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Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Gasen oder Dämpfen aus einem
Gemisch durch Adsorption mit porösen Adsorptionsmittelll.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Gewinnung von Gasen und Dämpfen aus Gemischen durch Adsorption und Wiederaustreibung der adsorbierten Anteile und steckt sich das Ziel, die den bisher bekannten Methoden anhaftenden Schwierigkeiten und Begrenzungen zu beseitigen, so dass Gase oder Dämpfe, selbst wann sie in sehr geringen Mengen in der betreffenden Mischung enthalten sind, bei mässigen Temperaturen und Drucken ausgeschieden oder wiedergewonnen werden können.
Die Erfindung besteht im Wesen darin, dass als Adsorptionsmittel Kieselsäure-Gel oder ein anderes Gel verwendet wird, dessen Hohlraumstruktur eine derartige ist, dass das Gel in Abwesenheit permanenter Gase durch statische Adsorption bei 15 C und einem Wasserdampfdruck von 3-4 mm Hg keine nennenswerten Mengen H20 aufnimmt, hingegen bei gleicher Temperatur und einem Wasserdampfdruck von 9-11mm beträchtliche Wassermsngen statisch zu adsorbieren vermag.
Es ist s : it langem bekannt, dass das Adsorptionsmittel eine feinporige Struktur besitzen muss, um einen Stoff in wirksamer Weise zu adsorbieren, nicht bekannt aber war bisher, dass die Grösse der Poren auch das Freiwerden bzw. die Wiedergewinnung des adsorbierten Stoffes beeinflusst und regelt. Diese Entdeckung bildet die Grundlage der vorliegenden Erfindung. Es ergibt sich aus ihr die Regel,
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Konzentration so gewählt ist, dass der Dampfdruck bei 150 C 9-11mJn Quecksilber beträgt. Nimmt dr Körper b : i dhsem Prtialdruck keine nennenswerte Menge von Dämpfen auf, so ist er für das vorliegende Verfahren unbrauchbar. Dies beweist nämlich, dass die Poren zu gross sind.
Wird dagegen bei dem genannten Partialdruck eine grössere Menge von Dampf aufgenommen, dann ist der Körper geeignet, vorausgesetzt, dass die Poren nicht zu klein sind. Um den Körper ant diese Bedingung hin zu untersuchen, wird er dem zweiten Teil der Untersuchung wie folgt unterzcgen.
2. Das Adsorptionsmittel wird in getrocknetem Zustande in einem geeigneten Gefäss über Schwefelsäure gestellt, deren Konzentration so gewählt ist, dass sie bei 15 Ceinen Dampfdruck von 3-4 mm Quecksilber ergibt. Nimmt das Material bei diesem niedrigen Partialdruck gleichfalls beträchtlichere Mengen von Wasserdampf auf, dann ist es für die Zwecke der Erfindung ungeeignet, weil, wie dies z. B. bei vegetabilischer Kohle der Fall ist, die Poren zu klein sind, um eine Entbindung der adsorbierten Substanz in ökonomischer Weise zu gestatten. Nimmt dagegen das Material bei dem genannten niedrigen Partialdruck keine nennenswerte Menge von Wasserdampf auf, dann ist es für die Erfindung tauglich.
Diese zwei Versuche beweisen, dass der fraglich Körper Poren von solcher Grösse hat, dass der Dampfdruck zwischen 3 und 11 min Quecksilber beträgt, wenn das Gleichgewicht mit Dämpfen hergestellt ist, deren Druck bei 15'C innerhalb dieser Grenzen liegt.
Diese Angabe hat den Zweck, die Grenzwerte der Porengrössen festzusetzen, sie soll aber nicht besagen, dass ein Gel Poren von verschiedenen Dimensionen haben muss, die innerhalb der erwähnten
Grenzen liegen. Es ist im Gegenteil die Verwendung eines Gels vorzuziehen, dessen Poren durchgehend nahezu gleichartig sind, wob3i die Adsorption gewisser Gase und Dämpfe wirksamer vor sich geht, wenn das Gal kleinere Poren hat, als wenn sich die Porengrösse der oberen Grenze nähert.
Ein durch Gelatinierung einer kolloidalen Lösung von Kieselsäure nach dem nachstehend gekenn- zeichneten Verfahren hergestelltes Gl hat Poren, deren Abmessung zwischen den erwähnten Grenzen liegt, und ergibt die gewünschten Resultate bezüglich Adsorption und Entbindung.
