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Die Erfindung betrifft eine Gasverteileranordnung zum Verteilen eines Gases auf einen durch einen Mantel begrenzten Mantelraum, insbesondere einen Mantelraum einer Kolonne, mit einem umlaufenden Mantel, der jenen Mantelraum begrenzt, wobei der Mantel eine dem Mantelraum zugewandte Innenseite aufweist, sowie mit einem Gasverteiler zum Verteilen eines Gases auf den Mantelraum.
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Kolonnen zum Stoff- und Wärmeaustausch zwischen einer gasförmigen und einer flüssigen Phase (Stoffaustauschkolonnen) sind aus zahlreichen verfahrenstechnischen Anwendungen bekannt. In einigen Anwendungen kann die gasförmige Phase Sauergase enthalten. Die saure Wirkung kann auf das Mantelmaterial korrosiv wirken. Üblicherweise ist aber ein solcher Mantel aus unlegiertem Stahl (sogenannter Kohlenstoffstahl oder auch Carbonstahl) und durch eine Flüssigkeitsschicht benetzt, wodurch ein direkter Kontakt der Sauergase mit dem Kolonnenmantel verhindert wird und somit Korrosion vorgebeugt wird. Bei der Gaszuspeisung im Sumpf von Kolonnen, die ein mit Sauergas beladenes Gas verarbeiten, kann jedoch durch die Zuspeisung mit einem Stutzen auf der dem Stutzen gegenüberliegenden oder einem benachbarten Bereich ein Trockenblasen des Kolonnenmantels aufgrund der ständigen direkten Anströmung mit hohen Gasgeschwindigkeiten auftreten.
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Deshalb muss dieser Bereich mit einem hochwertigeren, korrosionsbeständigen und dadurch kostspieligem SS-Material ausgeführt oder durch eine Abdeckung (SS-cladding) geschützt werden.
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Hiervon ausgehend liegt daher der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, eine Gasverteileranordnung zu schaffen, mit der ein kostspieliger Korrosionsschutz der vorgenannten Art vermeidbar ist.
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Dieses Problem wird durch eine Gasverteileranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Danach ist vorgesehen, dass der Gasverteiler zum Verteilen des Gases ein längserstrecktes, im Mantelraum angeordnetes Verteilrohr aufweist, wobei das Verteilrohr zum Verteilen des Gases auf den Mantelraum zumindest eine Verteilöffnung und ein an der mindestens einen Verteilöffnung angeordnetes Prallelement zum Ablenken des zu verteilenden Gases aufweist, insbesondere derart, dass bei einem bestimmungsgemäßen Betrieb der Gasverteileranordnung durch die mindestens eine Verteilöffnung austretendes Gas einen Impuls bzw. eine Geschwindigkeit aufweist, der bzw. die nicht ausreichend ist, um einen durch das austretende Gas angeströmten (benetzten) Bereich der besagten Innenseite des Mantels zu trocknen.
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Damit entfällt die Notwendigkeit, ein korrosionsbeständigeres und somit teureres Material für den (Kolonnen)mantel im Bereich der Gaseinspeisung einzusetzen. Somit ist auch keine Schweißnaht zwischen unterschiedlichen Werkstoffen erforderlich.
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Vorzugsweise geht das Verteilrohr von einem im Mantelraum vorgesehenen Gaszuspeisestutzen ab, der insbesondere von der Innenseite des Mantels in den Mantelraum ragt, wobei sich bevorzugt das Verteilrohr, insbesondere bei einem Kolonnen- bzw. Manteldurchmesser von 1200 mm und darüber, entlang der Horizontalen zu einem dem Gaszuspeisestutzen gegenüberliegenden Bereich der Innenseite des Mantels erstreckt, so dass insbesondere ein freies Ende des Verteilrohres jenem Bereich der Innenseite gegenüberliegt. Dabei kann das freie Ende auf einem von der Innenseite in den Mantelraum abragenden Lager gelagert sein, wobei jenes Lager insbesondere als ein Gleitlager ausgebildet sein kann. Es kann sich bei dem Lager jedoch auch um ein Festlager handeln.
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Bevorzugt ist das freie Ende des Verteilrohres in der vorgenannten Variante der Erfindung geschlossen ausgebildet, wobei die Verteilung der gasförmigen Phase auf den Mantelraum bevorzugt über eine Mehrzahl an Verteilöffnungen erfolgt, die an einer entlang der Horizontalen erstreckten, umlaufenden Wandung ausgebildet sind (z. B. in Form von Bohrungen).
