Mit turbulentem Wirbelbett

Abgase aus den unterschiedlichsten industriellen Prozessen enthalten häufig neben den gasförmigen Reaktionsprodukten Stäube in einem weiten Korngrößenbereich, oftmals bis zu 0,1 µm. Die klassische Methode zur Abscheidung dieser Kombination fester und gasförmiger Stoffe basiert auf einer mehrstufigen Behandlung mit der Staubabscheidung in einer ersten Stufe und der darauffolgenden Absorption der Schadgase. Die filternden Staubabscheider arbeiten meist mit Geweben aus Textilien, Glas oder Metall, die nur die partikelförmigen Luftfremdstoffe zurückhalten und die mit Schadgasen beladene Trägerluft passieren lassen. Zur Absorption werden dann häufig Wäscher mit statischen Füllkörpern verwendet, wobei eine bunte Vielfalt der unterschiedlichsten Formen, Materialien und Fabrikate angeboten wird.

Ein fast schon klassischer Gas- und Staubabscheider ist der sogenannte Venturi-Wäscher, der mit relativ hohem Energiebedarf und hohen Gasgeschwindigkeiten eine gute Benetzung der Feinstäube mit dem Waschmedium ermöglicht, aber bei der Absorption der Schadgase nicht immer überzeugen kann. Diese mehrstufige Abgasreinigung ist schon apparativ sehr aufwendig, hinzu kommen die permanent höheren Druckverluste, die während des gesamten Betriebes mit höherem Energieverbrauch bezahlt werden müssen (Abb. 1). Neben den hohen Druckverlusten schlagen die Wartungs- und Instandhaltungskosten für insgesamt zwei Anlagen zu Buche.

Die Wirbelbettwäscher-Technik setzt die Tradition der Fließbettwäscher fort, nutzt allerdings verstärkt die Vorteile der sehr hohen Turbulenzen im dreiphasigen Wirbelbett (Abb. 2). Damit gelang es, Gase und Stäube mit hohem Wirkungsgrad simultan abzuscheiden und das sogar bei konstant niedrigem Energieverbrauch. Anwendbar ist diese Technik auf eine Vielzahl von Schadgasen und auf fast alle Arten von Stäuben. Zu den gasförmigen Substanzen gehören H2S, SO2, HCl, H2SO4, HF, NH3, Cl2, CO2, Amine und andere organische Verbindungen sowie diverse Gerüche. Selbst Feinststäube im Submikronbereich und Aerosole lassen sich mit hohem Wirkungsgrad abscheiden (Abb. 1).

Diese leistungsfähige Wirbelbett-Technik basiert auf einer Schüttung von Kunststoff-Hohlkörpern mit ganz spezieller Formgebung (Abb. 3). Die formgeblasenen Hohlkörper sind äußerst stabil, absolut dicht und so leicht, daß sie im aufströmenden Gasstrom und bei optimaler Berieselung mit dem Waschwasser zuerst nur fluidisieren. Bei der auslegungsgemäßen, optimalen Gasgeschwindigkeit werden sie dann zu der außergewöhnlichen turbulenten Bewegung angeregt, bei der jeder einzelne Füllkörper versucht, das Bett zu füllen.

Bei idealer Abstimmung von Wäscherdesign, Gasgeschwindigkeit, Anzahl von Füllkörpern pro Bett sowie der optimalen Berieselung wird durch die turbulente Durchmischung des dreiphasigen Wirbelbettes ein sehr rascher und fast vollständiger Stoffaustauch erreicht. Feinste Partikel werden benetzt, was deren Übergang ins Waschwasser und damit die Abscheidung aus dem Gasstrom ermöglicht.

Viele maßgeschneiderte Problemlösungen in bereits erfolgreich ausgeführten Anlagen (Abb. 4) beweisen die besonderen Vorteile der Turbopak-Füllkörper in Absorption- wie auch in Desorptionsanlagen:

• dauerhaft gute Abscheideleistung von Gasen und Stäuben,

• konstant niedrige Druckverluste,

• keine Kanalbildung,

• absolut verstopfungsfreier Betrieb sowie

• kompakte Bauweise bei hohem Gasdurchsatz.