Dieses Herstellungs verfahren besteht im Wesen darin, dass bei der Herstellung einer kolloiden Lösung von Kieselsäure durch Behandlung von löslichen Silikaten mit Säuren die Wasserstoffionenkonzentration derart eingestellt wird, dass einerseits weder eine Bildung eines Niederschlages noch sofortige Gelatinierung eintritt, anderseits die kolloide Lösung aber auch nicht stabilisiert wird, worauf man die Lösung ohne Entfernung der Kristalloide durch Dialyse oder ähnliche Trennungsmethoden bis zur freiwilligen Erstarrung zum Hydrogel sich selbst überlässt und dieses Hydrogel durch einfaches Auswaschen von der überschüssigen Säure und den Salzen befreit und hernach entsolvatisiert.
Ein so gewonnenes Gel, das derart getrocknet wurde, dass es noch eine geringe Menge des Hydratwassers enthält, wird für das vorliegende Ver- fahren vorzugsweise verwendet. Es können aber auch andere Adsorbentien von geeigneter Hohlraum- struktur im Sinne der Erfindung benutzt werden. Beispielsweise kann das Gel von Tonerde, Eisen- oxyd, Zinnoxyd u. dgl. so dargestellt werden, dass es den aufgestellten Bedingungen entspricht.
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Bei dem vorliegenden Verfahren wird die Wirkung ausgenutzt, welche ganz kleine Kapillarräume auf den Dampfdruck einer Flüssigkeit ausüben. Es wird nämlich in den feinen Poren des Gels eine Verdichtung des Gases oder Dampfes herbeigeführt, die einer Verflüssigung ähnelt, d. h. die Gasmoleküle werden in den kleinen inneren Hohlräumen des Gels so weit aneinandergedrängt, dass in Ansehung der Masse in der Volumeinheit der Zustand des adsorbierten Gases dem Zustand einer Flüssigkeit ähnlicher erscheint, als dem eines Gases. Gewisse Anzeichen weisen darauf hin, dass unter bestimmten Umständen das Gas in den Poren tatsächlich verflüssigt ist.
Diese Wirkungen kommen unter Temperatur-und Druckverhältnissen zustande, die von denen, unter welchen eine Verflüssigung in der Regel stattfindet, beträchtlich abweichen. Um z. B. aus einer Mischung von 1% Schwefeldioxyd und 99% Luft das erstere zu verflüssigen, ist bei 0 C ein Druck von 100-200 Atm. nötig. Bringt man aber eine solche Mischung unter atmosphärischem Druck mit einem geeigneten Kieselsäure-Gel bei 0 C zusammen, so wird, selbst wenn die
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zwei oder drei Stunden in den austretenden Gasen nur eine Spur von Schwefddioxyd vorhanden. Ungefähr um diese Zeit beginnt ein wahrn : hmbare Menge von Schwefeldioxyd in den Abgasen aufzutreten, die mit der Zeit wächst.
Die von der Gewichtseinheit des Gels adsorbierte Menge von Schwefeldioxyd ist von der Temperatur, bei welcher die Adsorption stattfindet, und der Konzentration des Schwefeldioxyds in der Mischung mit Luft abhängig. Die durch Adsorption gebundene Menge steigt mit abnehmen-
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von 60 C gehalten wird, so wird die Zeit, innerhalb welcher einzige Adsorption erreicht wird, kürzer, bei 100 abermals etwas kürzer und bei 200 noch kürzer. Bei einem höheren Prozentsatz von
Schwefeldioxyd wird die Dauer bis zur Erreichung der 100%igen Adsorption geringer als für eine halbprozentige Mischung ; aber die am Schlusse im Gel enthaltene Gesamtmenge wird grosser sein.
Mit andern Worten, wenn eine gegebene Mischung von S02 und Luft bei einer gegebenen Temperatur über das Gel geleitet wird, dauert die Adsorption an, bis ein bestimmtes Quantum von S02 adsorbiert ist. Darüber hinaus findet keine Adsorption statt, so dass der Prozentsatz an 802 im austretenden Gase dem im eintretenden gleich wird. Wenn jetzt eins Mischung von höherer S02-Konzentration über das Gel geführt wird, so wird die Adsorption wieder einsetzen, um in einer bestimmten Zeit wieder aufzuhören.
