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Verfahren und Vorrichtung zum Auswaschen von unter Druck stehenden Gasen
In vielen Fällen ist es notwendig, Gasgemische oder verunreinigte Gase, die einer Reaktion an empfindlichen Katalysatoren zugeführt werden sollen, von einem störenden Gasbestandteil zu befreien, so beispielsweise in der Benzinsynthese, insbesondere aber in der katalytischen Ammoniak- hochdrucksynthese aus Wasserstoff und Stick- stoff, bei welcher der, zumeist aus Koksofengas oder Erdgas erzeugte Wasserstoff von den Resten an Kohlenoxyd befreit werden muss. Im letzt- erwähnten Falle z. B. geschieht dies durch eine
Wäsche mittels ammoniakalischer Lauge von
Cuprosalzen schwacher Säuren beim Betriebs- druck der Synthese im Gegenstromwascher.
Der zum Einpumpen der Absorptionslauge in die
Wascher nötige Druck wird hier durch eine
Kupferlaugen-Presspumpe erzeugt, deren Energie- aufwand zum grösseren Teile durch eine Laugen- entspannungsmaschine wieder hereingebracht wird, bei welcher die unter dem Synthesegasdruck stehende, mit CO beladene Waschflüssigkeit durch Entspannung kraftseitig einen Pumpenkolben vor sich herschiebt, auf dessen anderer
Seite dadurch Frischlauge in etwas geringerer Menge, aber mit dem gleichen Druck, in den Wascher gedrückt wird.
Leck- und Reibungsverluste werden hinsichtlich des Förderdruckes einerseits durch die ergänzende Arbeit der Laugenpresspumpe und anderseits dadurch ausgeglichen, dass das geförderte Frischlaugevolumen um das Volumen der dicken Kolbenführungsstange auf der Arbeitsseite vermindert ist und hinsichtlich der geförderten Laugenmenge durch eine Frisch- laugen-Zubringerpumpe zur Saugseite der Entspannungsmaschine und endlich durch die erwähnte Laugenpresspumpe.
Die mit CO beladene Kupferlauge geht nach dieser mechanischen Arbeitsleistung in die Entspannung-un Regenerationsanlage.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nunmehr ein Verfahren und eine Vorrichtung, die den Zweck haben, den bedeutenden Energiebedarf der oben erwähnten Presspumpe üblicher Art (Plungerpumpe) für die Waschflüssigkeit zum überwiegenden Teile einzusparen. Hiezu wird erfindungsgemäss die, bisher mehr oder minder ungenützte Energie verwendet, die bei der Ent- spannung des Flüssigproduktes der Hochdruck- synthese frei wird, indem sie in einer, der oben beschriebenen Entspannungsmaschine wesens- ähnlichen, aber weitgehend andersartig konstru- ierten Einrichtung zur Arbeitsleistung heran- gezogen wird. Diese Entspannungsarbeit wird direkt auf die Kolben einer Pumpe übertragen, die-an Stelle der oder neben den bisher aus- schliesslich verwendeten Presspumpen - frische
Waschflüssigkeit in das Waschersystem zu drücken hat.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung soll im folgenden an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert werden :
Aus einem Hochbehälter wird die Waschlauge unter geringem Überdruck einer Zubringer- pumpe 1 zugeführt, die sie, auf ein Mehrfaches des Druckes verdichtet, zum Teil der jeweiligen
Ansaugseite einer der beiden Zylinder der üblichen Waschlaugen- Entspannungsmaschine 2 zuteilt und zum Teil der jeweiligen Saugseite 4 eines von zwei oder mehreren Zylindern der erfindung- gemässen Kombination von Entspannungszylin- dern 3 für Hochdruck-Flüssigprodukt und Presszylindern 4 für Hochdruck-Waschflüssigkeit für die Gaswascher 9.
Während die, der Entspannungsmaschine 2 zugeführte Waschlaugenmenge jener Menge entspricht, die aus der Entspannungsmaschine in die Waschlaugenregeneration entspannt wird, muss gleichzeitig jene Menge an Waschlauge dem erfindungsgemässen Kombinat 3, 4 zugeführt werden, die die Wascher 9 darüber hinaus be- nötigen. Die Zuteilung von der Zubringerpumpe 1 her erfolgt im übrigen selbsttätig in der jeweils benötigten Menge und ist durch den Ansaugdruck der beiden Vorrichtungen 2 bzw. 3, 4 bestimmt.