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Einzelne, mehrere oder alle Verteilöffnungen können dabei – bezogen auf einen bestimmungsgemäß angeordneten Zustand des Verteilrohrs – entlang der Horizontalen zur Seite weisen, entlang einer Öffnungsrichtung, die einen nichtverschwindenden Winkel mit der Horizontalen einschließt, schräg nach unten weisen, entlang einer Öffnungsrichtung, die einen nichtverschwindenden Winkel mit der Horizontalen einschließt, schräg nach oben weisen, entlang der Vertikalen nach oben weisen, oder entlang der Vertikalen nach unten weisen, wobei insbesondere die Öffnungen jeweils so gerichtet und geformt sind, dass bei einem bestimmungsgemäßen Betrieb der Gasverteileranordnung durch die Verteilöffnungen austretendes Gas einen Impuls (Geschwindigkeit) aufweist, der nicht ausreichend ist, um einen durch das austretende Gas angeströmten (benetzten) Bereich der Innenseite des Mantels trocken zu blasen.
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Des Weiteren können die Verteilöffnungen dabei jeweils den gleichen Durchmesser bzw. gleichgroße Öffnungsflächen aufweisen. Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass die besagten Verteilöffnungen zum Einstellen einer gleichmäßigen Gasverteilung im Mantelraum unterschiedliche Durchmesser oder Öffnungsflächen aufweisen. Generell können einzelne, mehrere oder alle Verteilöffnungen eine kreisförmige Kontur oder eine rechteckförmige Kontur (oder eine sonstige, davon abweichende Kontur) aufweisen.
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Weiterhin ist in einer Variante der Erfindung vorgesehen, dass sich das eine Prallelement (Prallblech) entlang des Verteilrohres, insbesondere parallel zum Verteilrohr, erstreckt, so dass es insbesondere in einer senkrecht zu einer Längsachse des Verteilrohres verlaufenden Ebene einen vordefinierten (konstanten) Abstand zum Verteilrohr bzw. zur Wandung des Verteilrohres aufweist. Hierbei kann das (flächige) Prallelement des Weiteren eine Neigung gegenüber der Horizontalen im Bereich von 0° bis 90° aufweisen.
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Weiterhin kann ein weiteres längserstrecktes Prallelement vorgesehen sein, dass sich auf der anderen Seite des Verteilrohres entlang des Verteilrohres (insbesondere parallel zum Verteilrohr) erstreckt und ebenfalls in einer senkrecht zu einer Längsachse des Verteilrohres verlaufenden Ebene einen vordefinierten (konstanten) Abstand zum Verteilrohr (zur Wandung des Verteilrohres) aufweist. Auch das weitere Prallelement kann einen Neigung zwischen 0° und 90° gegenüber der Horizontalen aufweisen.
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Bevorzugt weisen die beiden Prallelemente je eine Neigung derart auf, dass sie in einer senkrecht zur Längsachse des Verteilrohres verlaufenden Ebene aufeinander zu laufen. Insbesondere können die beiden Prallelemente bezüglich einer vertikalen Ebene, in der die Längsachse des Verteilrohres liegt, (ebenso wie die Verteilöffnungen) spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet sein.
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Bevorzugt sind die Prallelemente weiterhin jeweils vor den Verteilöffnungen bzw. zumindest vor einigen Verteilöffnungen angeordnet, um das zu verteilende Gas ggf. gezielt zu bremsen bzw. zu verwirbeln. Diesbezüglich kann das Prallelement und/oder das weitere Prallelement gelocht sein, um die Gasströmung beispielsweise nur teilweise zu brechen.
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Um die Prallelemente am Verteilrohr festlegen zu können, ist insbesondere vorgesehen, dass das Prallelement und/oder das weitere Prallelement jeweils über zwei einander gegenüberliegende freie Enden am Verteilrohr festgelegt ist. Hierzu kann am jeweiligen freien Ende ein Abschlussblech bzw. -element vorgesehen sein, das sich vorzugsweise jeweils entlang einer senkrecht zur Längsachse des Verteilrohres erstreckten Ebene erstreckt und dabei das jeweilige Prallelement mit dem Verteilrohr verbindet.
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In einer anderen Ausführungsform der Erfindung, die insbesondere bevorzugt bei Manteldurchmessern unterhalb von 1200 mm eingesetzt wird, ist vorgesehen, dass ein sich an den Gaszuspeisestutzen anschließender erster Endabschnitt des Verteilerrohres entlang der Horizontalen verläuft, wobei ein sich an den ersten Endabschnitt anschließender zweiter Endabschnitt des Verteilrohres entlang der Vertikalen nach oben (oder alternativ nach unten) verläuft. Die beiden Endabschnitte können dabei über einen winkelförmigen, gebogenen, geknickten oder einen sonstig gekrümmten Abschnitt des Verteilrohres einstückig aneinander angeformt sein (gebogenes Verteilrohr). Das Verteilrohr kann also insbesondere abgewinkelt, gebogen oder geknickt ausgeformt sein.
