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Verfahren zur Ausscbeidung von Kohlensäure und andern tiefsiedenden Dämpfen aus
Nutzgasen.
Bei der Erzreduktion im Hochofen werden von den aus 1 kg C entstehenden 2 em3 Co bestensfalls nur 0'5 cm3 durch den Erzsauerstoff zu CO2 verbrannt. Das entspricht einer Wärmemenge von 0-5 x 3000 = 1500 Kal. und einschliesslich der Wärmemenge von 2470 Kal., welche bei der Verbrennung des Kohlenstoffes zu CO frei wird 3970 Cal. Sofern die Erzreduktion nicht im Hochofen, sondern getrennt von dem Schmelzprozess in einem besonderen Reduktionsverfahren vor sieh gehen soll, um Eisensehwamm zu erzeugen, verschlechtert sich die Brennstoffausbeute noch mehr, denn hier beträgt sie nur etwa 2000 Kal. pro Kilogramm Kohlenstoff.
Etwa zwei Drittel des Koksheizwertes müssen somit in Form von Co zu anderweitiger Verwendung
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) versetzte Gas für eine erneute Verwendung zur Erzreduktion untauglich ist. Durch die Reduktion des
Kohlensäuregehalts in einem Regenerator ist dieser Übelstand zwar zu beheben, aber dadurch vermehrt sich die Co-Menge fortlaufend um den Anteil an CO2, weil bei der Regeneration aus einem Teil CO, stets zwei Teile CO entstehen, so dass auch in diesem Falle ein gleichgrosser Wärmeausfall verbleibt. Um die
CO-Menge immer auf dem gleichen Stand zu erhalten, müsste daher ständig die Hälfte des Kohlensäuregehalts vor der Regeneration ausgeschieden und nur die andere Hälfte wieder zu CO reduziert werden.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren, diese überschüssige Kohlensäure durch rever- sible Tiefkühlung auszufrieren, den dadurch entstehenden Reif dann durch Sublimation an Luft oder ein anderes Gas zu übertragen, um damit den Reif aus der Gefrierapparatur zu entfernen.
Ebenso wird auch der Wasserdampf des Gases und der Luft, soweit er sich als Reif oder Feuchtigkeit ansetzt, dadurch aus dem Tauseher entfernt, dass die an den Tauseherfläehen der Kältespeicher sieh ansetzende Feuchtigkeit oder Reif gleichfalls durch Sublimation von dem Gas und der Luft wieder auf- genommen wird. Die Sublimationswirkung hat aber zur Voraussetzung, dass die herausgeleitete Luft und das herausgeleitete Gas ein grösseres Volumen besitzt als die hineingeleitete Luft und das hinein- geleitete Gas, weil die Aufnahme von Dämpfen durch ein Gas eine Funktion des Volumens ist.
Zu diesem Behufe wird sowohl das Gas als auch die Luft auf etwa 0-5 Atm. verdichtet und am Übergang vom Eintritts-in den Austrittskältespeicher in der Tiefkühlzone entspannt, um den Volumen- unterschied zwischen dem eingeleiteten Gas bzw. der eingeleiteten Luft und dem wieder herausgeleiteten
Gas oder der herausgeleiteten Luft herzustellen, der für eine restlose Beseitigung des Reifes und der
Feuchtigkeit erforderlich ist.
In solchen Fällen, wo das Gas nach der Befreiung von CO2 im verdichteten Zustand Verwendung finden soll, wie z. B. beim Hochofenbetrieb, wird dasselbe schon vor der Behandlung in der Kohlensäure- ausseheidungsapparatur nach Bedarf, d. h. auf etwa 0'5 Atm., verdichtet, aber nicht entspannt, um nach dem Verlassen derselben mit diesem Druck in den Hochofen eingeblasen zu werden. Dafür aber wird die eingeleitete Luft um 0'5 Atm. höher, d. h. auf etwa 1 Atm. verdichtet, und nur diese nach der Tiefkühlung auf etwa 0-1 Atm. unter Leistung äusserer Arbeit in einer Maschine entspannt.
Durch diese Arbeitsleistung in der Kaltluftentspannungsmaschine (Kolbenmaschine oder Turbine) entsteht Kälte, und diese soll nun zur Deckung der unvermeidlichen Kälteverluste des Betriebes dieser Kohlensäureauseheidungsanlagen dienen.
