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Düsentechnik für Gaswäsche und Co.

Robuste Vollkegeldüse reinigt nicht nur Gase besser

| Autor/ Redakteur: Sebastian Rohacz* / M.A. Manja Wühr

Ob Gaswäsche, Füllkörperberieselung oder Destillation – Vollkegeldüsen erzeugen in all diesen Prozessen die notwendigen Tropfen. Doch Verstopfungen und zu feine Tropfen führen häufig zu Problemen im Prozess. Wie sich dank optimierter Vollkegeldüsen die Reinigungsleistung verbessern und Verkokungen der Packungen vermeiden lassen, lesen Sie im folgenden Beitrag.

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CFD-Simulation einer Gaswäsche im Sprühturm: Entscheidend ist es, die Reinigungsflüssigkeit gleichmäßig im Turm zu verteilen.
CFD-Simulation einer Gaswäsche im Sprühturm: Entscheidend ist es, die Reinigungsflüssigkeit gleichmäßig im Turm zu verteilen.
(Bilder: Lechler)

Die sichere Beherrschung verfahrenstechnischer Prozesse spielt in der chemischen, petrochemischen sowie in der Öl- und Gasindustrie eine immer bedeutendere Rolle. Dazu zählen insbesondere die Destillation, Quenchkühlung, Rektifikatoren sowie die Gaswäsche. Im Kern geht es meist darum, Moleküle bzw. Energie aus einem Fluidstrom auf einen anderen zu übertragen.

Bei der Verbrennung von Fest- und Flüssigstoffen sowie im Rahmen der Herstellung von Schwefel-, Phosphorsäure- oder Düngemitteln entstehen (Ab-)Gase, die mit unterschiedlichen unerwünschten bzw. schädlichen Partikeln durchsetzt sind. Bevor sie im Prozess weitergeleitet oder an die Umgebungsluft abgegeben werden, müssen sie vor dem Hintergrund strenger gesetzlicher Grenzwertvorgaben zuverlässig und effizient gereinigt werden.

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Ein geeignetes Verfahren ist die industrielle Gaswäsche (Absorption): Das Gas wird dabei mit einem Flüssigkeitsstrom in Kontakt gebracht. Um ein effizientes und zuverlässiges Verfahren sicherzustellen, sind eine optimale Verteilung des Gases, große Reaktionsoberflächen und letztlich Düsen erforderlich, die die dafür notwendigen Tropfen erzeugen. Im Anschluss an den Absorptionsprozess entfernen Abscheider mitgerissene Tropfen aus dem Gasstrom und schützen nachgeschaltete Anlagenteile.

Im industriellen Maßstab findet Gaswäsche in Sprühtürmen mit oder ohne Packungsebenen statt. Dabei strömt das Gas von unten ein und steigt nach oben. Ziel ist, die Reinigungsflüssigkeit gleichmäßig im Turm zu verteilen und möglichst große Angriffsflächen zu erzeugen. Diese Aufgabe übernehmen traditionell Vollkegeldüsen: Sie sind robust, kostengünstig, einfach installier- und im Service- bzw. Wartungsfall unkompliziert wechselbar. Darüber hinaus führen Vollkegeldüsen nur zu einem geringen Druckverlust des Gases. Das spart Energie, in der Regel reichen kleine Pumpen und Kompressoren aus.

Verstopfungen vermeiden

Dennoch gibt es in bestimmten Anwendungen Probleme damit, dass sich größere, im Reinigungsmedium befindliche Partikel in den Düsen verfangen und zu Verstopfungen führen. Lechler hat deshalb eine neuartige Düse mit innovativem Dralleinsatzdesign entwickelt. Die Vollkegeldüsenbaureihe 419 Free Flow erzielt Querschnitte mit stabilen Strahlwinkeln, die drei- bis viermal größer sind als jene konventioneller Vollkegeldüsen. Dabei haben die Ingenieure von Lechler besonders darauf geachtet, dass auch bei geringen Drücken eine möglichst gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung erzielt wird.

Noch vor gut einem Jahr hatte ein Lechler-Kunde in seinem Sprühturm von knapp zehn Metern Höhe und drei Metern Durchmesser konventionelle Düsen verbaut. Diese erzeugten jedoch zu feine Tropfen, die vom Gasmassenstrom mit ca. 30 000 kg/h bei einer Temperatur von 30 bis 60 °C mitgerissen wurden und zu großen Teilen im nachgeordneten Tropfenabscheider landeten. Dessen Aufgabe ist es zwar, Tropfen aus dem Gasstrom abzuscheiden, der überwiegende Teil des Wassers soll jedoch das Gas reinigen und muss dazu in die Packungsebene gelangen.