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Die (einzige) Verteilöffnung ist bei dieser Ausführungsform der Erfindung vorzugsweise stirnseitig am zweiten Endabschnitt vorgesehen, so dass die Verteilöffnung insbesondere entlang der Vertikalen bzw. entlang der Längsachse (Zylinderachse) des zweiten Endabschnittes nach oben bzw. nach unten weist.
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Vorzugsweise ist dabei ein Prallelement vorgesehen, das die besagte Verteilöffnung in der durch die Öffnung definierten Ebene umläuft. D. h., jenes Prallelement ist insbesondere geschlossen ringförmig ausgebildet und umgreift ein die Verteilöffnung begrenzendes freies Ende des zweiten Endabschnittes des Verteilrohres Alternativ oder ergänzend ist bevorzugt ein weiteres Prallelement vorgesehen, das entlang der Längsachse, entlang der sich der zweite Endabschnitt des Verteilrohres erstreckt, vor der Verteilöffnung angeordnet ist, so dass jenes weitere Prallelement die Verteilöffnung überdeckt. Dabei kann das weitere Prallelement quer zur besagten Längsachse über den zweiten Endabschnitt hinausstehen. Insbesondere umgreift das umlaufende eine Prallelement auch das weitere Prallelement entlang einer senkrecht zur Längsachse des zweiten Endabschnitts verlaufenden Ebene.
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Die besagte Verteilöffnung ist wiederum so gerichtet und geformt bzw. so bezüglich des Prallelementes und/oder des weiteren Prallelementes angeordnet, dass bei einem bestimmungsgemäßen Betrieb der Gasverteileranordnung durch die Verteilöffnung in den Mantelraum gelangendes Gas einen Impuls (Geschwindigkeit) aufweist, der nicht ausreichend ist, um einen durch das austretende Gas angeströmten, benetzten Bereich der besagten Innenseite des Mantels trocken zu blasen.
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Sowohl bei einem (im Wesentlichen) linear erstreckten Verteilrohr als auch bei einem gekrümmten Verteilrohr (siehe oben), kann das Verteilrohr jeweils einstückig an den Gaszuspeisestutzen angeformt sein oder permanent mit diesem verbunden sein, z. B. über eine Schweißverbindung. Alternativ hierzu kann das Verteilrohr lösbar mit dem Gaszuspeisestutzen verbunden sein. Hierzu kann am besagten Gaszuspeisestutzen sowie an einem zugeordneten freien Ende des Verteilrohres je ein umlaufender Flansch ausgebildet sein, wobei jene Flansche zur Ausbildung der lösbaren Verbindung miteinander verschraubt sein können.
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Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung ist eine Kolonne, insbesondere Stoffaustauschkolonne mit einer erfindungsgemäßen Gasverteileranordnung vorgesehen, wobei jene Kolonne dazu ausgebildet ist, einen Stoffaustausch zwischen einer Flüssigkeit (flüssigen Phase) und einer gasförmigen Phase herzustellen, die zumindest ein Sauergas, wie z. B. CO2 enthält.
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Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, insbesondere unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Gasverteileranordnung, bei dem eine gasförmige Phase, die auch ein Sauergas enthalten kann, so in einen von einem Mantel (z. B. eines Behälters/Reaktors) umgebenden Mantelraum eingeleitet wird, um z. B. einen (direkten) Stoffaustausch zwischen der gasförmigen Phase und einer flüssigen Phase (Flüssigkeit) herzustellen, dass ein durch die gasförmige Phase angeströmter Bereich einer Innenseite des Mantels nicht durch die gasförmige Phase trocken geblasen wird (um insbesondere einen Korrosionsschutz für den Mantel zu bewirken).
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Grundsätzlich können die vorgenannten (Kolonnen)mäntel zumindest abschnittsweise zylindrisch ausgebildet sein und – bezogen auf einen bestimmungsgemäß angeordneten Zustand der Kolonne – eine entlang der Vertikalen verlaufende Längsachse (Zylinderachse) aufweisen.
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Im Vergleich zu stumpfen Stutzen oder anderen Gasverteilersystemen ermöglicht das erfindungsgemäße Verteilrohr mit den vorgenannten Verteilöffnungen bzw. der vorgenannten Verteilöffnung insbesondere eine überdurchschnittliche Gasverteilqualität. Dadurch kann ggf. bei Kolonnen mit druckverlustarmen Einbauten wie Packungen oder Füllkörpern auf eine weitere Gasverteilung neben dem erfindungsgemäßen Verteilrohr verzichtet werden.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen durch die nachfolgenden Figurenbeschreibungen von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren erläutert werden.
