BODE, Andreas (Rheindammstr. 46, Mannheim, 68163, DE)
HERRMANN, Eberhard (Radolfstr. 7c, Frankenthal, 67227, DE)
LINSENBÜHLER, Markus (Klausenpfad 22, Heidelberg, 69121, DE)
SACHWEH, Bernd (Großgasse 20a, Meckenheim, 67149, DE)
PILZ, Michael (Königsberger Str. 66, Hemsbach, 69502, DE)
MERTLER, Michael (Burgstraße 33a, Freinsheim, 67251, DE)
MEIER, Matthias Wilhelm (Oberlinstr. 15, Ludwigshafen, 67069, DE)
HALPAP, Jörg (Max-Joseph-Str.23, Mannheim, 68167, DE)
BODE, Andreas (Rheindammstr. 46, Mannheim, 68163, DE)
HERRMANN, Eberhard (Radolfstr. 7c, Frankenthal, 67227, DE)
LINSENBÜHLER, Markus (Klausenpfad 22, Heidelberg, 69121, DE)
SACHWEH, Bernd (Großgasse 20a, Meckenheim, 67149, DE)
PILZ, Michael (Königsberger Str. 66, Hemsbach, 69502, DE)
MERTLER, Michael (Burgstraße 33a, Freinsheim, 67251, DE)
MEIER, Matthias Wilhelm (Oberlinstr. 15, Ludwigshafen, 67069, DE)
| Patentansprüche Vorrichtung zum Abscheiden von Flüssigkeitströpfchen aus einem diese enthaltenden Einsatzgasstrom mit einer Flüssigkeitsbeladung des Einsatzgasstromes von größer als 10 I Flüssigkeit / m3 Einsatzgas, umfassend ein Verweilzeitgefaß (1 ) zur Vorabscheidung eines Teiles der Flüssigkeitströpfchen aus dem Einsatzgasstrom unter Einwirkung der Gravitation, mit einer Zuführleitung (2) für den Einsatzgasstrom in das Verweilzeitgefaß (1 ) und einer Abführleitung (3) für den an Flüssigkeitströpfchen abgereicherten, aus dem Verweilzeitgefaß (1 ) ausströmenden Gasstrom und tangentiale Zuführung desselben in einen Zentrifugaltropfenabscheider (4), wobei die Abführleitung (3) im oberen Bereich des Verweilzeitgefäßes (1 ) oberhalb des Flüssigkeitsspiegels der abgeschiedenen Flüssigkeit angeordnet und von der Zuführleitung (2) soweit beabstandet ist, dass die Verweilzeit des Gasstromes im Verweilzeitgefaß (1 ) maximal ist, sowie mit einer Abführleitung (5) für die im Verweilzeitgefaß (1 ) abgeschiedene Flüssigkeit am Boden desselben, und wobei als Zentrifugaltropfenabscheider (4) ein axialsymmetrischer Apparat mit vertikaler Längsachse und kreisförmigem Querschnitt, mit einem Mantel, und Hauben am oberen und am unteren Ende des Mantels eingesetzt wird, und wobei im Bereich der unteren Haube des Zentrifugaltropfenabscheiders (4) ein Abführstutzen (6) für die im Zentrifugaltropfenabscheider (4) abgeschiedene Flüssigkeit angeordnet ist, der so dimensioniert ist, dass er in die am Boden des Verweilzeitgefäßes (1 ) stehende Flüssigkeit oder in eine in einer Tasse im Inneren des Verweilzeitgefäßes (1 ) stehende Flüssigkeit eintaucht, sowie mit einem zentralen Gasaustrittsstutzen (7) am oberen Ende des Zentrifugaltropfenabscheiders (4) für den im Zentrifugaltropfenabscheider (4) weiter gereinigten Gasstrom, und wobei sowohl die Zuführung des an Flüssigkeitströpfchen abgereicherten Gasstromes aus dem Verweilzeitgefäß (1 ) über die Abführleitung (3) als auch die Ableitung der im Zentrifugaltropfenabscheider (4) abgeschiedenen Flüssigkeit über die Leitung (6) in das Verweilzeitgefäß (1 ) ohne den Einsatz von Pumpen und Absperrorganen erfolgt. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit des Gasstromes im Verweilzeitgefäß (1 ) mindestens zwei Minuten beträgt. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verweilzeitgefäß (1 ) als überwiegend zylindrischer Apparat, mit horizontaler Längsachse ausgebildet ist, und wobei die Zuführleitung (2) für den Einsatzgasstrom sowie die Abführleitung (3) für den an Flüssigkeitströpfchen abgereicherten Gasstrom jeweils im oberen Bereich desselben und bevorzugt soweit wie mög- lieh voneinander entfernt, an beiden Enden des Verweilzeitgefäßes (1 ) angeordnet sind. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrifugaltropfenabscheider (4) über dem Abführstutzen (6) am unteren Ende desselben einen Apexkegel (8) sowie Strömungsbrecher (9), in Form von senkrecht auf dem Boden der unteren Haube, radial angeordneten Blechen, aufweist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrifugaltropfenabscheider (4) im Bereich der oberen Haube um die Gasaustrittsleitung (7) herum eine nach unten offene Abtropfschürze (10) aufweist, an der Flüssigkeitströpfchen aus dem Gasstrom, der über die Gasaustrittsleitung (7) austritt, abgeschieden werden. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die tangentiale Zuführung des aus dem Verweilzeitgefäß (1 ) ausströmenden Gasstroms über die Abführleitung (3) in den Zentrifugaltropfenabscheider (4) über einen rechteckigen Einlauf erfolgt, dessen Höhe größer als seine Breite ist. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Höhe zu Breite des rechteckigen Einlaufe in den Zentrifugaltropfenabscheider (4) im Bereich von 2,5 : 1 bis 5 : 1 , bevorzugt bei 3 : 1 , liegt. |
ZENTRIFUGALABSCHEIDER
5 Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden von Flüssigkeitströpfchen aus einem diese enthaltenden Einsatzgasstrom.
10 Zentrifugaltropfenabscheider, auch als Zyklone bezeichnet, sind in der Verfahrenstechnik bekannt und werden beispielsweise zum Abscheiden von Flüssigkeitströpfchen aus diese enthaltenden Gasströmen eingesetzt. Zentrifugaltropfenabscheider (Zyklone) sind rotationssymmetrische Apparate, mit in der Regel vertikaler Rotationsachse, häufig überwiegend zylindrische Apparate. Indem das aufzutrennende zweiphasige,
15 Flüssigkeits-/Gas-Gemisch tangential zugeführt wird, wird diesem eine spiralförmige Bewegung entlang der Innenwand des Apparates aufgeprägt, wobei unter Einwirkung der Zentrifugalkraft eine Auftrennung der Komponenten des Gemisches in Abhängigkeit von der Dichte derselben erfolgt. Die schwereren Flüssigkeitströpfchen werden aus dem Gas an den Innenwänden des Zentrifugaltropfenabscheiders abgeschieden,
20 sammeln sich im unteren Bereich des Apparates und werden über einen Abführstutzen ausgetragen.
Im Falle von viskosen und/oder klebrigen und/oder zu Verkrustungen neigenden Flüssigkeiten und/oder Feststoffe enthaltenden Flüssigkeiten kann das Problem auftreten, 25 dass sich die Flüssigkeitströpfchen oder Feststoffkrusten an den Innenwänden des Apparates ablagern, nicht mehr über den Abführstutzen ablaufen, so dass es zum Fowling verbunden mit einer sich verschlechternden Abscheidung und schließlich zum Fluten des Apparates kommt.
30 Zum Abscheiden von Flüssigkeitströpfchen aus Gasströmen für niedrige Flüssigkeitsbeladungen sind auch weitere Apparate, insbesondere Lamellenabscheider, Dralltropfenabscheider oder Drahtgestricke (wire mesh), bekannt. In diesen Apparaten kann es jedoch durch Ablagerungen zu Krustenbildung kommen, so dass nicht über einen längeren Zeitraum konstant hohe Abscheidegrade erreicht werden können, weil
35 die für die Abscheidung relevanten Elemente durch Belege in kürzester Zeit deaktiviert werden oder verstopfen.