Anderseits wird, wenn das Gel bd einer gegebenen Temperatur im Verhältnis zu einer Mischung von bestimmter Konzentration gesättigt ist und dann eine Mischung, die weniger S02 enthält, darüber geleitet wird, das Gel einige Zeitlang 802 abgeben und schliesslich ein Glcichgewichtszustand eintreten, d. h. die Konzentration der aus dem Gel austretenden Gase wird dieselbe sein, wie die der eintretenden.
Allgemein gesprochen, wird mithin bei einer gegebenen Temperatur das eine bestimmte Menge 802 enthaltende Gel sich bei entsprechender S02-Konzentration des umgebenden Mediums mit diesem im Gleichgewicht sich befinden, und es wird entweder Adsorption oder Entbindung von SO2 eintreten, je nachdem das Gleichgewicht nach der einen oder der andern Richtung hin verschoben wird.
Das für Schwefeldioxyd Gesagte gilt in gleicherweise für Gase und Dämpfe im allgemeinen. Das Adsorptionsvermögen des Gels steigt mit abnehmender Temperatur, weshalb es unter Umständen vorteilhaft ist, das so behandelte Gas-oder Dampfgemisch vor dem Zusammenbringen mit dem Adsorbens zu kühlen. Als allgemeine Regel für die betriebsmässige Ausführung des Verfahrens mag gelten, dass die Adsorption bei der tiefsten Temperatur vorzunehmen ist, die sich wirtschaftlich aufrechterhalten lässt. Bei Behandlung eines Dampfes, der als Flüssigkeit unter atmosphärischem Druck ungefähr bei 0 C siedet, mag die Adsorption bei einer beliebigen Temperatur bis zu plus 30 oder 40 C vor sich gehen.
Für eine wirksame Adsorption von Gasen, die im flüssigen Zustande tiefere Siedepunkte haben, wie z. B.
Schwefeldioxyd, sind entsprechend tiefere Temperaturen zu wählen, wogegen für die Adsorption der Dämpfe von Flüssigkeiten mit höheren Siedepunkten, wie Äther, Azeton, Gasolin usw. die Temperaturgrenzen, innerhalb welcher vorteilhaft gearbeitet werden kann, viel weiter auseinanderliegen ; bei gewöhn- licher Temperatur (20 und 30 C) lässt sich eine sehr wirksame, reichliche Adsorption der Stoffe dieser Gruppe erzielen. Soweit sich eine Arbeitsvorschrift für Gase und Dämpfe im allgemeinen aufstellen lässt, geht sie dahin, dass die Adsorption entweder unter dem Siedepunkt oder höchstens etwa 50 C über der Temperatur vorgenommen werden soll, bei der das verflüssigte Gas unter dem Druck einer Atmosphäre siedet.
Ein sehr wichtiger Vorteil der Erfindung beruht darin, dass man aus einem Gel von der Hohlraumstruktur des Kieselsäure-Gels das adsorbierte Medium (Gas oder Dampf) bei einer Temperatur entbinden kann, die verhältnismässig nicht sehr erheblich von der Temperatur abweicht, bei der die Adsorption vor sich geht. So kann z. B. das Schwefeldioxyd bei Verwendung von Kieselsäure-Gel oder einem Gel ähnlicher Struktur aus einer weniger als 1% Schwefeldioxyd enthaltenden Mischung bei 10 C oder 20 C adsorbiert und bei 100 C fast vollständig ausgetrieben werden, u. zw. nach Belieben entweder in praktisch reinem Zustande oder gemischt mit Luft, bis zu einem Gehalt von nahezu 100% SO2.
Wenn das Gel, das durch Überleiten einer 0'5%igen Mischung von SO, und Luft bei 10 C mit SO gesättigt wurde,
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auf einer Temperatur von 1000 C gehalten und unter atmosphärischem Druck ein Luftstrom dmchgeblasen wird, so lässt sich durch Regelung der Luftmenge jede beliebige Mischung bis zu einem Gehalt von etwa 25 Volumprozent Sehwefeldioxyd erzielen ; bei höherer Temperatur lässt sich der Prozentsatz an Schwefel- dioxyd unter sonst gleichen Arbeitsbedingungen noch steigern. Eine andere Methode zur Wiedergewinnung des adsorbierten Gases besteht darin, dass der Druck ausserhalb des Gels vermindert wird.