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Es zeigen:
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1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Gasverteileranordnung mit kreisförmigen Verteillöchern;
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2 eine Schnittansicht des Gasverteilers gemäß 1 entlang der Linie II-II der 1;
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3 eine perspektivische Ansicht des Gasverteilers gemäß 1 und 2;
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4 eine Abwandlung des in der 1 gezeigten Gasverteilers mit rechteckförmigen Verteilöffnungen;
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5 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gasverteileranordnung mit einem nach oben gebogenen Verteilrohr; und
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6 eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht der Gasverteileranordnung gemäß 5.
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1 zeigt im Zusammenhang mit den 2 und 3 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gasverteileranordnung 1, die vorzugsweise bei Kolonnen mit einem Durchmesser des Mantels 10 der Kolonne ab ca. 1200 m eingesetzt wird. In solchen Kolonnen kann eine durch einen Gasverteiler 2 zu verteilende gasförmige Phase G in einen direkten Stoffaustausch mit einer flüssigen Phase treten, die beispielsweise im Gegenstrom zur gasförmigen Phase G geführt werden kann.
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Zum Verteilen der gasförmigen Phase (Gas) G weist der Gasverteiler 2 einer solchen Anordnung 1 ein insbesondere zylindrisches Verteilrohr 20 mit einer umlaufenden Wandung 25 auf, das sich an einen Gaszuspeisestutzen 40 der Kolonne anschließt, wobei jener Stutzen 40 von einer Innenseite 10a des Mantels 10 der Kolonne, der einen Mantelraum M der Kolonne begrenzt, in jenen Mantelraum M absteht.
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Das Verteilrohr 20 schließt sich dabei mit einem Flansch 42 an einen Flansch 41 des Gaszuspeisestutzens 40 an und erstreckt sich linear entlang einer Längsachse zu einem gegenüberliegenden Bereich 12 der Innenseite 10a des Mantels 10 hin. Der Vorteil einer solchen Flanschverbindung F besteht in der Möglichkeit, das Verteilrohr 20 ggf. vom Mantel 10 lösen zu können.
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Der Mantel 10 ist vorzugsweise (zumindest abschnittsweise) zylindrisch ausgebildet, wobei sich dessen Längsachse (Zylinderachse) – bezogen auf einen bestimmungsgemäß angeordneten Zustand des Mantels 10 – entlang der Vertikalen Z erstreckt, wohingegen sich das Verteilrohr 20 bzw. dessen Längsachse (Zylinderachse) entlang der Horizontalen erstreckt.
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Das Verteilrohr 20 ist mit seinem freien Ende 21, das verschlossen ausgebildet ist, auf einem Lager 50 gelagert, das vom Bereich 12 der Innenseite 10a in den Mantelraum M absteht.
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Über den Gaszuspeisestutzen 40 wird das Verteilrohr 20 mit der zu verteilenden gasförmigen Phase G beschickt, wobei insbesondere bei einer zu verteilenden gasförmige Phase G, die ein Sauergas enthält, ein Trockenblasen von ansonsten mit der flüssigen Phase benetzten Bereichen 11 des Mantels 10 durch die gasförmige Phase G verhindert werden soll, um eine Korrosion dieser Bereiche 11 zu vermeiden.
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Hierzu verfügt das Verteilrohr 20 gemäß den 1 bis 3 über kreisrunde Verteilöffnungen 200, die beidseitig an der umlaufenden Wandung 25 des Verteilrohres 20 so ausgebildet sind und so mit vor den Verteilöffnungen 200 angeordneten Prallelementen 30, 60 (Prallblechen) zusammenwirken, dass das ein Trockenblasen von durch die gasförmige Phase G angeströmten Bereichen 11 der Innenseite 10a des Mantels 10 verhindert/unterdrückt wird.
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Im Einzelnen sind die Verteilöffnungen 200 dabei auf beiden Seiten des Verteilrohres 20 jeweils entlang der Längsachse des Verteilrohres 20 äquidistant nebeneinander, d. h., in einer Reihe, angeordnet (bzw. zur Vermeidung von Schwingungen auch entsprechend ungleich verteilt), wobei die Verteilöffnungen 200 zu beiden Seiten des Verteilrohres 20 bezogen auf eine Ebene, die durch die Vertikale Z und die Längsachse des Verteilrohres 20 aufgespannt wird (vergleiche 2), spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet sind. Hierbei sind die Verteilöffnungen 200 zu beiden Seiten des Verteilrohres 20 jeweils entlang einer zugeordneten Öffnungsrichtung R, R' schräg nach unten hin gerichtet, die jeweils einen Winkel W bzw. W' mit der Horizontalen einschließt, der gemäß 2 im Bereich von 45° liegt.