In der Regel erfolgt eine diskontinuierliche oder auch kontinuierliche Reinigung dieser Apparate mittels Sprühdüsen. Die Spülflüssigkeit wird in den Gasstrom dispers einge¬
40 sprüht und muss aus diesem wieder abgeschieden werden. Zentrifugaltropfenabscheider sind dagegen deutlich weniger verschmutzungsanfällig und können zudem auch für hohe Flüssigkeitsbeladungen verwendet werden. Alle Tropfenabscheider haben jeweils eine Obergrenze für die Flüssigkeitsbeladung. In der Regel ist diese Grenze bei den Zentrifugaltropfenabscheidern am höchsten. Für sehr hohe Abscheidegrade > 99 % liegt diese Grenze bei den Zentrifugaltropfenabscheidern bei einer maximalen Flüssigkeitsbeladung (Flüssigkeitsgrenzbeladung) häufig bei etwa 10 I Flüssigkeit pro m 3 Gas. Bei höheren Beladungen kommt es zum Mit- riss von Flüssigkeit ins Reingas. Dies kann bei sehr hohen Beladungen schwallartig erfolgen.
Gasströme, die eine höhere Flüssigkeitsbeladung als die Grenzbeladung für einen Zentrifugaltropfenabscheider aufweisen, müssen daher vor der Zuführung zu einem Zentrifugaltropfenabscheider in einem Vorabscheider oder Grobabscheider zunächst auf einen Flüssigkeitsgehalt unterhalb der Grenzbeladung, mit der der Zentrifugaltropfenabscheider beaufschlagt werden kann, abgereichert werden. Hierfür kann beispielsweise ein Verweilzeitgefäß eingesetzt werden, worin sich die Flüssigkeitströpfchen unter Einwirkung der Gravitation abscheiden, das ausreichend dimensioniert sein muss, um die erforderliche Vorabscheidung (Grobabscheidung) zu gewährleisten.
Die bislang bekannten Apparate für den Gesamtprozess der Abscheidung, das heißt Vorabscheidung (Grobabscheidung) und Feinabscheidung, hatten jedoch einen großen Platzbedarf. Darüber hinaus erfolgte die Abscheidung in unterschiedlichen Behältern.
Es war demgegenüber Aufgabe der Erfindung, eine kompakte Vorrichtung zur Abscheidung von Flüssigkeitströpfchen aus einem diese enthaltenden Gasstrom zur Verfügung zu stellen, die zur Abscheidung von Flüssigkeitströpfchen aus Gasströmen mit hoher Flüssigkeitsbeladung, oberhalb der für einen Zentrifugaltropfenabscheider zulässigen Grenzbeladung geeignet ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Abscheiden von Flüssigkeitströpfchen aus einem diese enthaltenden Einsatzgasstrom mit einer Flüssigkeitsbeladung von > 10 I Flüssigkeit/ m 3 Einsatzgas, umfassend ein Verweilzeitgefäß zur Vorabscheidung eines Teiles der Flüssigkeitströpfchen aus dem Einsatzgasstrom unter Einwirkung der Gravitation, mit einer Zuführleitung für den Einsatzgasstrom in das Verweilzeitgefäß und einer Abführleitung für den an Flüssigkeitströpfchen abge- reicherten, aus dem Verweilzeitgefäß ausströmenden Gasstrom und mindestens einer tangentialen Zuführung desselben zu einem Zentrifugaltropfenabscheider, worin eine Feinabscheidung erfolgt, und wobei die Abführleitung im oberen Bereich des Verweil- zeitgefäßes angeordnet ist und von der Zuführleitung maximal beabstandet ist, sowie mit einer Abführleitung für die im Verweilzeitgefäß abgeschiedene Flüssigkeit am Boden desselben, und wobei als Zentrifugaltropfenabscheider ein axialsymmetrischer Apparat mit vertikaler Längsachse und kreisförmigem Querschnitt, mit einem Mantel, und Hauben am oberen und am unteren Ende des Mantels eingesetzt wird, und wobei im Bereich der unteren Haube des Zentrifugaltropfenabscheiders eine Abführleitung für die im Zentrifugaltropfenabscheider abgeschiedene Flüssigkeit angeordnet ist, die so ausgelegt ist, dass sie in die am Boden des Verweilzeitgefäßes stehende Flüssigkeit oder in eine in einer Tasse im Inneren des Verweilzeitgefäßes (1 ) stehende Flüssigkeit eintaucht, sowie mit einer Gasaustrittsleitung am oberen Ende des Zentrifugaltropfenabscheiders für den im Zentrifugaltropfenabscheider weiter gereinigten Gasstrom, und wobei sowohl die Zuführung des an Flüssigkeitströpfchen abgereicherten Gasstromes aus dem Verweilzeitgefäß über die Abführleitung in den Zentrifugaltropfenabscheider als auch die Ableitung der im Zentrifugaltropfenabscheider abgeschiedenen Flüssigkeit über die Abführleitung in das Verweilzeitgefäß ohne den Einsatz von Pumpen und Absperrorganen erfolgt.