Durch geeignete Regelung der Temperatur, des Druckes und der während der Entbindung des adsorbierten Schwefeldioxyds zugeführten Luftmenge kann jede beliebige Mischung bis zu einem Gehalt von nahezu 1000/o Sehwefeldioxyd gewonnen werden. In allen diesen Fällen wird das Gleichgewicht zwischen dem vom Gel adsorbierten Gas und dem gleichen Gas, das sich im Medium ausserhalb des Gels befindet, gestört.
Um eine praktische Anwendungsart der Erfindung zu erläutern, sei eins Einrichtung zur Wiedergewinnung von Sehwefeldioxyd aus den Abgasen von Röst- und Schmelzöfen für schwefelhaltige Erze beschrieben. Das Verfahren soll jedoch keineswegs auf diese Verwendung beschränkt werden, sondern kann auch zur Wiedergewinnung anderer Gase, wie Kohlensäure, Ammoniak, Stickstoff und Oxyden.
Dämpfen von Flüssigkeiten, wie Alkohol, Äther, Azeton, Schwefelkohlenstoff, Chloroform, Gasolin und vieler anderer Gase und Dämpfe, verwendet werden.
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stattfindet. Anderseits bedeutet dies aber keinesfalls, dass eine chemische Verbindung zwischen zwei oder mehreren Gasen, nachdem dieselben in das Gel eingetreten sind, sich nicht vollziehen könnte oder dülfte.
Fig. 1 der Zeichnung zeigt eim schematisch dargestellte Vorrichtung zur Auführung deserfungdoen Verfahrens im Vertikalschnitt, Fig. 2 im Grundriss, Fig. 3 eine ähnliche Anordnung mit geänderter Aus-
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Vom Kühler 16 gelangt das Gasgemisch zu einem Verteiler 17, dessen Abzweigungen zu den
Adsorptionstürmen 29 fürhren. Von diesen letzteren sind drei dargestellt, ihre Anzahl kann jedoch eine beliebige sein. Ein solcher Turm besteht aus einem Mantel mit einer oberen Haube 20 und einer unteren
Haube 21. Im Innern des Gehäuses sitzt in einigen Abstand von den Deckeln oben und unten je eine gelochte Platte 22 und 23, in deren Öffnungen die Enden der Rohre 24 beiderseits einmünden. Der Raum um die Rohre 24 herum dient zur Aufnahme des in KÖl'l1erform eingebraehten Gels von geeigneter Be- schaffenheit, das unter Wahrung eines gehörigen Abstandes von den Platten 22 und 23 aufgeschichtet wird.
Die Abzwcigrohre 18 münden in den Mantel 19 unterhalb der AdsorptioiMinasse 2J und oberhalb der Platte 23 ein, so dass die Abgase dem Gel zuströmen, von dem das Schwefeldioxid adsorbiert wird. während die ändern Gase, die Adsorptionsmasse durchstreichend, durch ein Rohr 26 in den Abzug 27 gelangen.
Die gekühlte Gasmischung wird der Adsorptionsmasse, so lange zugeführt, bis sich eine Spur von
Sehwefeldioxyd in den abziehenden Gasen vorfindet. Sodann wird die Leitung zu den Adsorptions- türmen durch ein in das Zweigrohr 18 eingebautes Ventil Z8 abgesperrt.
Bei dieser Ausführungsart der Erfindung wird das adsorbierte Gas hernach durch Erhitzen des
Gels wieder gewonnen, u. zw. unter gleichzeitiger Zufuhr von Luft durch das mit einem Regnlin ventil 45 versehene Rohr 44. Die Strömung der Luft und des Schwdddioxyds wird durch ein saugendes Gebläse 46 hervorgerufen, in welches, wenn das Ventil 29 im Abzug 27 geschlossen ist, das Schwefeldioxyd und die durch das Ventil 4o in geregelter Menge, zugeführte Luft durch das Rohr 30, ein Sammelrohr 31 und durch das Rohr 32 gelangt und von wo aus das entbundene Gas an die vorbrauche- oder Sammelstelle getrieben wird. Ein Ventil 33 im Rohr 30 schliesst dieses letztere ab, wenn die Gase während der Adsorption in den Abzug 27 geführt werden.
