<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Abscheidung von Bestandteilen aus Gasgemischen.
Die Abscheidung von wertvollen Bestandteilen aus geringerwertigen Gasen, wie beispielsweise von Benzol aus Koksofengas, von Äthylen aus Leuchtgas, von Schwefeldioxyd aus Röstgasen, von
Kohlensäure aus Kalkofen-oder Verbrennungsgasen, geschieht durch Absorption oder Adsorption in der Weise, dass man die Gase mit geeigneten Flüssigkeiten in Berührung bringt, welche diese Bestandteile aufnehmen, oder indem man ihre Verdichtung durch poröse Körper bewirkt. Die auf diesem Wege abgeschiedenen Bestandteile werden dann durch Erhitzen der betreffenden Abscheidungsmittel in annähernd reiner, oder doch brauchbarer Form zurückgewonnen.
Es ist bekannt, dass die Abscheidung solcher Bestandteile um so besser vor sich geht, je höher der Partialdruck ist, unter welchem sich der betreffende Bestandteil im Gasgemisch befindet. Da der Partialdruck in demselben Masse steigt, wie der absolute Druck, so steigt auch die Aufnahmefähigkeit einer Flüssigkeit für ein Gas in gewissen Grenzen in gleichem Verhältnis mit dem absoluten Druck.
Da die höherwertigen Bestandteile in der Regel in geringen Mengen in den sie enthaltenden Gasgemischen vorkommen, so stellt sich das Verfahren ihrer Abscheidung unter Druck meist zu teuer, weil die Kompression der grossen Gasmengen sehr viel Kraft erfordert.
Es ist zu beachten, dass bei der Abscheidung eines Gasbestandteiles unter Druck nur derjenige Teil des Nutzeffektes der Kraft verlorengeht, welcher dem Prozentgehalt dieses Bestandteiles im Gasgemisch entspricht. Wenn also beispielsweise aus einem zu eines absorbierbaren Bestandteiles enthaltenden Gase dieser vollständig abgeschieden wird, so gehen nur 2% der aufgewendeten Kompressionkraft hiefiir ab, während die übrigen 98% des Gasgemisches mit gleicher Spannung aus dem Absorber wieder austreten, mit welcher sie eingetreten sind.
Diese unverbrauchte Kraft wird nach der Erfindung in der Weise wieder nutzbar gemacht, dass man sie im kontinuierlichen Betriebe für die Kompression der nachfolgenden Gasmassen so vollständig wie möglich zurückgewinnt, um dadurch an direkter Dampfkraft zu sparen.
Ein für diesen Betrieb geeigneter Kompressor wird daher aus einem Kompressionszylinder und zwei Kraftzylindern mit Expansion bestehen, von denen der eine mit dem aus dem Absorber austretenden Druckgas betrieben wird, während der andere ein Dampfzylinder ist, durch welchen derjenige Teil der Kraft ersetzt werden muss, der sowohl durch die Volumenverminderung des komprimierten Gases als auch durch den Effektverlust in der Maschine selbst verlorengeht. An Stelle von Zylinderkompressoren können auch gekuppelte Turbogebläse Verwendung finden, soweit sie für die erforderliche Pression geeignet sind.
Wenn man bei einer Abscheidung von S% im Absorber die Fassungsvermögen der beiden Gaszylinder so bemisst, dass der Kompressionszylinder den Inhalt 100 und der Abgaszylinder den Inhalt 98 enthält, so würde, falls man den letzteren mit voller Füllung laufen liesse, dieser bei gleichbleibender Temperatur der Gase ebensoviel Gas wegnehmen, als der Kompressionszylinder dem Absorber an unabsorbierbaren Gasen zuführt. Die Folge davon wäre, dass ein Überdruck im Absorber nicht entstehen kann. Daher darf der Rückgaszylinder nur mit einem beschränkten Füllungsgrad arbeiten, welcher sich nach der Höhe des Druckes richtet, der im Absorber erzielt und erhalten werden soll. Zur Erreichung
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
Gesetz, gleiche Temperatur vorausgesetzt, nur 25% betragen.
