Adiabate Absorption
Bei Vorgabe der geforderten Austrittskonzentration der Salzsäure liegt bei bekannter Feedzusammensetzung die Menge des Absorptionswassers fest. Bei hohen HCl-Eingangskonzentrationen erreicht man deshalb innerhalb des Apparates Siedezustand. Die Abfuhr der Absorptionswärme erfolgt am Kolonnenkopf durch die Kondensation des nahezu chlorwasserstofffreien Wassers, das in einem Kondensator niedergeschlagen und in die Kolonne zurückgeführt wird.
Bei hohen HCl-Gehalten im Eingangsstrom setzt man bevorzugt Füllkörperkolonnen ein (Abb. 1). Ab einer bestimmten Grenzkonzentration wird bei geforderter hoher Produktkonzentration die Mindestberieselungsdichte in Füllkörperkolonnen unterschritten. In diesen Fällen ist die Verwendung von Bodenkolonnen zweckmäßig (Abb. 2). Vollkorrosionsbeständige QVF-Bodenkolonnen sind bei kleineren Durchmessern mit Siebböden ausgerüstet. Bei größeren Durchmessern werden Glockenböden je nach Anwendungsfall mit oder ohne Kamin eingesetzt.

Abb. 1: Füllkörperkolonne	Abb. 2: Bodenkolonne

Befinden sich im Rohgasstrom kondensierbare organische Bestandteile, die mit Wasser nicht vollständig mischbar sind, so empfiehlt es sich, die Kondensation des Kopfdampfstromes außerhalb der Kolonne fallend auszuführen, s. Abb. 3 . Die Trennung des heterogenen Kondensats in einem Schwerkraftabscheider erlaubt die Abtrennung der organischen Bestandteile. Die maximal erreichbare Säurekonzentration ist bei adiabater Absorption vom Wassergehalt im Rohgasstrom abhängig. Dieser Zusammenhang ist in Abb. 4 dargestellt. So kann eine 30 Gew.%ige Salzsäure nur dann erzeugt werden, wenn die Chlorwasserstoffkonzentration, auf den inertgasfreien Zustand am Eingang bezogen, größer als 82 Gew.% ist. An dieser Stelle sei noch erwähnt, dass im Gegensatz dazu der Inertgasanteil des Rohgases die erreichbare Salzsäurekonzentration in wesentlich geringerem Umfang beeinflusst.

Abb. 3	Abb. 4

Technische Daten adiabater Absorber
In Abb. 5 ist ein Diagramm dargestellt, das zur überschlägigen Ermittlung des erforderlichen Durchmessers von Füllkörperkolonnen für die adiabate Absorption von HCl dient. Als Füllkörper werden Raschig-Ringe aus Glas verwendet. Die eingezeichnete Kurvenschar gilt für eine 30 Gew.%ige Salzsäure, wobei als Parameter der dargestellten Kurvenschar der volumetrische Anteil an Inertgas im eintretenden Gasstrom dient.

Abb. 5: Füllkörperkolonne

In der Tabelle sind die Leistungsdaten von QVF-Standard-Absorbern zusammengestellt. Selbstverständlich erarbeitet Ihnen unser Engineering-Team eine individuelle Lösung für Ihre spezifische Aufgabenstellung, wobei neben Borosilicatglas 3.3 auch andere korrosionsfeste Werkstoffe zum Einsatz kommen können.

Neben den als Füllkörper verwendeten Raschig-Ringen kann auch die geordnete Stoffaustauschpackung DURAPACK® aus Borosilicatglas 3.3 verwendet werden. Gegenüber der regelosen Schüttung aus Glas-Raschig-Ringen kann durch den Einsatz der geordneten Stoffaustauschpackung DURAPACK® bei kleinen Kolonnendurchmesser die Kapazität ganz wesentlich erhöht werden (Abb. 6). Für größere Kolonnendurchmesser und geringere Berieselungsdichten, wie sie etwa bei hohen Inertgasanteilen des eintretenden Gasstroms vorliegen, ist der Vorteil der DURAPACK® gegenüber der regelosen Schüttung in der geringeren erforderlichen aktiven Packungshöhe zu finden.

Abb. 6: DURAPACK®

Ist der HCl-Gehalt im eintretenden Rohgas so gering, dass die für Packungen oder Schüttungen erforderliche Mindest-Berieselungsdichte unterschritten wird, so ist die Verwendung einer Bodenkolonne zweckmäßig (Abb. 7).

Abb. 7: Bodenkolonne

Dieser Kolonnentyp arbeitet auch bei sehr geringen Flüssigkeitsbelastungen sehr effektiv, da durch das Ablaufwehr ein ausreichender Flüssigkeitsstand auf dem Boden aufrechterhalten wird und so ein intensiver Kontakt zwischen Gas und Flüssigkeit gegeben ist. Die in den drei Diagrammen eingezeichnete Kurvenschar gilt für eine 30 Gew.%ige Salzsäure, wobei als Parameter der volumetrische Anteil an Inertgas im Rohgas dient.