Die zum Austreiben des Sehwefeldioxyds erforderliche Erwärmung kann in beliebiger Weise erfolgen. Bei der dargestellten Ausführungsform führt ein Rohr 34 von einer Stelle nahe dem Druck- stutzen des Gebläses 12 zur unteren Haube 21 des Adsorptionsturmes. Wenn das Ventil 35 im Rohr 13
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durchziehen und daher die Adsorptionsmasse erhitzen. Durch ein Rohr 36 gelangen sie dann aus der oberen Sammelkammer 21 des Turmes in das Rohr 13, u. zw. wie aus Fig. 1 ersichtlich, hinter dem Ventil 35 ; sie durchstreichen den Kühlturm 14 sowie den Kühler 16 und können sodann einem andern Adsorptionsturm zugeführt werden, wo sich die Abtrennung des in ihnen enthaltenen Schwefeldioxyds durch das Gel in der beschriebenen Weise vollzieht.
In dieser Weise dienen die Gase zunächst zur Erhitzung der Adsorptionsmasse in der Phase der Gasentbindung, wobei sie gleichzeitig bis zu einem gewissen Grade vorgekühlt werden. Das Rohr 34 ist mit jedem einzelnen Ausscheidungsturm verbunden, u. zw. durch einen Verteiler 37 mit den zu den Türmen führenden Abzweigungen 38, in welchen Ventile 39 die Zufuhr von heissen Gasen zu jedem Turme regeln.
Das adsorbierte Gas kann auch in anderer Weise wiedergewonnen werden, z. B. dadurch, dass man das Gel unter verminderten Druck setzt. Eine Einrichtung zur Gewinnung des adsorbierten Gases in dieser Art ist in Fig. 3 und 4 schematisch dargestellt. Hier sind die früher erwähnten Rohre 34 und 36
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einfachen Gehäuse 79, in welches das Gel25so eingeschichtet ist, dass oberhalb des Bodens 21/und unterhalb des Deckels 20'ein freier Raum verbleibt. Die zu trennenden gekühlten Gase werden vom Kühler 16 weg durch den Verteiler 17 und das Rohr 18 zum Turme geführt, wo die Adsoiption sich vollzieht. Die restlichen Gase entweichen durch den Kamin 27, zu welchem Zwecke das Ventil 29 offen und das Ventil 33 im Rohr 30 geschlossen sein muss.
Bei Beendigung der Adsorptionsphase' (Einschaltung des nächsten Turmes) wird das Ventil 29 geschlossen und das Ventil 33 geöffnet, so dass die Adsorptionsmasse durch die Pumpe 40 unter verminderten Druck gesetzt werden kann, wobei das Schwefeldioxyd angesaugt und durch ein Rohr 41 weitergetrieben wird. In den Gehäuseraum unterhalb des Gels kann durch ein mit Regulierventil versehenes Rohr 4-1'Luft eingebracht werden.
Es ist klar, dass dasselbe Resultat erzielt werden kann, wenn man, anstatt die Gasmischung vor der Zuführung zum Gel zu kühlt, die Adsportionsmasse selbst kühlt.
Wo im vorstehenden vom Siedepunkt, gesprochen wird, ist, wenn nicht ausdrücklich anders bemerkt, der Siedepunkt bei atmosphärischem Druck gemeint.
Es ist der Einfachheit halber von der Ausscheidung bzw. Wiedergewinnung eines einzigen Gases oder Dampfes die Roda gewesen ; tat3ächlich handelt es sich in der Regel darum, mehrere Gase oder
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öfen für schwefelhaltige Erze gewöhnlich auch etwas Wasserdampf und Kohlensäure enthalten, die mit dem Schwefeldioxyd gemeinsam adsorbiert werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1.. Verfahren zur Gewinnung von Gasen oder Dämpfen aus einem Gemisch durch Adsorption mit porösen Adsorptionsmitteln und durch Wiedrraustreibung der adsorbierten Anteile, dadurch gekenn- zeichnet, dass als Adsorptionsmittel Kieselsäure-Gel oder ein anderes Gel verwendet wird, dessen Hohlraum- struktur eine derartige ist, dass das Gel in Abwesenheit permanenter Gase durch statische Adsorption bei 150 C und einem Wasserdampfdruck von 3-4 mm Hg keine nennen. qwerten Mengen H20 aufnimmt, hingegen bei gleicher Temperatur und einem Wasserdampf druck von 9-11 mm beträchtliche Wasser- mengen statisch zu adsorbieren vermag.
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Method and device for the extraction of gases or vapors from one
Mixture by adsorption with porous adsorbents.
The present invention relates to the recovery of gases and vapors from mixtures by adsorption and re-expulsion of the adsorbed fractions and aims to eliminate the difficulties and limitations inherent in the previously known methods, so that gases or vapors, even when they are in very small quantities are contained in the mixture concerned, can be eliminated or recovered at moderate temperatures and pressures.
