Über den Kalkstaubgehalt im Acetylen aus Naßentwicklern

21 Pages·1960·1.095 MB·German

by  Dr. phil. habil. Paul Hölemann (auth.)

FORSCHUNGSBERICHTE
DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN
Herausgegeben durch das Kultusministerium
Nr.888
Dr. phil. habil. Paul Hölemann
Forschungsstelle für Acetylen, Dortmund
Ober den Kalkstaubgehalt im Acetylen aus Naßentwicklern
Als Manuskript gedruckt
WESTDEUTSCHER VERLAG / KOLN UND OPLADEN
1960
ISBN 978-3-663-03768-2 ISBN 978-3-663-04957-9 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-04957-9
G 1 i e der u n g
I. Einlei tung • S. 5
II. Bericht. S. 1
1. Experimentelles S. 1
2. Ergebnisse. S. 9
a) Staubgehaltsmessungen in einer Versuchsanlage. S. 9
b) Staubgehaltsmessungenim Betrieb S. 12
c) Staubfilterversuche. S. 15
111. Zusammenfassung. • S. 20
IV. Literaturverzeichnis • S. 21
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I. Einleitung
Ein großer Teil des in der Industrie verarbeiteten Acetylens wird aus
Karbid gewonnen. Bei der Umsetzung des Karbides mit Wasser bildet sich
neben Acetylen Calciumhydroxyd. Die Umsetzung erfolgt dabei z.T. in
Trockenentwicklern durch Besprühen des Karbides mit einer solchen Wasser
menge, daß ein praktisch trockener Rückstand von Calciumhydroxyd aus den
Entwicklern ausgetragen wird. Bei den Naßentwicklern dagegen wird ein
relativ großer Wasserüberschuß verwendet, so daß aus den Apparaten ein
verhältnismäßig dünner Kalkschlamm abläuft.
Das bei der Zersetzung des Karbides anfallende Calciumhydroxyd hat eine
sehr geringe Teilchengröße, die z.T. noch unter 0,1 bis liegt. Es
1~
ist daher nicht verwunderlich, daß besonders bei den Trockenentwicklern
sehr beträchtliche Mengen an feinstem Kalkstaub vom Gas mit fortgetragen
werden. Es hat sich aber gezeigt, daß auch bei den Naßentwicklern trotz
eines mindestens 6 bis Sfachen Wasserüberschusses noch merkbare Mengen
Kalkstaub vom Gas mitgenommen werden~ Extrem hohe Werte im Staubgehalt
des Gases werden natürlich dann erreicht, wenn staubförmiges Karbid zum
Einsatz im Entwickler kommt.
Ein Teil dieses Kalkstaubes setzt sich bei der Abkühlung des aus den
Entwicklern abziehenden Gases und bei der Kondensation des mitgeführter
Wasserdampfes vor allem in der nachfolgenden Wasservorlage ab. Infolge
der großen Feinheit des Kalkstaubes ist die Absetzgeschwindigkeit aber
nur gering, so daß vor allem der feinstkörnige Anteil vom Gas weiter mit
geschleppt wird. Die Abscheidung derartiger Feinstäube (Korngröße unter
1 ~ ) bringt erhebliche Schwierigkeiten mit sich.
Der auf diese Weise mitgeführte Kalkstaub kann zu unangenehmen störungen
bei der weiteren Verarbeitung führen. Sie beruhen einmal darauf; daß bei
der Förderung Gasmengen eine Ablagerung des S,taubes in den Rohr
größ~rer
leitungen und Sperrorganen stattfindet, die zur Verstopfung führen kann.
Weiter stellt der Staub aber auch eine Verunreinigung des Gases dar, die
zu merkbaren Schwierigkeiten bei der weiteren chemischen Umsetzung führt.