Es wurde gefunden, dass es möglich ist, eine kompakte Einrichtung zur Abscheidung von Flüssigkeitströpfchen aus Gasströmen mit hoher Flüssigkeitsbeladung zur Verfü- gung zu stellen, die große freie Querschnitte aufweist, so dass auch bei Belegen der inneren Oberflächen die Abscheideleistung nur sehr langsam zurückgeht, weil der Abscheidemechanismus nur unwesentlich gestört wird. In Zonen mit erhöhter Gasgeschwindigkeit, beispielsweise Gaseintrittszonen, wird darüber hinaus eine teilweise Selbstreinigung erwartet.
Bevorzugt ist das Verweilzeitgefäß sowie die Anordnung der Zuführleitung für den Einsatzgasstrom in das Verweilzeitgefäß und die Abführleitung im oberen Bereich des Verweilzeitgefäßes für den an Flüssigkeitströpfchen abgereicherten, aus dem Verweilzeitgefäß ausströmenden Gasstrom, so ausgelegt, dass die Verweilzeit des Gasstro- mes im Verweilzeitgefäß mindestens 2 Minuten beträgt.
Bevorzugt ist das Verweilzeitgefäß als überwiegend zylindrischer Apparat, mit horizontaler Längsachse ausgebildet, wobei die Zuführleitung für den Einsatzgasstrom sowie die Abführleitung für den an Flüssigkeitströpfchen abgereicherten Gasstrom jeweils im oberen Bereich desselben und bevorzugt soweit wie möglich voneinander entfernt angeordnet sind.
Der Abführstutzen für die im Zentrifugaltropfenabscheider abgeschiedene Flüssigkeit in das Verweilzeitgefäß muss im Verweilzeitgefäß in Flüssigkeit getaucht sein, um eine Bypassströmung des Einsatzgasstromes aus dem Verweilzeitgefäß in den Zentrifugaltropfenabscheider über den Abführstutzen, ohne Vorabscheidung eines Teiles der Flüssigkeitströpfchen aus dem Einsatzgasstrom unter Einwirkung der Gravitation im Verweilzeitgefäß zu verhindern. Hierzu kann der Abführstutzen so ausgelegt sein, dass er unterhalb des Flüssigkeitsniveaus der am Boden des Verweilzeitgefäßes abgeschiedenen Flüssigkeit endet, es ist jedoch auch möglich, dass der Abführstutzen in einer Tasse unterhalb des Flüssigkeitsspiegels einer darin befindlichen Flüssigkeit endet. Die Tasse muss im Inneren des Verweilzeitgefäßes angeordnet sein, es ist jedoch in ihrer Geometrie, ihren Abmessungen sowie ihrer Positionierung im Verweilzeitgefäß nicht eingeschränkt. Bevorzugt ist die in der Tasse befindliche Flüssigkeit dieselbe wie die im Verweilzeitgefäß abgeschiedene Flüssigkeit. Die Ausführungsvariante mit Tauchung des Abführstutzens in eine mit Flüssigkeit gefüllte Tasse hat gegenüber der Ausführungsvariante mit Tauchung in die am Boden des Verweilzeitgefäßes stehende Flüssigkeit den Vorteil, dass der Flüssigkeits-Holdup in der Tasse kleiner seiner kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Zentrifugaltropfenabscheider über dem Abführstutzen am unteren Ende desselben einen Apexkegel auf, sowie Strömungsbrecher in Form von senkrecht auf dem Boden der unteren Haube radial angeordneten Blechen.