The essence of the invention is that the adsorbent used is silica gel or another gel whose cavity structure is such that the gel does not have any noteworthy values in the absence of permanent gases due to static adsorption at 15 C and a water vapor pressure of 3-4 mm Hg Absorbs quantities of H20, but is able to statically adsorb considerable quantities of water at the same temperature and a water vapor pressure of 9-11mm.
It has long been known that the adsorbent must have a fine-pored structure in order to adsorb a substance effectively, but it was not previously known that the size of the pores also influences and regulates the release or recovery of the adsorbed substance . This discovery forms the basis of the present invention. From it follows the rule
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Concentration is chosen so that the vapor pressure at 150 C is 9-11mJn mercury. If the body b: i ie its initial pressure does not absorb a significant amount of vapors, it is useless for the present process. This proves that the pores are too big.
If, on the other hand, a larger amount of steam is absorbed at the partial pressure mentioned, then the body is suitable, provided that the pores are not too small. To examine the body for this condition, it will subject the second part of the examination as follows.
2. The dry adsorbent is placed in a suitable vessel over sulfuric acid, the concentration of which is selected so that at 15 C it gives a vapor pressure of 3-4 mm of mercury. If the material also absorbs considerable amounts of water vapor at this low partial pressure, then it is unsuitable for the purposes of the invention because, as is the case with e.g. B. is the case with vegetable charcoal, the pores are too small to allow the adsorbed substance to be released in an economical manner. If, on the other hand, the material does not absorb any appreciable amount of water vapor at the low partial pressure mentioned, then it is suitable for the invention.
These two tests prove that the body in question has pores of such a size that the vapor pressure is between 3 and 11 minutes of mercury when the equilibrium is established with vapors whose pressure at 15 ° C is within these limits.
The purpose of this specification is to set the limit values for the pore sizes, but it is not intended to imply that a gel must have pores of different dimensions that are within the aforementioned
There are limits. On the contrary, it is preferable to use a gel the pores of which are almost identical throughout, and the adsorption of certain gases and vapors is more efficient when the Gal has smaller pores than when the pore size approaches the upper limit.
A GI produced by gelatinizing a colloidal solution of silica according to the process identified below has pores, the dimensions of which lie between the limits mentioned, and gives the desired results in terms of adsorption and release.
The essence of this manufacturing process is that when manufacturing a colloidal solution of silica by treating soluble silicates with acids, the hydrogen ion concentration is adjusted in such a way that, on the one hand, neither a deposit nor immediate gelatinization occurs, and on the other hand, the colloidal solution is not stabilized is, whereupon the solution is left to itself without removing the crystalloids by dialysis or similar separation methods until it voluntarily solidifies to form the hydrogel and this hydrogel is freed from the excess acid and salts by simply washing out and then desolvated.
A gel obtained in this way, which has been dried in such a way that it still contains a small amount of the water of hydration, is preferably used for the present method. However, other adsorbents with a suitable cavity structure can also be used for the purposes of the invention. For example, the gel of clay, iron oxide, tin oxide and the like. Like. Are presented in such a way that it corresponds to the established conditions.
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The present method makes use of the effect which very small capillary spaces exert on the vapor pressure of a liquid. This is because a compression of the gas or vapor is brought about in the fine pores of the gel, which resembles a liquefaction, i.e. H. the gas molecules are pressed together in the small inner cavities of the gel to such an extent that, with regard to the mass in the unit of volume, the state of the adsorbed gas appears more similar to the state of a liquid than that of a gas. Certain signs indicate that, under certain circumstances, the gas in the pores has actually liquefied.
These effects come about under temperature and pressure conditions which differ considerably from those under which liquefaction usually takes place. To z. B. to liquefy the former from a mixture of 1% sulfur dioxide and 99% air, at 0 C a pressure of 100-200 atm. necessary. However, if such a mixture is brought together under atmospheric pressure with a suitable silica gel at 0 C, even if the
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For two or three hours there was only a trace of sulfur dioxide in the escaping gases. Around this time a noticeable amount of sulfur dioxide begins to appear in the exhaust gases, which increases over time.