Bei der Verwendung des Acetylens zur Herstellung von Dissousgas ergeben
sich derartige Verstopfungen vor allem an den Eingängen und Ventilen in
den Kompressoren, sowie an verengten z.T. kapillaren Leitungen, wie sie
Z'B' aus sicherheitstechnischen Gründen in das Leitungssystem eingebaut
werden [1]. Der Staub wird dabei z.T. in Form einer sehr fest haftenden
und nur schwer zu beseitigenden Schicht an den Rohrwandungen abgeschie
den.
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Weiter kann sich ein Kalkgehalt des Gases aber vor allem dadurch störend
bemerkbar machen, daß beim Einschleppen in die Dissousgasflaschen der
Kalk mit dem Aceton in den Flaschen in Berührung kommt. Aceton ist gegen
alle alkalischen Medien sehr empfindlich, da unter ihrem Einfluß das
Aceton sich zu Diacetonalkohol kondensiert [2],[3]. Dabei können schon
sehr kleine Mengen an Kalk eine bedeutsame Rolle spielen, da der am Kopf
der Flasche eingebrachte Kalkstaub beim Nachfüllen von Aceton mit in das
Innere der Flaschen hineingespült wird. Infolge der großen Kornfeinheit
und der damit verbundenen großen Oberfläche zeichnet sich der Staub durch
eine besonders hohe Aktivität aus.
Die auf diese Weise gebildeten Diacetonalkohole und höheren Kondensa
tionsprodukte verunreinigen aber das Aceton und setzen seine Lösefähig
[4].
keit für Acetylen wesentlich herab Derartig verunreinigte Flaschen
müssen nach verhältnismäßig kurzer Zeit aus dem Betrieb herausgezogen
und wieder neu mit poröser Masse und Aceton gefüllt werden. Es erscheint
daher wünschenswert den Kalkstaubgehalt im Gas auf unter 1 mg/m3 zu
halten.
Diese störenden Wirkungen des Kalkstaubes sind ein wesentlicher Grund
dafür, daß bisher in der Dissousgasindustrie praktisch nur Naßentwick
ler zum Einsatz gekommen sind. Aus wirtschaftlichen Gründen erscheint
es aber von großem Interesse auch die Anwendung von Trockenentwicklern
in Erwägung zu ziehen. Sie wird erst dann möglich, wenn es gelingt den
Kalkstaub in befriedigender Weise aus dem Acetylen zu entfernen.
Die Frage nach der Möglichkeit der Entfernung des Kalkstaubes setzt als
erstes die Kenntnis der überhaupt auftretenden Staubmengen im Gas vor
aus. Derartige Messungen wurden zunächst systematisch an einem kleinen
Entwickler in einer Versuchsanlage durchgeführt. Ihnen schloß sich eine
große Versuchsserie über Staubgehaltsmessungen in einem Dissousgaswerk
an, um die Verhältnisse im technischen Fall mit denen der Versuchsanlage
vergleichen zu können. Zum Schluß wurden in der Versuchsanlage verschie
dene Möglichkeiten geprüft, wieweit das Ausfiltern das Kalkstaubes aus
dem Gas durch einfache poröse Materialien möglich ist.
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Ir. Bericht
1. Experimentelles
Die Messung des Staubgehaltes erfolgte durch Abziehen eines Teilgasstro
mes. Dieses abgezogene Gas wurde in einem speziell dazu hergerichteten
Filtergerät mit Hilfe von Filterpapier von seinem Staubgehalt befreit.
Nach Passieren eines Strömungsmessers und einer Gasuhr wurde es durch
eine Wasserstrahlpumpe ins Freie geleitet. Das Schema der Versuchsanord
nung ist in Abbildung 1 dargestellt.
R
F
o ..
5
A b b i 1 dun g 1
Anordnung der Analysenapparatur
R: Acetylenleitung; F: Filtergerät; S: Strömungsmesser;
G: Gasuhr; a: zur Wasserstrahlpumpe
Der Aufbau des verwendeten Filtergerätes ist aus der Abbildung 2 zu er
sehen. Es war so eingerichtet, daß sich die Filterpapiere schnell aus
wechseln ließen. Das Unterteil, auf dem das Filterpapier auflag, wurde
mit Hilfe einer Schraube gegen das trichterförmige Oberteil gepreßt.