Aus fertigungstechnischen Gründen ist ein unten offener Apexkegel bevorzugt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Zentrifugaltropfenabscheider im Bereich der oberen Haube um die Gasaustrittsleitung herum eine nach unten offene Abtropfschürze auf, an der Flüssigkeitströpfchen aus dem Gasstrom, der über die Gasaustrittsleitung austritt, abgeschieden werden.
Die Abtropfschürze ist bevorzugt um etwa mindestens 20 % länger als der in den Innenraum des Zentrifugaltropfenabscheiders hineinragende Teil der Gasaustrittsleitung, die auch als Tauchrohr bezeichnet wird. Die tangentiale Zuführung des aus dem Verweilzeitgefäß über die Abführleitung in den Zentrifugaltropfenabscheider ausströmenden Gasstromes erfolgt über einen Einlauf, der geometrisch unterschiedlich ausgestattet sein kann: er kann beispielsweise kreisförmig sein, was insbesondere bei Druckapparaten vorteilhaft ist, quadratisch oder auch rechteckig. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die tangentiale Zufüh- rung des aus dem Verweilzeitgefäß ausströmenden Gasstromes über die Abführleitung in den Zentrifugaltropfenabscheider über einen rechteckigen Einlauf, dessen Höhe größer als seine Breite ist. Bevorzugt liegt das Verhältnis von Höhe zu Breite des rechteckigen Einlaufe in den Zentrifugaltropfenabscheider im Bereich von 2,5 : 1 bis 5 : 1 , bevorzugt bei 3 1 . In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind im Bereich der oberen Haube des Zentrifugaltropfenabscheiders zwei, drei oder mehrere, symmetrisch am Umfang der oberen Haube angeordnete Eintrittsöffnungen für eine tangentiale Zuführung von Spülflüssigkeit, in derselben Richtung wie die Zuführung des abgereicherten Gasstromes aus dem Verweilzeitgefäß in den Zentrifugaltropfenabscheider über die Abführleitung, vorgesehen.
Die Spülflüssigkeit wird auf das jeweilige Stoffsystem abgestimmt, insbesondere soll sie unter Verfahrensbedingungen, nicht verdampfen oder nur einen geringen Dampf- druck aufweisen und soll bevorzugt mit der aus dem Einsatzgasstrom abgeschiedenen Flüssigkeit mischbar sein.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Apparates zur Abscheidung von Flüssigkeitströpfchen aus einem Gasstrom. Der in Figur 1 dargestellte kompakte Abscheider umfasst ein Verweilzeitgefäß 1 mit Zuführleitung 2 für den Einsatzgasstrom und Abführleitung 3 für den an Flüssigkeitströpfchen abgereicherten, aus dem Verweilzeitgefäß 1 ausströmenden Gasstrom und tangentiale Zuführung desselben über einen in der in der Figur dargestellten bevorzugten Ausführungsform eckigen Einlauf zu einem Zentrifugaltropfenab- scheider 4. Die Abführleitung 3 ist im oberen Bereich und dem Einlauf 2 angeordnet. Das Verweilzeitgefäß 1 weist an seinem unteren, der Zuführleitung 2 gegenüberliegenden Ende eine Abführleitung 5 für die im Verweilzeitgefäß abgeschiedene Flüssigkeit auf. Der Zentrifugaltropfenabscheider 4 ist in der in der Figur dargestellten bevorzugten Ausführungsform ein hochzylindrischer Apparat, mit Zuführung des teilweise abgerei- cherten Gasstromes aus dem Verweilzeitgefäß 1 über die Abführleitung 3 und Ableitung des gereinigten Gasstromes über den zentralen Gasaustrittsstutzen 7. In der in der Figur dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist im Bereich der unteren Haube, die bevorzugt kegelstumpfförmig ausgebildet ist, ein unten offener Apexkegel 8 zum Schutz der bereits abgeschiedenen Flüssigkeit und zum Stabilisieren des zentra- len Wirbels angeordnet, sowie Strömungsbrecher 9 in Form von senkrecht auf dem Boden der unteren Haube, radial angeordneten Blechen. Die Abführleitung 6 am unteren Ende des Zentrifugaltropfenabscheiders reicht bis unterhalb des Flüssigkeitsspiegels im Verweilzeitgefäß 1 .