The amount of sulfur dioxide adsorbed by the unit weight of the gel depends on the temperature at which adsorption takes place and the concentration of the sulfur dioxide in the mixture with air. The amount bound by adsorption increases with decreasing
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is kept at 60 C, the time within which a single adsorption is achieved is shorter, at 100 it is again somewhat shorter and at 200 it is even shorter. At a higher percentage of
Sulfur dioxide, the time it takes to achieve 100% adsorption is less than for a half-percent mixture; but the total amount contained in the gel in the end will be greater.
In other words, when a given mixture of SO2 and air is passed over the gel at a given temperature, adsorption will continue until a certain amount of SO2 is adsorbed. In addition, there is no adsorption, so the percentage of 802 in the exiting gas becomes the same as that in the entering gas. If a mixture with a higher SO2 concentration is passed over the gel, the adsorption will start again and stop again within a certain time.
On the other hand, if the gel is saturated at a given temperature in relation to a mixture of a certain concentration and then a mixture containing less SO2 is passed over it, the gel will release 802 for some time and eventually an equilibrium state will occur, i.e. H. the concentration of the gases exiting the gel will be the same as that of the entering.
Generally speaking, therefore, at a given temperature, the gel containing a certain amount of 802 will be in equilibrium with the surrounding medium at a corresponding SO2 concentration of the surrounding medium, and either adsorption or release of SO2 will occur, depending on the equilibrium of the one or the other direction is shifted.
What has been said about sulfur dioxide applies equally to gases and vapors in general. The adsorption capacity of the gel increases with decreasing temperature, which is why it may be advantageous to cool the gas or vapor mixture treated in this way before it is brought into contact with the adsorbent. As a general rule for the operational execution of the process, the adsorption must be carried out at the lowest temperature that can be economically maintained. When treating a vapor which boils as a liquid under atmospheric pressure at approximately 0 C, adsorption may occur at any temperature up to plus 30 or 40 C.
For effective adsorption of gases that have lower boiling points in the liquid state, such as. B.
Sulfur dioxide, correspondingly lower temperatures are to be selected, whereas for the adsorption of vapors from liquids with higher boiling points, such as ether, acetone, gasoline, etc., the temperature limits within which it is advantageous to work are much further apart; at normal temperature (20 and 30 C) a very effective and abundant adsorption of the substances of this group can be achieved. As far as a working instruction for gases and vapors can be drawn up in general, it is that the adsorption should be carried out either below the boiling point or at most about 50 C above the temperature at which the liquefied gas boils under the pressure of one atmosphere.
A very important advantage of the invention is that the adsorbed medium (gas or vapor) can be released from a gel from the cavity structure of the silica gel at a temperature which does not deviate very significantly from the temperature at which the adsorption occurs is going. So z. B. the sulfur dioxide when using silica gel or a gel of a similar structure from a mixture containing less than 1% sulfur dioxide is adsorbed at 10 C or 20 C and expelled almost completely at 100 C, u. either in a practically pure state or mixed with air, up to a content of almost 100% SO2, as desired.
When the gel, which has been saturated with SO by passing a 0'5% mixture of SO and air at 10 C,
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maintained at a temperature of 1000 C and a stream of air blown under atmospheric pressure, any mixture up to a content of about 25 percent by volume of sulfur dioxide can be achieved by regulating the amount of air; at a higher temperature, the percentage of sulfur dioxide can be increased under otherwise identical working conditions. Another method of recovering the adsorbed gas is to reduce the pressure outside the gel.
By suitable regulation of the temperature, the pressure and the amount of air supplied during the release of the adsorbed sulfur dioxide, any mixture up to a content of almost 1000% sulfur dioxide can be obtained. In all of these cases the equilibrium between the gas adsorbed by the gel and the same gas that is in the medium outside the gel is disturbed.
In order to illustrate a practical application of the invention, a device for the recovery of sulfur dioxide from the exhaust gases of roasting and smelting furnaces for sulfur-containing ores will be described. However, the process should by no means be restricted to this use, but can also be used to recover other gases such as carbonic acid, ammonia, nitrogen and oxides.
Vaping liquids such as alcohol, ether, acetone, carbon disulfide, chloroform, gasoline and many other gases and vapors can be used.
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takes place. On the other hand, this in no way means that a chemical connection between two or more gases, after they have entered the gel, could not or could not take place.