Das Tandemaggregat nach der Erfindung besteht im wesentlichen aus mehreren, vorzugsweise aus zwei Vereinigungen von übereinander angeordneten Hochdruckzylindern 3, 4, in deren jedem, u. zw. in beiden in gleicher Höhe, sich ein Kolben 5 befindet, wobei diese Kolben durch eine dicke Führungsstange 6 starr untereinander verbunden sind. Diese Stange 6 führt ausserdem noch über den Kopf des oberen Druckkörpers 4
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hinaus und bewirkt die mechanische Betätigung der Umschaltventile 7 für die Frischlauge und 8 für die, aus Endprodukt bestehende Druckflüssigkeit.
Wie bei der bekannten Entspannungsmaschine 2 sind auch hier die Reibungs-und Leclwerluste durch Verminderung der Fördermenge in den Zylindern 4 um das Volumen der dicken Stange 6 ausgeglichen, soweit diese oberhalb des oberen Druckkolbens 5 eine entsprechende Menge an Frischlauge verdrängt.
Während bei der Entspannungsmaschine bekannter Art 2 in jedem Druckzylinder ein einziger Kolben vorhanden ist, der an beiden Seiten von einer und derselben Flüssigkeit, wenngleich im frischen bzw. im verbrauchten Zustande, beaufschlagt wird, ist es ein neues und wesentliches Merkmal der erfindungsgemässen Vorrich-
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keiten im oberen bzw. unteren Teil des Aggregates ein eigener, aber hier nur einfach beaufschlagter Kolben 5 vorhanden ist. Die druckabgewendeten Seiten dieser beiden Kolben eines Aggregates sind hier natürlich drucklos.
Die entsprechenden Zylinderräume in 3 oberhalb des Kolbens könnten zwar offen sein, doch ist es vorzuziehen, auch diese Teile geschlossen auszuführen, womit die Möglichkeit gegeben ist, dem Spiele der Kolben folgend in jedem dieser beiden Leerräume bei 3 ein eigenes Verdünnungmittel, wie etwa Wasser, für die jeweiligen Leckflüssigkeiten aus einem angeschlossenen Vorratsbehälter drucklos oder unter Gegendruck pulsieren zu lassen.
In der Zeichnung ist weiters mit 10 die Abscheideflasche, mit 11 eine Pufferflasche und mit 12 ein Zwischenentspannungsbehälter, alle für das flüssige Endprodukt, beispielsweise flüssiges Ammoniak, bezeichnet.
Das beschriebene Verfahren und die dazugehörige Vorrichtung gewährleisten bei erheblicher Stromeinsparung eine Erhöhung der Betriebssicherheit der Fahrweise von Hochdrucksynthesen mit flüssigem Endprodukt. Sie sind im übrigen nicht beschränkt auf die Ammoniakoder die Benzin-Hochdrucksynthese, sondern könnten ohne wesentliche Anpassungsschwierigkeiten bei allen Verfahren angewendet werden, bei denen der Druck einer im Verfahren vorkommenden Flüssigkeit zur Arbeitsleistung, also beispielsweise zum Transport einer andersartigen oder einer gleichen, gegebenenfalls einer anders temperierten Flüssigkeit ausgenützt werden soll.
Die vorliegend beschriebene Erfindung unterscheidet sich dadurch weitgehend von den bekannten Tandempumpen, beispielsweise Kesselspeisepumpen, dadurch, dass hier ein im System selbst erzeugtes, unter Hochdruck verflüssigtes Endprodukt der Synthese zur Arbeitsleistung, u. zw. zur Druckförderung von Waschflüssigkeit unter Ersatz oder Entlastung bisher ausschliesslich gebrauchter Presspumpen mit Fremdantrieb bei einem Verfahren zum Auswaschen von unter Druck stehenden Gasen, herangezogen wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Auswaschen von unter Druck stehenden Gasen, beispielsweise kohlenoxydhaltigem Synthesegas der Ammoniaksynthese in der sogenannten Kupferlaugenwäsche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiebedarf für den Zwangsumlauf der Waschflüssigkeit bzw. für die Nachlieferung frischer Waschlauge unter Betriebsdruck zum Teil oder annähernd durch Entspannung des unter Druck, beispielsweise dem Synthesedruck, verflüssigten Endproduktes gedeckt wird.