Beim Ansetzen der Maschine würde der Expansionszylinder alsdann nur 25% des unabsorbierbaren Gases wegnehmen, welches der Kompressionszylinder zuführt, während die übrigen 75% durch den Schieber gedrosselt werden. Hiedurch wird der Druck im Absorber zunächst schnell und später langsamer wachsen, weil der Expansionszylinder mit der
Steigerung des Druckes immer grössere Gasmengen wegnimmt, bis bei Erreichung von 3 Atm. der Gleich-
EMI2.1
Bei der Kompression wird indessen ein erheblicher Teil der Energie in Wärme übergeführt. Diese
Kompressionswärme, welche schon bei einer Pressung auf 3 Atm. eine Temperaturzunahme von über 1000 ergibt, geht aber verloren, wenn man die heissen Gase in der üblichen Weise zur Erzielung einer günstigen Absorptionstemperatur abkühlt. Anderseits erleiden die aus dem Absorber kalt austretenden
Rückgase bei der Expansion in der Maschine eine weitere starke Abkühlung, welche gleichfalls mit einem
Energieverlust verbunden ist, weil sich das die Pression ausübende Gasvolumen durch die Abkühlung vermindert.
Zum Zwecke der Ersparung von Dampfkraft ist es daher von erheblichem Vorteil, das aus dem
Absorber austretende Druckgas vor seinem Eintritt in den Expansionszylinder möglichst hoch zu erwärmen. Dies kann in erster Linie geschehen durch Übertragung der Kompressionswärme des Gas- stromes vor dessen Eintritt in den Absorber auf das austretende Gas in einem Wärmeaustauscher. Es können aber noch weitere Energiemengen, die sonst verlorengehen, oder keinen Wert haben, auf diesem
Wege nutzbar gemacht werden, wie beispielsweise die Wärme der heissen Abgase von Dampfkessel,
Schmelzöfen od. dgl., oder der Gase vom Schwefelsäurekontaktprozess ;
vielfach besitzen die zu behandelnden
Gase selbst hohe Temperaturen, wie Koksofengas, Röstgas und andere, die man durch Übertragung auf das expandierende Gas verwerten kam1.
EMI2.2
so dienen die durch Erhitzen der Gase hinzutretenden Energiemengen doch einer erheblichen Vergrösserung des Gasvolumen. Bei einer Temperaturerhöhung um 273'C, welche sich in einem von heissen Gasen umspülten Röhrensystem unschwer erreichen lässt, würde das Volumen des komprimierten Gases annähernd verdoppelt werden, wodurch erreicht wird, dass der heisslaufende Expansionszylinder mit dem doppelten Füllungsgrad betrieben werden, oder bei gleichem Füllungsgrad einen wesentlich grösseren Durchmesser erhalten kann, als beim Arbeiten mit kalten Gasen.
Auf diesem Wege kann die Kraft der expandierenden Gase so gesteigert werden, dass sie schon allein für die Kompression der nachfolgenden Gase ausreicht, so dass unter günstigen Umständen die Kompression fast kostenlos oder doch nur mit einem geringen Dampfaufwand bewirkt werden kann.
Da der Dampfzylinder bei dieser Anlage in vielen Fällen nur anfänglich zur Erzielung des erforderlichen Kompressionsdruckes in Tätigkeit tritt und die Anlage darauf ausschliesslich unter Zuhilfenahme von Abwärme betrieben werden kann, so wird es zweckmässig sein, das Anlassen der Anlage in solchen Fällen durch einen kleinen Elektromotor zu bewirken, um so die ganze Dampfanlage zu erübrigen.
Das beschriebene Verfahren der Absorption unter Druck ist besonders geeignet zur vorteilhaften
Gewinnung von wässerigen Sehwefeldioxydlösungen aus Röstgasen von Schwefelerzen, oder Verbrennungsgasen von Schwefel oder schwefelhaltigen Materialien, um daraus durche Auskochen reines Schwefeldioxydgas herzustellen. Nach dem bisherigen Verfahren konnte man beim Verarbeiten von
EMI2.3
so wird man aus denselben Gasen anstatt 10 leg S02 im Kubikmeter Wasser 20 Jeg lösen und demnach fürdiegleicheSO-GewinnungnurdieHälfte des Wassers nötig haben, als beim Arbeiten ohne Überdruck. Bei 2 Atm. Überdruck steigt die absorbierte Menge auf 30 kg im Kubikmeter Wasser, bei 3 Atm. Über-
EMI2.4
grösser, als der Aufwand an Kraft, der für die Kompression des Gasgemisches erforderlich ist.
Hiebei ist zu berücksichtigen, dass der Dampf, welcher die Kompressionsarbeit in einer Expansionsmaschine
EMI2.5
steigt, während anderseits der Dampf verbrauch für die Auskochung der gewonnenen Gaslösungen um so geringer wird, je höher der Druck war, unter welchem die Absorption vollzogen worden ist, weil die erforderliche Wassermenge mit der Steigerung des Druckes sinkt. Das Verfahren wird am wirtschaftlichsten arbeiten, wenn es so ausbalanziert wird, dass die Abdampfmenge vom Kraftbetriebe annähernd ebenso gross ist, wie die für die Auskochung der Gaslösung benötigte.
