropfen stossen aneinander und an die Flächen der Füllkörper, die die Flüssigkeitsphase wiederholt zerstückeln und die Phasengrenzfläche erneuern, wodurch der Stoffübergabefaktor an der Flüssigkeitsseite verbessert wird. Die Verwendung der bekannten Verfahren ist beschränkt in jenen Fällen, wo die Flüssigkeit oder die Gasphase irgendeinen Feststoff - z.B. bei den Abgasen Asche - enthält, da die Füllkörper- als Filter funktionieren und sich verunreinigen. Auf diese Weise nehmen der Widerstand und die Betriebskosten zu. Durch die Anwendung neuer Füllkörper von speziellem Format kann die turbulente Diffusion nicht wesentlich erhöht werden; dabei sind die Produktionskosten derartiger Körper hoch. Der Erfindung wurde demnach das Ziel gesetzt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, unter Zuhilfenahme deren die Abscheidung von Stoffen aus einem Gas oder ei ner Flüssigkeit - Absorption und Desorption - mit den bekannten Lösungen verglichen - mit einer erhöhten Wirksamkeit durchgeführt werden. Eine weitere Forderung besteht darin, dass die Belastbarkeit der Vorrichtung zwischen weiten Grenzen geändert werden können soll, ohne die Betriebskosten bedeutend erhöhen zu müssen; die Vorrichtung soll unempfindlich gegenüber den Verunreinigungen sein bzw. es soll die Möglichkeit zur Abscheidung fester Stoffe aus der Gasphase gegeben sein. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass zwecks Förderung der Stoffübergabe die turbulente Diffusion erhöht werden muss, und zwar in der Weise, dass mit Hilfe von durch die Strömung der Gasphase intensiv bewegten, fluidisierten Füllkörpern die Oberfläche ständig vergrössert, die Fläche wiederholt und rasch erneuert und die Flüssigkeitsphase mit der Hauptmasse vermischt werden. Im Sinne der Erfindung wird die Flüssigkeit in der üblichen Weise an dem Oberteil der säulenförmigen Einrichtung eingespeist, während die Gasphase in dem Unterteil eingeführt wird. Die sich in ständiger Bewegung befindenden Füllkörper zerkl--einern kontinuierlich die entstandene disperse Flüssigkeitsphase und erneuern und mischen die Oberflächen. Als Erfolg dieser Tätigkeit entsteht eine grosse Phasengrenzfläche und kommt eine starke turbulente Diffusion in der Flüssigkeitsphase zustande. Demnach bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausscheidung von Stoffen aus einem Gas oder einer Flüssigkeit, insbesondere zur Absorption oder Desorption von Gasen. Das Verfahren wird in einer sogenannten Gegenstromkolonne durchgeführt, an deren einen Seite das Gas, und an deren anderen Seite die Flüssigkeit eingeführt werden kann. Gas und Flüssigkeit werden in die Kolonne durch Verteiler eingeführt; die Flüssigkeit wird über einen Flüssigkeitsverschluss entfernt. Das Wesentliche des erfindungsgemässen Verfahrens liegt darin, dass die an der Behandlung teilnehmende Flüssigkeit über den Flüssigkeitsverteiler auf die in dem Mischraum der Kolonne vorhandene Füllung geleitet wird; währenddessen werden in dem Mischraum der Kolonnen die Füllkörper mit dem über den Gasverteiler von unten her eingeführten, an der Behandlung teilnehmenden Gas in eine intensive Bewegung versetzt; darauffolgend wird die behandelte Flüssigkeit über den an dem Unterteil der Kolonne angeordneten Flüssigkeitsverschluss abgelassen, während das behandelte Gas über den an dem Oberteil der Kolonne vorgesehenen Abführstutzen entfernt wird. Die dem Erfindungsgedanken entsprechende Anlage ist im Einklang mit dem Gesagten in Form einer Kolonne gestaltet; die Anlage ist mit zur Zufuhr der Gase und Flüssigkeiten geeigneten Stutzen, mit Gas- und Flüssigkeitsverteilern, mit einem zur Abfuhr des Gases dienenden Stutzen, desweiteren mit einem mit Flüssigkeitsverschluss ausgestalteten Flüssigkeitsablass versehen; das Wesen besteht darin, dass eine in dem Mischraum der Kolonne bewegte Füllung vorhanden ist, die aus vorzugsweise Schichten bildenden elementaren Körpern besteht. Eine weitere Charakteristik besteht darin, dass die Füllung von einer Menge von Körpern unterschiedlicher Dichte und/oder Grösse gebildet ist. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die die Füllung bildenden elementaren Körper die Gestalt eines Prismas, eines Zylinders oder einer Kugel auf. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform kann dadurch gekennzeichnet werden, dass ein Stutzen vorgesehen ist, über welchen ein oberflächenaktives Benetzungsmittel oder ein sonstiger Zuschlagsstoff der an der Behandlung teilnehmenden Flüssigkeit zugeführt wird. Nach einer weiteren Charakteristik der erfindungsgemässen Anlage sind ein oder mehrere zur Verhinderung der axialen Rückmischung in dem Mischraum dienende Trenngltter eingebaut. Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, die die schematische Anordnung der erfindungsgemässen Anlage darstellt. Shnlich wie bei den bekannten Anlagen sind an dem Körper einer Kolonne l ein Gaseintrittsstutzen 2, ein Flüssigkeitseintrittsstutzen 4, ein Gasverteiler 21, ein Flüssigkeitsverteiler 41, ein Gasaustrittsstutzen 3 und ein mit einem Flüssigkeitsverschluss 9 versehener Flüssigkeitsabfluss 5 angeordnet. In einem inneren Mischraum ll der Anlage ist eine Füllung 6 angeordnet, die ggf. mit Gittern 7 in Lagen unterteilt, in Schichten gegliedert ist Unabhängig davon, ob die Anlage für eine Absorption oder eine Desorption verwendet wird, ist die Wirkungsweise wie folgt: Die über den Gaseintrittsstutzen 2 eintretende, aus dem Gasverteiler 21 nach oben strömende, die zu absorbierende Komponente enthaltende oder die Desorption durchführende Gaskomponente setzt die Füllung 6 in eine intensive Bewegung und bringt sie in dem Mischraum 11 in einen fluidisiert-en Zustand. Die über den Flüssigkeitseintrittsstutzen 4 gleichzeitig eintretende absorbente oder die gelöste Gas komponente enthaltende Flüssigkeit gelangt über den z.B. als Sprühvorrichtung entsprechend ausgestalteten Flüssigkeitsverteiler 41 als disperse Phase auf die Fläche der sich bewegenden Füllung. Gas und Flüssigkeit durchströmen die Anlage im Gegenstrom. Die elementaren Körper der sich infolge der Fluidisation in einer intensiven Bewegung befindenden Füllung 6 - die z.B. einfache Kugeln oder mit Kanten ausgestaltete kleine Prismen sein können - zerkleinern, scheren und erneuern den an ihren Oberflächen vorhandenen Flüssigkeitsfilm, wodurch die Geschwindigkeit des Stoffaustausches zwischen der Gas- und der Flüssigkeitsphase, und damit die Wirksamkeit der Absorption und Desorption bedeutend erhöht werden. Die durch die Anlage strömende und der Behandlung bereits unterworfene Gasphase verlässt das System über den Gasabführstutzen, während die gasfreie Flüssigkeitsphase über den das Entweichen der Gasphase verhindernden, zu diesem Zweck ausgestalteten Flüssigkeltsverschluss 9 abgelassen wird. Aufgrund der im Laufe von Untersuchungen gewonnenen Erfahrungen kann festgestellt werden, dass die Verwendung der sich in einem Fluidisationszustand befindenden Füllungen in der erfindungsgemässen Anlage als Erfolg der vorherbeschriebenen Tätigkeit neben der Erhöhung der Geschwindigkeit der Stoffübergabe auch mit dem Vorteil verbunden ist, dass die änderung der Belastung innerhalb eines weiten Bereichs, praktisch bei einem konstanten Druckabfall, mit niedrigeren Betriebskosten realisiert werden kann, als bei den traditionellen Füllkörperkolonnen mit einem stationären Füllbett. Es wurde beobachtet, dass in gewissen Fällen bei der Anwendung von Fluidisierungsfüllungen eine Rückmischung in axialer Richtung auftreten kann, die das Mass der Stoffübergabe beeinträchtigt. Diese Erscheinung wurde auf zweierlei Weisen eliminiert. Bei der einen Lösungsform wurde das sich im Fluidisationszustand befindende Bett in der axialen Richtung mit Hilfe von Trenngittern 7 in Strecken unterteilt, die die Rückmischung verhindern. Bei der anderen Lösungsform wurde die Gliederung des Bettes in der Axialrichtung durch unterschiedliche Dimen sionen und Dichten der kugelförmigen Füllkörper und die Kombination derselben vorgenommen. Die aus den kugelförmigen Körpern von unterschiedlicher Dichte und Dimension bestehenden Gruppen bilden gut voneinander getrennte Schichten in dem Mischraum. Die Leistung kann weiter erhöht werden, wenn bei in Flüssigkeiten schwer lösbaren Gasen - wie z.B. C02 oder Luft - über den Eintrittsstutzen 8 an der Decke der Kolonne ein flächenaktives Benetzungsmittel in den Fluidisationsraum eindosiert wird. Das Anwendungsgebiet ist viel breiter als