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In Fig. 1 beiliegender Zeichnung ist eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens in einem Ausführungsbeispiel schematisch veranschaulicht.
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und b2 und den beiden Entspannungsschienen cl und c2. Vor der Betriebsaufnahme werden alle vier
Kältespeieher bis etwa -1250 abgekühlt.
Das von CO2 zu befreiende Gas tritt nun bei g durch das Umsehaltventil a1 mit 0'5 Atm. ein. kÜhlt sich im oberen Drittel des Kältespeichers f1 zunächst bis -30 ab, wobei sieh seine Feuchtigkeit an den
Flächen des Kältespeichereinsatzes niederschlägt und unterhalb 0 als Reif ausscheidet, der ebenfalls an den Flächen haften bleibt. Auf seinem weiteren Wege nach unten durch den Kältespeieher il friert dann auch die Kohlensäure aus, die ebenfalls als Reif an den Flächen haftet.
Das von CO2 und H20 befreite Gas strömt durch das Umsehaltventil bl über Leitung 6 in die Entspannungsmasehine el, kühlt sich in dieser um 6 ab, strömt dann durch die Leitung 7 und das Umschaltventil b2 in den Kältespeieher {3, gibt in diesem seine Kälte wieder ab und nimmt in dessen oberem Drittel wieder Feuchtigkeit auf, indem es den Reif, der sieh aus der vorher durchgeleiteten Luft abgesetzt hat, von den Flächen absublimiert. Auch die flüssige Feuchtigkeit, welche sieh an den Flächen vorher als Tau angesetzt hatte, wird dabei aufgenommen und das Gas sodann durch das Umschaltventil a2 bei k herausgeleitet. Dieser Weg des Gases ist durch die langen voll ausgezogenen Pfeile angedeutet.
Im Kältespeicher f1 befindet sich nun sowohl die aus dem Gas ausgesehiedene Feuchtigkeit als auch dessen Gehalt an CO2, während der Kältespeicher f3 jetzt völlig trocken ist.
In derselben Zeit wird Luft bei m durch das Umschaltventil a2 in den Kältespeicher f4 mit 0'5 \tm. eingeleitet, gibt dort zuerst seinen Feuchtigkeitsgehalt und weiter unten auch die Kohlensäure ab, worauf sie durch das Umschaltventil b2 über Leitung 8 in die Entspannungsmaschine c2 geleitet, in dieser auf 0.1 Atm. k lteleistend entspannt und durch Leitung 9 und das Umschaltventil bl in den Kältespeicher f2 geführt wird, in welchem sie ihre Kälte wieder abgibt und Kohlensäure sowie weiter oben auch Feuchtigkeit als Reif und Tau aufnimmt, um dann durch das Umsehaltventil a1 bei n mit Cl2 un H20 behaftet wieder ins Freie entlassen zu werden. Der Luftweg während dieser Schaltperiode ist mit kurzen voll ausgezogenen Pfeilen angedeutet.
Nun werden alle vier Umschaltventile umgestellt und das Gas mit 0'5 Atm. wieder dureh das
Umschaltventil as bei g jetzt aber in den Kältespeicher f2 eingeleitet, aus dem soeben die Luft den Kohlensäurereif absublimiert und die Feuchtigkeit aufgenommen hat, gibt in diesem oben wieder seine
Feuchtigkeit und weiter unten dann die Kohlensäure ab, strömt durch das jetzt ebenfalls umgestellte
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auf und gibt seinen Kälteinhalt an den Einsatz dieses Kältespeiehers ab, worauf sie mit CO2 und H20 behaftet durch das gegenüber der Zeichnung jetzt umgestellte Schaltventil n1 bei -n ins Freie entlassen wird.
Durch die beiden Speicher f3 und f4 wird also stets nur die Luft eingeleitet und das CO2-freie Gas feucht herausgeführt, während durch die Speicher f2 und fl nur Gas eingeleitet und kohlensäurehaltige Luft feucht herausgeführt wird.
Was herauskommt und in die Kältespeicher hineingeleitet wird, ist also stets feucht, ob Luft oder Gas, dagegen enthält von den herausgeleiteten Medien nur die Luft Cl2, während das Gas davon befreit ist. Dafür aber besitzt dieses beim Eintritt bis zu einem Drittel CO2-Gehalt, die Luft ist aber bei ihrem Eintritt nahezu frei davon.