<Desc/Clms Page number 3>
Schliesslich ist noch ein wesentlicher Vorteil der Absorption unter Überdruck darin zu erblicken, dass die sich im unteren Teil des Absorptionsturmes ansammelnde Lösung auch unter Druck steht und demgemäss eine erhebliche Steigekraft besitzt, welche ausreichend ist, um die Lösung durch ein ihrer Vorwärmung dienendes Bleirohrsystem, das von heissem entgastem Wasser umspült wird, auf die Höhe des Entgasungsturmes zu führen, in welchem sie beim Herabrieseln durch den aufwärts strömenden Dampf von ihrem Gasgehalt befreit wird. Da hiebei das Gegenstromprinzip voll zur Durchführung kommt, so braucht man für die Entgasung nur sehr geringe Dampfmengen. Die Anwendung eines Rieselturmes für diesen Zweck bot bisher insofern Schwierigkeiten, als die Hebung des heissen, sauren Wassers durch Pumpen vielfachen Störungen ausgesetzt ist.
Bei vorstehend beschriebenem Verfahren kommt aber die Hebung von saurem Wasser durch Pumpen in Wegfall.
Der wirtschaftliche Vorteil des in dieser Weise durchgeführten Verfahrens ergibt sich aus folgendem
EMI3.1
werden sollen, würden rund 60. 000 m3 Gas in 24 Stunden zu verarbeiten sein. Bei der Absorption unter einem Überdruck von 2 Atm. wären zur Kompression der obigen Gasmengen theoretisch annähernd 130 PS erforderlich. Da Schieberkompressoren mit Ausgleiehkanal zwischen den schädlichen Räumen einen Nutzeffekt von über 90% ergeben, so hat man praktisch mit einem Bedarf von etwa 150 PS zu rechnen. Unter der Annahme. dass nur 50% der Kraft der komprimierten Gase im Rückgaszylinder wieder nutzbar werden, würde man effektiv 75 PS Dampfkraft für die Kompression benötigen.
Wenn ein Dampfverbrauch von 400 kg pro je PS und Tag eingesetzt wird, ergibt sich ein täglicher Dampfbedarf von 30.000 kg, dessen Erzeugung etwa 4.500 kg Steinkohle erfordert. Da unter einem Überdruck von 2 Atm. S02-Lösungen von 30 kg im Kubikmeter Wasser aus eigen Gasen gewonnen werden, so sind täglich für die Reindarstellung von 10. 000 kg S02 etwa 333 m3 Wasser erforderlich. Es bietet keine
Schwierigkeiten, diese wässerigen Lösungen durch die siedendheissen Abwässer auf 70 vorzuwärmen. Die weitere Erwärmung der Lösungen von 700 auf 1000 erfordert rund 10 Millionen Kalorien. In jedem
Kilogramm Abdampf des Kompressors stehen aber rund 500 Kalorien zur Verfügung.
Demnach würden die aus 30. 000 kg Dampf sich ergebenden 15 Millionen Kalorien mehr als ausreichend sein, die Entgasung der vorgewärmten S02- Lösung zu bewirken. Man kann somit auf diesem Wege die Gewinnung von 10. 000 kg reinen S02-Gases mit zirka 4.500 kg Kohle durchführen, während bei dem jetzigen Verfahren zirka 20. 000 log Kohle gebraucht werden, also mehr als die vierfache Menge.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Fig. 1 in Seitenansicht und in Fig. 2 in einer Ansicht von oben dargestellt.
A ist ein Kompressor mit drei Zylindern, u. zw. dem Dampfzylinder a, dem Kompressionszylinder b und dem Rückgaszylinder e, in welchem die Kraft des nicht absorbierten Druckgases ausgenutzt wird. B ist ein Absorptionsturm, der mit Füllkörpern/* angefüllt ist, die auf einem Rost i ruhen, und über die eine Schlange g das Absorptionswasser aus einem Rohr h gleichmässig verteilt. In dem unteren Teil des Turmes BsammeltsichdieLösung undwirdvonhier durch ein Rohr k ihrer weiteren Verwendung zugeführt.