Fig. 1 of the drawing shows a device shown schematically for performing the method in vertical section, Fig. 2 in plan, Fig. 3 shows a similar arrangement with a modified configuration
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From the cooler 16, the gas mixture reaches a distributor 17, the branches of which lead to the
Adsorption towers 29. Of the latter, three are shown, but the number can be any. Such a tower consists of a jacket with an upper hood 20 and a lower one
Hood 21. In the interior of the housing there is a perforated plate 22 and 23 each at a distance from the covers above and below, into the openings of which the ends of the tubes 24 open on both sides. The space around the tubes 24 serves to accommodate the gel, which is baked in in the form of a köl'l1er, of suitable composition and which is stacked while maintaining a proper distance from the plates 22 and 23.
The branch pipes 18 open into the jacket 19 below the AdsorptioiMinasse 2J and above the plate 23, so that the exhaust gases flow to the gel, by which the sulfur dioxide is adsorbed. while the other gases, sweeping through the adsorption mass, pass through a pipe 26 into the flue 27.
The cooled gas mixture is fed to the adsorption mass until there is a trace of
Sehwefeldioxid found in the exhausting gases. The line to the adsorption towers is then shut off by a valve Z8 built into the branch pipe 18.
In this embodiment of the invention, the adsorbed gas is then by heating the
Gels recovered, u. zw. With simultaneous supply of air through the valve provided with a Regnlin 45 pipe 44. The flow of air and Schwdddioxyds is caused by a sucking fan 46, in which, when the valve 29 in the vent 27 is closed, the sulfur dioxide and the through the valve 4o in a controlled amount, air supplied through the pipe 30, a collecting pipe 31 and through the pipe 32 and from where the released gas is driven to the pre-use or collecting point. A valve 33 in the pipe 30 closes the latter off when the gases are led into the flue 27 during adsorption.
The heating required to expel the sulfur dioxide can be carried out in any way. In the embodiment shown, a pipe 34 leads from a point near the pressure connection of the blower 12 to the lower hood 21 of the adsorption tower. When the valve 35 in the pipe 13
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pull through and therefore heat the adsorption mass. They then pass through a pipe 36 from the upper collecting chamber 21 of the tower into the pipe 13, u. between. As can be seen from Figure 1, behind the valve 35; they pass through the cooling tower 14 and the cooler 16 and can then be fed to another adsorption tower, where the separation of the sulfur dioxide contained in them by the gel takes place in the manner described.
In this way, the gases are initially used to heat the adsorption mass in the gas release phase, while at the same time being precooled to a certain extent. The pipe 34 is connected to each individual separation tower, u. between a distributor 37 with the branches 38 leading to the towers, in which valves 39 regulate the supply of hot gases to each tower.
The adsorbed gas can also be recovered in other ways, e.g. B. by putting the gel under reduced pressure. A device for recovering the adsorbed gas of this type is shown schematically in FIGS. 3 and 4. Here are tubes 34 and 36 mentioned earlier
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simple housing 79 in which the gel 25 is layered in such a way that a free space remains above the base 21 / and below the cover 20 ′. The cooled gases to be separated are led away from the cooler 16 through the distributor 17 and the pipe 18 to the tower, where the adsorption takes place. The remaining gases escape through the chimney 27, for which purpose the valve 29 must be open and the valve 33 in the pipe 30 must be closed.
At the end of the adsorption phase (switching on the next tower) the valve 29 is closed and the valve 33 is opened so that the adsorption mass can be put under reduced pressure by the pump 40, the sulfur dioxide being sucked in and driven on through a pipe 41. Air can be introduced into the housing space below the gel through a pipe provided with a regulating valve.
It is clear that the same result can be achieved if, instead of cooling the gas mixture before it is fed to the gel, the adsorption mass itself is cooled.
Whenever the boiling point is mentioned in the foregoing, unless expressly stated otherwise, the boiling point at atmospheric pressure is meant.
For the sake of simplicity, it has been the roda of the elimination or recovery of a single gas or vapor; in fact, it is usually a matter of several gases or
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Furnaces for sulfur-containing ores usually also contain some water vapor and carbonic acid, which are adsorbed together with the sulfur dioxide.
PATENT CLAIMS:
1 .. Process for obtaining gases or vapors from a mixture by adsorption with porous adsorbents and by expelling the adsorbed parts, characterized in that the adsorbent used is silica gel or another gel whose cavity structure is such that the gel in the absence of permanent gases due to static adsorption at 150 C and a water vapor pressure of 3-4 mm Hg does not mention any. absorbs qwerty amounts of H20, but is able to statically adsorb considerable amounts of water at the same temperature and a water vapor pressure of 9-11 mm.