Die Turbopak-Füllkörper werden entsprechend den jeweiligen Prozeßbedingungen aus widerstandsfähigem Kunststoff hergestellt und sind dauerhaft beständig gegenüber den verwendeten Chemikalien und sehr abriebfest. Im Gegensatz zu Festbetten werden nur Füllkörper-Schüttungen mit geringer Schütthöhe verwendet, die dann jedoch im turbulenten Betrieb ein 3- bis 5faches Bettvolumen ergeben. Darum ist der Druckverlust gering, auch bei sehr hohem Gasdurchsatz und selbst bei einem großen Verhältnis von Flüssigkeits- zu Gasvolumen. Flüssigkeitsbelastungen von bis zu 7 l/m3 sind möglich.

Das turbulente Wirbelbett mit den dynamischen Turbopak-Füllkörpern ermöglicht eine dauerhafte Behandlung von stark belasteten Abgasen ohne zusätzlichen Inspektions- und Reinigungsaufwand, weil keine Verstopfung und keine Kanalbildung stattfinden kann. Dies erklärt sich aus dem Verfahren selbst. Die Turbopak-Füllkörper unterliegen einer permanenten Selbstreinigung durch dauernde Stöße und Kontakte untereinander im turbulenten dreiphasigen Wirbelbett. Auch aus diesem Grund sind die Abscheide-Wirkungsgrade für Staub und Gase konstant gut.

In der Aluminiumindustrie sind beispielsweise Wäscher für relativ große Gasströme von über 200 000 Nm3/h zur Abscheidung von Fluorwasserstoff und Aluminiumoxid im Einsatz. Insgesamt sechs dieser Wäscher waren zuerst für den Betrieb mit Hohlkugeln ausgelegt worden. Aufgrund der häufigen Verkrustung der Betten und der Kanalbildung im Fließbett sowie steigender Anforderungen an die Abscheideleistung von Naßwäschern mußte dieses System verbessert werden.

In mehrjähriger Entwicklungsarbeit entstand dann die dreiphasige Wirbelbett-Technik, mit der die Wäscher nun schon seit über 10 Jahren zufriedenstellend arbeiten. In diesen 10 Jahren haben die sechs Wäscher rund 100 Milliarden Nm3 gereinigt und dabei sowohl HF als auch Aluminiumoxid und Fluoride so abgeschieden, daß diese Wertstoffe nach der Trocknung wieder in den Elektrolyseprozeß zurückgeführt werden konnten.

Das bereits beschriebene Selbstreinigungsverhalten der Kunststoffhohlkörper ist so effektiv, daß selbst bei sehr stark zur Verkrustung neigenden Stoffen und bei sehr hohen Feststoffgehalten die Füllkörper immer sauber bleiben. Reinigen und verschmutzungsbedingtes Austauschen der Anlagen entfällt somit. Die genannten Vorteile wirken sich natürlich auch auf die Baugröße aus, denn hohe Gasbelastungen erlauben kleinere Apparatedurchmesser und Bauhöhen.

Die richtige Auslegung der Wäscher erfolgt mit Hilfe eines PC-gestützten mathematischen Modells, das nahezu alle Parameter und Einflußgrößen des Wäscherbetriebes berücksichtigt. Die Software ScrubMaster ermöglicht nicht nur die Wäscherauslegung in wenigen Schritten, sondern auch die Kontrolle bestehender Wäscher. Eine optimale Abstimmung der Randbedingungen ist damit ebenso möglich wie die exakte Vorhersage der Abscheideleistungen. Die wichtigsten Parameter lassen sich grafisch darstellen.

Daneben werden auch die wärmetechnischen Kenndaten berücksichtigt. Häufig läßt sich der Wärmeaustausch so geschickt nutzen, daß schon die wirtschaftliche Wärmerückgewinnung die Anlage finanziert. Die vorausberechneten Leistungen konnten bei den bisher ausgeführten Anlagen im Dauerbetrieb bestätigt werden.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist eine Anlage in England bei der Firma Cleavland Potash (Tabelle). In dieser Anlage kann sogar ein Salzschlamm als Waschmedium verwendet werden, der sich durch den Wärmeaustausch im Wäscher aufheizt und dadurch im späteren Prozeß erhebliche Trocknungsenergie spart. Allein dieser zusätzliche Energiespareffekt sorgte für eine sehr rasche Amortisation des eingesetzten Kapitals. Besonders mit Rücksicht auf die in Deutschland fällige Energiesteuer, ist diese Art der Energierückgewinnung nicht nur ökologisch, sondern auch ökonomisch sehr sinnvoll.

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