Regelung adiabater Absorber
Beim Betrieb eines adiabaten Absorbers müssen unzulässig hohe HCl-Emissionen sicher vermieden werden und gleichzeitig ist sicher zu stellen, dass die Konzentration der erzeugten Salzsäure nahezu konstant bleibt. Bei Abgasströmen, deren Zusammensetzung größeren Schwankungen unterliegt, muss die Einspeisung des Absorptionswassers kontinuierlich geregelt werden.
Für die Lösung dieser regeltechnischen Aufgabe erweist es sich als besonders vorteilhaft, dass die herabrieselnde Flüssigkeit sich nahezu über der gesamten Kolonnenhöhe im Siedezustand befindet. Entsprechend Abb. 8 existiert im Konzentrationsbereich technischer Salzsäure ein Zusammenhang zwischen der Säurekonzentration und der Siedetemperatur. Bei Anwesenheit von Inertgasen wird das Temperaturprofil in der Kolonne längs der Temperaturachse parallel verschoben, wobei der Verlauf des Profils unverändert bleibt.

<<<<Abb. 8: Siedetemperatur von Salzsäure

Dies kann man sich zunutze machen, um folgende Regelungsmöglichkeit abzuleiten, die in Abb.9 schematisch dargestellt ist. Als Regelgröße für die zulaufende Menge an Absorptionswasser dient nicht die Temperatur der im Kolonnensumpf ablaufenden Säure, sondern die Temperaturdifferenz TD1 zwischen einer Stelle nahe dem Kolonnenkopf und dem Kolonnensumpf. Diese Temperaturdifferenz ist nahezu unabhängig vom Inertgasanteil. Für diese Regelungsmöglichkeit ist sicher zu stellen, dass das Maximum im Temperaturprofil sich innerhalb der Kolonne nicht verschiebt. Eine Verschiebung des Maximums im Temperaturprofil könnte z.B. dann entstehen, wenn ein plötzlicher Anstieg des zugeführten HCl-Gases auftritt. Um in diesem Fall zu verhindern, dass das Temperaturmaximum in der Kolonne nach oben wandert, wird oberhalb die Temperaturdifferenz TD2 gemessen. Solange diese Differenz einen bestimmten Mindestwert übertrifft, befindet sich das Temperaturmaximum auf dem gewünschten Boden. Unterschreitet die Temperaturdifferenz TD2 im umgekehrten Fall den Mindestwert, so ist der Regler für die Zufuhr des Absorptionswassers so zu beeinflussen, dass die Menge des eingespeisten Absorptionswassers solange gesteigert wird, bis das Temperaturmaximum sich wieder an der gewünschten Stelle in der Kolonne befindet. Durch diese Anordnung wird eine einwandfreier Betrieb und eine gleichbleibende Qualität der ablaufenden Salzsäure sicher gestellt.

Abb. 9: Temperaturregelung einer adiabaten HCl-Absorption

Soll für das zulaufende Absorptionswassers die Temperatur der im Kolonnensumpf ablaufenden Säure als Regelgröße dienen, so ist zu berücksichtigen, dass im praktischem Betrieb die ablaufende Säure nicht immer Siedezustand erreicht. Eine zuverlässigere Regelung lässt sich dann durch den Einsatz der in Abb. 10 dargestellten QVF-Säure-Messzelle erreichen. In dieser wahlweise mit Dampf oder elektrisch beheizten Zelle wird die Siedetemperatur der Produktsäure mit einem Widerstandsthermometer gemessen und damit die Wassermenge zum Absorber geregelt. Diese Regelung ist bevorzugt für Gasströme einzusetzen, die zu 100% aus HCl bestehen. Gehen noch andere Bestandteile des Rohgases, wie z.B. organische Begleitstoffe, in Lösung, so ist die Siedetemperatur keine eindeutige Funktion des HCl-Gehaltes mehr. In diesem Fall sollte wie auch für Rohgase mit schwankendem Inertgasanteil bevorzugt die oben beschriebene Kaskadenregelung eingesetzt werden.
Eine weitere mögliche Regelgröße für die Menge des Absorptionswassers ist die Dichte der ablaufenden Säure. Eine relativ einfache Konzentrationsmessung ist über ein Spindelgefäß möglich. Der Zusammenhang zwischen der Dichte und der Salzsäurekonzentrierung ist in Abb. 10 gezeigt.

<<< Abb. 10: Siedemesszelle

<<< Abb. 11: Dichte von Salzsäure

siehe auch:

>>> Isotherme Absorption von HCl

>>> Stoffdaten von HCl

>>> Reinigung von Salzsäure

>>> Konzentrierung von Salzsäure