Lechler riet zur Umrüstung auf die Vollkegeldüsenbaureihe 419 Free Flow. Mit durchschlagendem Erfolg: Sechs Düsen erzeugen im Sprühturm größere Tropfen, führen zu einem besseren Reinigungsergebnis und binden weniger Wasser im Tropfenabscheider. Mit ihrer Verstopfungsunempfindlichkeit, großen freien Querschnitten und stabilen Strahlwinkeln ist die neue Vollkegeldüse für vielfältige Einsätze bei der Gaswäsche, Füllkörperberieselung, Staubbekämpfung, Absorption und in Destillationskolonnen geeignet. Aufgrund ihrer optimierten Flüssigkeitsverteilung im Behälter sind in vielen Fällen Packungen verzichtbar. Wo sie zwingend notwendig sind, lassen sich mit der Vollkegeldüsenbaureihe 419 Free Flow Verkokungen vermeiden. Wird die Packungsebene nicht gleichmäßig bzw. vollständig mit Flüssigkeit durchflossen, können Verkokungen auftreten, die zu einer Minderung der Anlagenleistung oder sogar zum vorzeitigen Wechsel der Packungsebene führen können. In der Standardausführung werden die Düsen aus hochwertigem Edelstahl 1.4404 gefertigt, sind auf Anfrage aber auch in anderen Materialien lieferbar. Neben metrischen Gewinden ist die neue Vollkegeldüsenbaureihe auch mit NPT-Gewinden oder Flanschanschluss verfügbar.

Maßgeschneiderte Gaswäsche

Es entspricht der Komplexität der Prozesse, dass sich Lechler nicht als reiner Komponentenlieferant, sondern als integrierter Komplettlösungsanbieter versteht. Als weltweit einziger Düsenhersteller zählt Lechler eigene Tropfenabscheider zum Portfolio. Das Metzinger Unternehmen versteht sich nicht nur darauf, Flüssigkeiten auszubringen: Der Düsenspezialist weiß auch, wie unerwünschte Tropfen (wieder) aus Gasen zu entfernen sind. Dabei fließt das gesammelte Düsen- und Prozess Know-how in die Konzeption, die Dimensionierung und in die Herstellung von Tropfenabscheidern ein.

Lechler stellt Tropfenabscheider für den vertikalen und horizontalen Einbau in unterschiedlichsten Materialien und Bauformen her. Für extrem feine Tropfen kommen Lösungen in einer Kombination aus Gestricken und Lamellenabscheidern zum Einsatz. Selbst bei geringen Abmessungen bewältigen Tropfenabscheider von Lechler hohe Anströmgeschwindigkeiten. Mit vergleichsweise geringen Druckverlusten sind diese in der Lage, selbst feinste Tropfen mit Durchmessern kleiner zehn Mikrometer abzuscheiden. Anwender schonen und schützen ihre nachgeschalteten Anlagenteile, erhöhen die Produktionsausbeute, reduzieren den Energieverbrauch und senken ihre Kosten.

Bei der Konzeption von Gasreinigungs- und Absorptionssystemen legt Lechler größten Wert auf anforderungsspezifische Kundenlösungen. Am Anfang stehen vielfach datenbasierte Simulationsverfahren zur Prozessoptimierung sowie Leistungstests im eigenen, modernen Technologiezentrum in Metzingen. Merkmale wie Volumenstrom, Flüssigkeitsverteilung, Tropfengröße, Tropfengeschwindigkeit sowie Strahlkraft und Strahlwinkel einer Düse lassen sich dort prüfen und messen. Darüber hinaus können Wärme- und Massenaustauschvorgänge unter Anwenderbedingungen simuliert werden, um die optimale Eindüsmenge zu bestimmen und die bestmögliche Gasverteilung im Eindüsungsbereich zu erzielen. Nicht selten mit dem Ergebnis, dass beispielsweise Absorptionskolonnen kompakter und kostengünstiger erstellt werden können als zunächst angenommen. Im Ergebnis führt das zu einem sparsamen Umgang mit dem Reinigungsmedium und Energie. Das senkt nicht nur die Kosten, sondern leistet auch einen Beitrag zum Umweltschutz. Mit transparenten Simulationsverfahren und auf Effizienz zielende Testverfahren im Technologiezentrum erkennen Kunden frühzeitig und nachvollziehbar, welche Faktoren in ihrem Prozess eine Rolle spielen und wie diese miteinander in Verbindung stehen. Sie erhalten damit eine solide und Risiken minimierende Grundlage, auf der sie ihre Investitionsentscheidungen treffen können.

* Der Autor ist im Business Development bei Lechler in Metzingen tätig.

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