Dabei erfolgte die Abdichtung nach außen durch zwei Gummiringe, zwischen
denen sich das Filterpapier befand.
Da das Gas z.T. mit hohem Feuchtigkeitsgehalt und erhöhter Temperatur
aus den Leitungen abgezogen werden mußte, war der Eingang in das Gerät
mit einem Heizmantel versehen, der von heißem Wasser durchflossen wurde.
Das heiße Wasser wurde mit Hilfe eines Propandurchlauferhitzers erzeugt,
der in genügender Entfernung außerhalb der Acetylenanlagen aufgestellt
war. Auf diese Weise ließ sich das eintretende Gas auf eine Temperatur
von etwa 700C bringen, die der Maximaltemperatur des in den Entwicklern
erzeugten Gases entsprach. Es gelang dadurch, das Filter vollkommen
trocken zu halten.
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o
w
~----~
A b b i 1 dun g 2
Filtergerät
0: heizbares Oberteil; W: Wassermantel; U: Unterteil;
D: Gummi-Dichtung; H: Haltebügel; S: Schraube zum Anpressen;
a: Gaseintritt; b: zur Saugleitung
Als Filter wurden aschefreie Schwarzbandfilter (55 mm ~) der Firma
Schleicher & Schüll, Düren verwendet, deren Aschegehalt durch eine größe
re Zahl von Stichanalysen bestimmt worden war. Der mittlere Aschegehalt
%
eines Filters betrug auch im ungünstigsten Fall nur ca. 5 der aufge
fangenen Staubmenge. Versuche mit Filtern verschiedener Feinheit und bei
Hintereinanderschaltung mehrerer Filter ergaben, daß es möglich war,
praktisch allen Kalkstaub durch die gewählten Filter abzuscheiden.
Infolge der Feinheit des Kalkstaubes setzte sich das Filter im Laufe der
Analyse zu, so daß zur Aufrechterhaltung einer konstanten Gasströmungs
geschwindigkeit auf der Saugseite mit zunehmendem Unterdruck gearbeitet
werden mußte. Sobald dieser einen Wert von ca. 180 mm Hg erreicht hatte,
wurde die Analyse unterbrochen und der auf dem Filter angesammelte Kalk
staub durch Veraschen festgestellt. Dabei wurde der Aschegehalt des Fil
ters in Anrechnung gebracht. Der Staub lag nach dem Glühen als Oxyd vor.
Die Staubmenge wurde auf das tatsächlich vom Gas mitgeführte Hydroxyd
umgerechnet.
Bei der Berechnung der abgesaugten Gasmenge wurde die Zunahme des Unter
druckes mit der Zeit, sowie die Gastemperatur berücksichtigt. Die Versu
che wurden so gefahren, daß immer eine konstante Absauggeschwindigkeit
des Gases aufrecht erhalten blieb. Um möglichst einwandfreie Bedingungen
bei der Durchführung der Analysen einzuhalten, wurde die Absauggeschwin-
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digkeit so einreguliert, daß die Eintrittsgeschwindigkeit des Gases in
die Absaugöffnung des Filtergerätes der mittleren Gasgeschwindigkeit in
den normalen Rohrleitungen gleich war [5].
Nach Möglichkeit wurde das Gas im Innern der Rohrleitungen selbst ange
saugt. Vor allem bei den technischen Versuchen konnte das aber nur in
beschränktem Umfang durchgeführt werden. In diesem Falle wurden als Absaug
stellen seitlich an der Rohrwandung angebrachte Stutzen verwendet. Es
wurde dann aber die Analyse nur an vertikal verlaufenden Leitungen ent-
nommen.