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Um des Weiteren die aus den Verteilöffnungen 200 austretenden Gasströmungen zu bremsen und eine gleichmäßige Gasverteilung zu den oberhalb des Verteilrohres 20 liegenden aktiven Kolonnensektionen zu gewährleisten, ist zu beiden Seiten des Verteilrohres 20 je eines der beiden vorgenannten Prallelemente 30, 60 vorgesehen, wobei die beiden Prallelemente 30, 60 jeweils entlang der Öffnungsrichtungen R, R' der jeweils zugeordneten Reihe von Verteilöffnungen 200 vor den zugeordneten Verteilöffnungen 200 angeordnet sind.
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Dabei sind die Öffnungsrichtungen R, R' senkrecht zum jeweils zugeordneten Prallelement 30, 60 orientiert, das seinerseits einen Winkel W'' bzw. W''' mit der Horizontalen einschließen kann, der gemäß 2 im Bereich von 45° liegt, wobei die beiden Prallelemente 30, 60 entlang der zugeordneten Öffnungsrichtungen R, R' jeweils einen konstanten Abstand A, A' zur zylindrischen Wandung 25 des Verteilrohres 20 aufweisen und jeweils (längserstreckt) parallel zur Längsachse des Verteilrohres 20 verlaufen.
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Beide Prallelemente 30, 60 weisen schließlich je zwei Abschlussbleche 310, 320 bzw. 610 auf (das andere Abschlussblech des Prallelementes 60 ist in den 1 und 3 verdeckt), die jeweils an einem freien Ende 31, 32, 61 des jeweiligen Prallelementes 30, 60 vorgesehen sind und dieses mit der Wandung 25 des Verteilrohres 20 verbinden.
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4 zeigt eine Abwandlung des in den 1 bis 3 gezeigten Gasverteilers 2, bei der im Unterschied zu den 1 bis 3 rechteckförmige Verteilöffnungen 200 vorgesehen sind.
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Für Kolonnen mit einem Durchmesser, der kleiner als in etwa 1200 mm ist, wird gemäß den 5 und 6 ein Verteilrohr 20 verwendet, das einen sich an den Gaszuspeisestutzen 40 in der zuvor beschriebenen Weise anschließenden ersten Endabschnitt 22 aufweist, der sich wiederum entlang der Horizontalen erstreckt, wobei ein mit dem ersten Endabschnitt 22 über einen gebogenen mittleren Abschnitt 23 verbundener zweiter Endabschnitt 24 des Verteilrohres 20 entlang der Vertikalen Z nach oben erstreckt ist und dabei in etwa auf der Kolonnenmittellinie (Längsachse bzw. Zylinderachse) verläuft. Das nunmehr die (einzige) Verteilöffnung 200 berandende freie Ende des Verteilrohres 20 ist in einem gewissen Abstand mit einem Prallelement (Prallblech) 60 abgedeckt, wobei jenes freie Ende zusätzlich mit einem umlaufenden Prallelement (Prallblech) 30 zum Schutz des Mantels (Kolonnewand) 10 und zur Verbesserung der Gasverteilgüte umgeben ist. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass das Verteilrohr 20 nach unten gebogen ist.
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Schließlich können in beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die Prallelemente (Prallplatten)
30,
60 gelocht sein, um die Gasströmung nur teilweise zu brechen. Bezugszeichenliste
| 1 | Gasverteileranordnung |
| 2 | Gasverteiler |
| 10 | Mantel |
| 10a | Innenseite |
| 11, 12 | Bereich |
| 20 | Verteilrohr |
| 21 | Freies Ende |
| 22 | Erster Endabschnitt |
| 23 | Mittlerer Abschnitt |
| 24 | Zweiter Endabschnitt |
| 25 | Wandung |
| 30, 60 | Prallelement |
| 31, 32, 61 | Freie Enden |
| 40 | Gaszuspeisestutzen |
| 41, 42 | Flansch |
| 50 | Lager |
| 200 | Verteilöffnung |
| 310, 320, 610 | Abschlussblech |
| A, A' | Abstand |
| F | Flanschverbindung |
| G | Gasförmige Phase |
| R, R' | Öffnungsrichtung |
| W, W', W'', W''' | Winkel |
| X | Horizontale |
| Z | Vertikale |