Die Kohlensäure des Gases wird demnach von der Luft aufgenommen, ebenso dessen Feuchtigkeitsgehalt, während das Gas nur die Feuchtigkeit der Luft übernimmt.
Dabei korrespondiert stets der Speicher mit f3 sowie der Speicher mit und umgekehrt.
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Beim Eintritt in die Kältespeicher befindet sich sowohl das Gas als auch die Luft im verdichtetem, beim Austritt dagegen in entspanntem Zustand. Damit wird der Volumenunterschied geschaffen, der für eine restlose Sublimation unerlässlich ist, und die bei der Verdichtung auf gewendete Arbeit kann auf diese Weise sehr nützlich zur Kälteleistung verwendet werden, um damit die Kälteverluste des Betriebes zu decken, wie sie sich aus dem nie ganz verlustlos durchzuführenden Kältetausch und aus dem Oberfläehenkälteverlust ergeben.
Im übrigen ist der Prozess thermisch vollkommen ausgeglichen, denn es wird sowohl die zur Abkühlung aufgewendete als auch die beim Ausfrieren von H20 und CO verbrauchte
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fühlbaren Kälte zurückgewonnen.
Wenn das Gas, wie es für den Hochofenbetrieb erforderlich ist, schon an sich verdichtet werden muss, dann kann das Verfahren mit einer Entspannungsmasehine durchgeführt werden.
In diesem Falle wird dann die Luft höher als sonst, d. h. auf etwa 1 Atm., verdichtet und bis auf O'l Atm. entspannt, während das Gas, ohne entspannt zu werden, den CO2-Ausscheidungsprozess durchmacht.
Eine für diese Ausführungsart des Verfahrens geeignete Anlage ist in Fig. 2 dargestellt.
Die Entspannungsmasehine ist mit c bezeichnet, und die Umschaltventile bl und b2 (Fig. 1) werden hier durch selbstätig wirkende Rückschlagklappen b ersetzt.
Eine Verdichtung beider Medien ist aber hier Grundbedingung, während die Entspannung der Luft allein genügt, aber auch nur dann, wenn sie um 0-5 Atm. höher verdichtet wird als das Gas.
An Stelle von Luft könnte auch ein anderes Gas verwendet werden, um die ausgeschiedene Kohlensäure aufzunehmen, und an Stelle von Kohlensäure können mit diesem Verfahren auch andere Dämpfe aus Gasen ausgeschieden werden.
Die Durchführung des Verfahrens ist auch mit nur einem Speicherpaar möglich, jedoch muss dann der Gasverdichter die halbe Zeit aussetzen und ebenso der Luftverdichter, und zudem müsste dann ein
Gasbehälter zum Ausgleich der aussetzenden Produktion von CO2-freiem Gas mit dem meist kontinuierlichen Bedarf an solchem aufgestellt werden.
Das kennzeichnende Merkmal der Erfindung besteht darin, dass das Gas und die Luft im verdichteten Zustand in den jeweiligen Eintrittskältespeiehern mit Umsehaltwechselbetrieb abgekühlt wird, und wobei in diesen ihr Feuchtigkeitsgehalt abgegeben und aus dem Gas ausserdem auch die Kohlensäure ausgefroren wird und dass beim Übergang in die Austrittskältespeicher in der Tiefkühlzone entweder sowohl das Gas und die Luft oder nur die höher verdichtete Luft in einer Maschine entspannt wird, um durch diese Arbeitsleistung die Kälteverluste des Prozesses zu decken und den für eine restlose Sublimation erforderlichen Volumenunterschied herzustellen,
worauf beide Medien ihre Kälte in den jeweiligen Austrittskältespeichern wieder abgeben und aus denselben Feuchtigkeit aufnehmen, die entspannte Luft dagegen ausserdem auch die Kohlensäure aufnimmt, welche vorher vom Gas abgegeben wurde.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Ausscheidung von Kohlensäure und andern tiefsiedenden Dämpfen aus Nutzgasen, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Nutzgas ausgeschiedene Kohlensäure durch Sublimation auf ein anderes Gas übertragen wird.