Infolge der stark wechselnden Versuchsbedingungen, auch bei der Durch
führung an ein und derselben AnalysensteIle, ist von vornherein mit einer
relativ großen Streuung der Versuchsergebnisse zu rechnen. Das gilt na
türlich vor allem dann, wenn der Staubgehalt des Gases auf Werte unter
2 bis 3 mg/Nm3 Gas absinkt. Bei den höchsten in Frage kommenden Gehalten
von ca. 10 bis 14 mg/m3 betrugen die maximalen Fehler bis zu 20 %. Bei
3
den kleinsten beobachteten Werten von unter 1 mg/m können sie dagegen
ohne weiteres bis zu 50 bis 10 % erreichen. Um trotzdem eine Möglichkeit
zum Vergleich der verschiedenen Messungen zu schaffen, wurde auf jeden
Fall eine größere Zahl von Analysen durchgeführt und aus den Einzeler
gebnissen der Mittelwert bestimmt.
2. Ergebnisse
a) Staubgehaltsmessungen in einer Versuchsanlage
Die Ergebnisse an einer kleinen Versuchsanlage sind aus der Tabelle 1 zu
ersehen. Die angeführten Staubgehalte sind Mittelwerte aus ca. 5 bis 10
Einzelmessungen. Der Entwickler dieser Anlage (Sirius Rekord IJ) hatte
eine maximale Leistung von 5 m3/h. Er wurde mit einer Karbidkörnung von
3 bis 5 mm betrieben. Der Entwickler war mit einer Wasservorlage verse
hen, an die ein normaler Trockenreiniger angeschlossen war. Vom Trocken
reiniger wurde das Gas durch einen Gasometer von 1,3 m3 Inhalt und durch
eine Gasuhr zu einem Kompressor geführt. Die maximale Leistung des Kom
pressors betrug 4,3 m3/h. Das komprimierte Acetylen wurde anschließend
durch einen Chlorcalciumtrockner vom Wasser befreit.
Die Staubmessungen in dieser Anlage ergaben bei frischem Anfahren des
Entwicklers während der ersten Stunde immer einen deutlich höher liegen
den Staubgehalt. Die Werte dieser Anfahrperiode lagen 20 bis 3b % über
dem Normaldurchschnitt. Dieser hohe Staubgehalt kann einmal" dadurch
Sei te 9
Tab e I I e 1
Staubmessungen an der Versuchsanlage
Vers. Stelle der Gasdurchsatz Staubgehalt Abweichungen vom
Serie Probenahme (Mittel) Mittelwert
maximal durchschnitt
[m3/h] [mg/Nm3] [mg/m3] [mg/m3]
1 Hinter 5,0 11 ,1 1,9 1 ,6
.Wasservor- 2,5 10,7 2,1 1,3
1 )
lage 2,5 5,7 1,7 0,9
1 5,1 0,7 0,5
t (\
2 Hinter Reiniger,
2,5 1,0 0,6 0,3
gefüllt
2)
3 Hinter Reiniger, 2,5 9,4 0,6 0,5
°
leer 10,0 0,1 0,1
1,
4 Hinter Gasometer 2,5 6,6 0,6 0,5
(Reiniger, leer) 1,0 3,2 0,3 0,2
!
5 Vor 2,5 6,5 1,4 0,9
Kompressor 1,6 4,2 0,9 0,6
6 Hinter
4,2 0,1 0,08 0,05
Trockenrohr
1. Zugabe von zusätzlichem Wasser
2. Ab Versuch 3 Reiniger ohne Füllung
bedingt sein, daß nach einem Stillstand des Entwicklers von mehr als
12 Stunden ein erhöhter Staubansatz in den Karbideinschleußorganen statt
gefunden hat, wobei der Staub in diesem Falle besonders fein sein dürfte,
da die Karbidzersetzung durch die Einwirkung der Gasfeuchtigkeit auf das
Material hervorgerufen wurde.