bei den traditionellen Systemen, da die erfindungsgemässe Lösung erfolgreich zur Reinigung von Feststoffe und Staub enthaltenden Gasen - aus technologischen Gründen oder zwecks Umweltschutzes - verwendet werden kann. Auch in solchen Fällen wird das den Feststoff - z.B. Russ, Asche oder Metalldampf - enthaltende Gas im Sinne der Erfindung von unten her in die Kolonne eingeführt, wo es die Füllkörper in eine intensive Bewegung versetzt. Auf die sich bewegende Füllung wird die disperse Flüssigkeitsphase von oben her aufgesprüht. Die in der Flüssigkeit enthaltenen Tropfen stossen mit den in dem Gas vorhandenen Feststoffteilchen zusammen, sie umschliessen diese. Das gereinigte Gas wird an dem Oberteil der -Kolonne, die den Feststoff enthaltende Trübe an dem Unterteil der Kolonne, über den Fl üssigkeitsverschl uss entfernt. Die Trübe wird auf an sich bekannte Weise abgesetzt oder weiterverarbeitet. Wie es aus der Beschreibung eindeutig hervorgeht, lösen das erfindungsgemässe Verfahren und die Vorrichtung auf eine grundsätzlich neue und wirksame Weise die mit der Ausscheidung der Materialien aus einem Gas oder einer tlüssigkeit, mit der Absorption und Desorption der Gase zusammenhängenden Aufgaben.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Abscheidung von Stoffen aus Gas oder Flüssigkeit, insbesondere zur Absorption oder Desorp tion von Gasen, wobei das Verfahren in einer soge nannten Gegenstromkolonne (1) durchgeführt wird, die an der einen Seite zur Zufuhr des Gas#es, an der an deren Seite zur Zufuhr der Flüssigkeit geeignet aus gestaltet ist, das Gas und die Flüssigkeit über Ver teiler (21, 41) in die Kolonne (1) zugeführt werden, während die Flüssigkeit über einen Flüssigkeitsver schluss (9) abgelassen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Behandlung teilnehmende Flüssigkeit über den Flüssigkeitsverteiler (41) auf eine in dem Mischraum (11) der Kolonne (1) vorhandene Füllung (6) aus diskreten Füllkörpern geleitet wird, während dessen in dem Mischraum (11) der Kolonne (1) die Füllkörper mit dem über den Gasverteiler (21) von un ten her eingeführten an der Behandlung teilnehmenden Gas in eine intensive Bewegung versetzt werden, da rauffolgend die behandelte Flüssigkeit über den an dem Unterteil der Kolonne (1) angeordneten Flüssigkeits verschluss (9) abgelassen wird, während das behandelte Gas über den an dem Oberteil der Kolonne (1) vorge sehenen Abführstutzen (3) entfernt wird. 2, Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, in einer Kolonnenform ausgestaltet, die mit zur Zu fuhr des Gases und der Flüssigkeit geeigneten Ein trittsstutzen (2, 4), Gas- und Flüssigkeitsverteilern (21, 41), einem Gasabführstutzen (3) und einem über einen Flüssigkeitsverschluss (9) verfügenden Flüssig keitsablass (5) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Mischraum (11) der Kolonne (1) eine in Bewegung versetzbare Füllung (6) vorhanden ist, die aus vorzugsweise Schichten bildenden elementaren Kör pern besteht. 3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung (6) von einer Menge von elementaren Kör pern unterschiedlicher Dichte und/oder Dimension ge bildet ist. 4. Anlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich net, dass die die Füllung (6) bildenden elementaren Körper die Form eines Prismas, eines Zylinders oder einer Kugel aufweisen. 5. Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass der Mischraum (11) mit einem zur Zufuhr eines Zuschlagstoffes geeigneten Stutzen (8) versehen ist, mit Hilfe dessen ein flächenaktives Benetzungsmittel der an der Behandlung teilnehmenden Flüssigkeit zugeführt werden kann. 6. Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dass in dem Mischraum (11) ein oder meh rere die axiale Rückmischung verhindernde Trenngitter (7) eingebaut sind.

Inventors: ALMADI, JOZSEF, DIPL. MASCHINENING., MOLNAR, KAROLY DR., DIPL. MASCHINENING., SZABO, LAJOS DIPL. MASCHINENING., SZENTGYORGYI, SANDOR DR., DIPL. MASCHINENING., Almadi, József, Dipl. Maschinening., Molnar, Károly Dr., Dipl. Maschinening., Szentgyörgyi, Sándor Dr., Dipl. Maschinening.
Applicants: "APRILIS 4" GEPIPARI MUVEK, BUDAPESTI MUSZAKI EGYETEM
Application year: 1983
Main classification: B01D53
IPC codes: B01D47, B01D53