Das von dem Kompressor.'1. kommende, unter hohem Druck stehende Gas strömt durch das Rohr l nach der Wärmeaustauschvorrichtung C, die ein Röhrenkessel ist. In diesem geht es durch den ausserhalb der Rohre liegenden Raum von oben nach unten, tritt dann durch das Rohr m in den Absorber über, um hier beim Aufstieg den zu gewinnenden Bestandteil, z. B. S02 von Röstgasen, an die herabrieselnde Flüssigkeit abzugeben. Das Gas verlässt den Absorber oben und kehrt durch das Rohr n in die Wärmeaustauschvorrichtung C zurück, in der es beim Aufwärtsströmen durch die inneren Rohre durch die heissen Kompressionsgase erwärmt wird.
Zur Erreichung höherer Temperaturgrade können noch weitere Gaserhitzer eingeschaltet werden, in welchen die Wärme anderer Herkunft nutzbar gemacht wird. Diese Wärmeüberträger können ebenfalls Röhrenkessel sein, wie der in der Zeichnung dargestellte, oder auch einfache Röhrensysteme, welche in einem Heizkanal angeordnet sind. Schliesslich gelangt das erhitzte Druckgas durch Rohr o in den Antriebszylinder c des Kompressors A zurück, in welchem seine Kraft im kontinuierlichen Betriebe wieder nutzbar gemacht wird.
An Stelle des Absorptionsturmes kann man geeignetenfalls auch Kolonnensysteme oder einfache Tauchapparate zur Anwendung bringen. Ebenso kann der Dreizylindcrkompressor durch andere für den gleichen Zweck geeignete Kompressionsmaschine ersetzt werden.
Die im unteren Teile des Absorptionsturmes sich sammelnde Lösung, z. B. eine SO2-Lösung, fliesst kontinuierlich, reguliert durch ein in der Leitung k befindliches Ventil, durch das als Vorwärmer ausgebildete Bleischlangensystem D, welches in hintereinander liegenden Bleikästen angeordnet ist, die nach dem Prinzip des Gegenstromes von dem vom Entgasungsturm kommenden heissen Wasser nacheinander durchströmt werden. Das vorgewärmte SO-haltige Wasser gelangt dann mit seiner eigenen Steigekraft durch die Leitung p und die Verteilungsschlangen q oben in den mit Füllungskörpern ausgesetzten Entgasungsturm E, in welchem es beim Herabrieseln durch den durch Leitung s aus dem Abdampf- sammler F des Kompressors eingeblasenen Dampf entgast wird.
Der Abdampf des Zylinders a gelangt durch Rohrleitung r in den Dampfsammler F. Das SO2-Gas tritt aus dem oberen Teil des Turmes durch Leitung t in den Rückflusskühler G über, um hier von dem überschüssigen Dampf im wesentlichen befreit zu werden und gelangt dann zur weiteren Verwendung.
<Desc/Clms Page number 4>
Durch die Leitung u kehrt schliesslich das entgaste Wasser in den Vorwärmer D zurück, in welchem es jetzt ohne Druck die die Schlagen umgebenden Kästen durchströmt, um seine Wärme möglichst weitgehend an das nachfliessende kalte SO-haMge Wasser im Gegenstrombetriebe zu übertragen.
Schliesslich gelangt es durch Leitung v zum Abfluss.
Das gewonnene reine Schwefeldioxydgas kann verwertet werden zur Herstellung flüssiger schwefliger Säure, sowie auch besonders in Mischung mit Luft zur Gewinnung von Schwefelsäure oder Oleum nach dem Kontaktverfahren, wobei es infolge seiner Reinheit den wesentlichen Vorteil bietet, dass die platinhaltige Kontaktsubstanz lange ihre Wirksamkeit behält, sowie ferner, dass man mit einer weit kleineren Apparatur auskommt als bei direkter Verarbeitung von Röstgasen.
EMI4.1
zur Herstellung von Sulfitlaugen für die Zellstoffgewinnung. Man kann auf diesem Wege wesentlich reichere Laugen erzielen als im bisherigen drucklosen Turmbetriebe, was besonders dann von Vorteil ist, wenn verhältnismässig arme 802-Gase verwertet werden sollen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Abscheidung von Bestandteilen aus Gasgemischen durch Absorption, dadurch gekennzeichnet, dass die Vornahme der Absorption unter erhöhtem Partialdruck des abzuscheidenden
Bestandteiles erfolgt, indem das Gasgemisch komprimiert und unter Überdruck mit dem Absorptionsmittel in Berührung gebracht wird, während die Spannkraft der nicht absorbierten Gase für die'Kom- pression der nachfolgenden Gase im kontinuierlichen Betriebe wieder nutzbar gemacht wird.