Auswirkung von Statikmixern und Zerstäubern auf das Sprühbild bei der Prozessintensivierung der Biogasentschwefelung durch basische Wäsche

Abstract

Für die Prozessintensivierung bei der Biogasentschwefelung ist die Verbesserung des Phasenkontakts der Medien von großer Bedeutung. Im Zuge der Entwicklung eines neuen Verfahrens sollte die Sinnhaftigkeit des Einsatzes von Statikmixern in Verbindung mit Sprühdüsen hierfür betrachtet werden. Die für den Phasenkontakt maßgeblichen Kennwerte sind die Tropfengröße und die sich daraus ergebende Oberfläche, die Kontaktzeit sowie eine gute Durchmischung des Systems. Die Tropfengröße und folglich die Oberfläche werden im Allgemeinen durch die Art der Zerstäubung, in diesem Fall abhängig vom Aufbau des Zerstäubers, und die vorliegenden Strömungsgeschwindigkeiten der Medien bestimmt. Die Durchmischung der Phasen ist abhängig von der Art der Strömung und somit durch die Strömungsgeschwindigkeit der kontinuierlichen Phase bedingt. Ausgehend von der Annahme, dass Statikmixer einen positiven Effekt auf die Durchmischung des Systems haben, sollten deren Auswirkungen auf die anderen relevante Größen untersucht werden. Die Bestimmung der Tropfengröße sowie deren Verteilung und die Tropfengeschwindigkeit erfolgte mittels Phasen-Doppler-Anemometrie. Da die Geschwindigkeit der Phasen Auswirkung auf die Zerstäubungsqualität der Düsen und die Kontaktzeit hat, wurden die Versuche bei drei Gasgeschwindigkeiten durchgeführt. Um bei den Messungen mit Statikmixern dieselben Geschwindigkeiten wie bei den Leerrohrversuchen zu erreichen, ist eine Erhöhung der Gebläsedrehzahl notwendig, die aufgrund der dadurch entstehenden Mehrkosten aus wirtschaftlicher Sicht relevant ist. Um diesen Effekt zu berücksichtigen, wurde eine Druckverlustmessung der verwendeten Statikmixer durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass der Einsatz von Statikmixern keine signifikante Verbesserung der Ergebnisse mit sich bringt. Dies führt zu einer deutlichen Vereinfachung des Prozesses in Bezug auf Aufbau und Betrieb sowie einer Verringerung der Kosten. Die Wahl des bevorzugten Zerstäubungssystems ist jedoch nicht eindeutig und kann je nach exakter Problemstellung angepasst werden.

For the process intensification of biogas desulfurization the improvement of the phase contact is of high importance. In the course of the development of a new approach for this treatment the usefulness of a combination of static mixers and spray nozzles should be investigated. The determining factors for phase contact are droplet size, the resulting droplet surface, contact time, as well as a sufficient mixing. The droplet size and surface are mainly dependent on the type of atomizer and the flow velocity of the components involved. The mixing of the phases depends on the type of flow and also on the flow velocity of the continuous phase. Based on the assumption that static mixers generally induce a positive effect on the turbulence of the system, their impact on the other relevant characteristics had to be investigated. The measurement of the droplet size and velocity was done using Phase Doppler Anemometry. Due to the fact that the flow velocities influence the atomization quality of the spray nozzles and the contact time, the experiments were carried out using three different gas velocities. To get similar velocities for empty tubes and tubes with static mixers the rotational speed of the fan had to be increased, which leads to higher energy costs that have to be considered for economical reasons. To accommodate for this fact the pressure drop for the static mixers used in this survey was measured. The results showed that the use of static mixers offers no improvement in this context. This leads to significant simplification in the layout and operation of the process, as well as a cost reduction. The choice of the atomizer can be made based on the requirements of each individual case as each of the tested systems has distinct advantages.