Eine weitere Möglichkeit zur Erklärung des höheren Staubgehaltes liegt
evtl. darin, daß während dieser Einfahrperiode der Entwickler noch rela
tiv kalt war, so daß das Gas mit niedriger Temperatur und niedrigerem
Feuchtigkeitsgehalt aus dem Entwickler abgeht. Nach dem Einfahren stieg
die Temperatur des Entwicklers normalerweise auf 30 bis 400C an. Entspre·
chend der höheren Temperatur wurde auch eine größere Feuchtigkeitsmenge
vom Gas mitgeführt, die sich im Laufe der Abkühlung des Gases z.T. nie
derschlug und eine partielle Abscheidung des Kalkstaubes bewirkte. Für
die endgültige Auswertung wurden nur die Versuche nach dem Einlaufen der
Apparatur herangezogen.
Die entwickelte Staubmenge, sowie die Feinheit des Staubes wird außerdem
deutlich von der Karbidqualität beeinflußt. Wahrscheinlich hängt sie mit
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von der Vergasungsgeschwindigkeit des Karbides ab, die ihrerseits wieder
eine Funktion der Struktur und der Reinheit des Materials ist. Nach Fest
stellung dieses Effektes wurden die weiteren Versuche mit Karbid aus
einer Sendung durchgeführt. Immerhin dürfte aber auch dann noch ein Teil
der Schwankungen in den Ergebnissen auf eine nicht vermeidbare Inhomoge
nität des Karbides zurückzuführen sein.
Wie die Versuchsserie 1 in der Tabelle 1 zeigt, bewirkt eine Herabsetzung
der Leistung des Entwicklers zunächst nur eine verhältnismäßig geringe
Abnahme des Staubgehaltes hinter der Wasservorlage. Sie macht sich deut
lich erst dann bemerkbar, wenn die Leistung sehr stark reduziert wurde.
Diese Herabsetzung der Leistung wurde dabei so vorgenommen, daß die Was
serzufuhr zum Wassermotor gedrosselt wurde, der zur Einschleusung des
Karbides diente. Bei diesen Versuchen blieb also das normale Gewichts
verhältnis von Karbid zu Wasser von ca. 1 : 12 erhalten. Dabei betrug
die Temperatur des aus dem Entwickler abgehenden Schlammes 35 bis 400C.
Sie entspricht auch praktisch der Gastemperatur.
Wurde aber bei den Versuchen die Leistung des Entwicklers auf die Hälfte
gedrosselt und gleichzeitig das fehlende Wasser zusätzlich über ein ge
sondertes Ventil dem Entwickler zugeführt, so ergab sich eine deutliche
Verringerung des Staubgehaltes hinter der Wasservorlage. Vor der Vorlage
konnte der Staubgehalt wegen des in Tropfenform mitgerissenen Wassers
nicht bestimmt werden.
Bei der zweiten Versuchsreihe wurde der Staubgehalt hinter dem Trocken
reiniger der Anlage gemessen. Dabei war der Reiniger mit normaler Trocken
reinigungsmasse gefüllt, die auf einem sehr porösen Filztuch lag. Wie die
Zahlen der Versuchsreihe 2 zeigen, hat eine derartige Anordnung eine be
trächtliche Filterwirkung für den Staub. Es wird ca. 90 ~ des vom Gas
mi tgeführten Staubes von der Reinigungsmasse zurü(:K.gehal ten. War dagegen
der nicht mit Masse gefüllt, so ergaben sich die in der 3. Ver
Reini~er
suchsreihe angegebenen Staubgehalte, die praktisch Werte auf
dies~lben
weisen, wie sie auch hinter der Wasservorlage gefunden wurden. Im Reini
gergefäß als solchem findet daher beim Durchgang des Gases praktisch
kein Absetzen der Staubteilehen statt, da die Verweilzeit offensichtlioh
zu klein ist.
Bei den Versuchen von Serie 3 ab war der Reiniger immer leer gehalten.
Wenn der Gasometer ganz mit Gas gefüllt war, d.h. wenn die Glocke am
oberen Anschlag stand, so bewirkte der dadurch entstehende Gasraum ein
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