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Method and device for scrubbing gases under pressure
In many cases it is necessary to free gas mixtures or contaminated gases, which are to be fed into a reaction on sensitive catalysts, from a disruptive gas component, for example in gasoline synthesis, but especially in the catalytic high-pressure ammonia synthesis from hydrogen and nitrogen, in which the hydrogen, which is mostly produced from coke oven gas or natural gas, has to be freed from the residues of carbon oxide. In the last-mentioned case z. B. this is done by a
Wash with ammoniacal lye from
Cupro salts of weak acids at the operating pressure of the synthesis in the countercurrent washer.
The one for pumping the absorption liquor into the
Washer necessary pressure is here by a
Copper liquor press pump is generated, the energy consumption of which is brought back in for the most part by a liquor expansion machine, in which the washing liquid, which is under the synthesis gas pressure and loaded with CO, pushes one pump piston in front of it on the force side, onto the other
As a result, fresh liquor is pressed into the washer in a slightly smaller amount, but with the same pressure.
Leakage and friction losses are compensated with regard to the delivery pressure, on the one hand, by the supplementary work of the caustic solution pump and, on the other hand, in that the volume of fresh liquor delivered is reduced by the volume of the thick piston guide rod on the working side and, in terms of the amount of liquor delivered, by a fresh liquor feed pump to the suction side of the Relaxation machine and finally through the aforementioned drain pump.
After this mechanical work, the copper lye loaded with CO goes into the expansion and regeneration system.
The subject of the present invention is now a method and a device which have the purpose of largely saving the significant energy requirements of the above-mentioned press pump of the usual type (plunger pump) for the washing liquid. For this purpose, according to the invention, the previously more or less unused energy is used which is released during the relaxation of the liquid product of the high-pressure synthesis by being performed in a device similar to the above-described but largely differently constructed device for work is used. This relaxation work is transferred directly to the pistons of a pump, which - instead of or in addition to the previously exclusively used press pumps - are fresh
Has to press washing liquid into the washer system.
The device according to the invention will be explained below with reference to the drawing, for example:
The washing liquor is fed from an elevated tank under a slight overpressure to a feed pump 1, which compresses it to a multiple of the pressure, in part to the respective
Suction side one of the two cylinders of the usual washing liquor expansion machine 2 and, in part, the respective suction side 4 is assigned one of two or more cylinders of the inventive combination of expansion cylinders 3 for high-pressure liquid product and press cylinders 4 for high-pressure washing liquid for the gas washer 9 .
While the amount of washing liquor supplied to the expansion machine 2 corresponds to the amount that is released from the expansion machine into the washing liquor regeneration, the amount of washing liquor must be supplied to the combine 3, 4 according to the invention that the washers 9 also require. The allocation from the feeder pump 1 takes place automatically in the amount required and is determined by the suction pressure of the two devices 2 and 3, 4.
The tandem unit according to the invention consists essentially of several, preferably two, associations of high pressure cylinders 3, 4 arranged one above the other, in each of which, u. Between both at the same level, there is a piston 5, these pistons being rigidly connected to one another by a thick guide rod 6. This rod 6 also leads over the head of the upper pressure body 4
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addition and causes the mechanical actuation of the switching valves 7 for the fresh liquor and 8 for the pressure fluid consisting of the end product.
As in the known expansion machine 2, the frictional and drainage losses are compensated by reducing the delivery rate in the cylinders 4 by the volume of the thick rod 6, provided that the rod displaces a corresponding amount of fresh liquor above the upper pressure piston 5.
While in the expansion machine of the known type 2 there is a single piston in each pressure cylinder, which is acted upon on both sides by one and the same liquid, albeit in the fresh or in the used state, it is a new and essential feature of the device according to the invention.
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Opportunities in the upper or lower part of the unit a separate, but here only simply acted upon piston 5 is available. The pressure-averted sides of these two pistons of a unit are of course pressureless here.
The corresponding cylinder spaces in 3 above the piston could be open, but it is preferable to also design these parts closed, which makes it possible, following the clearance of the pistons, to use a separate diluent in each of these two empty spaces at 3, such as water, pulsing for the respective leakage fluids from a connected storage tank without pressure or under counter pressure.
In the drawing, the separating bottle is also designated by 10, a buffer bottle by 11 and an intermediate expansion tank by 12, all for the liquid end product, for example liquid ammonia.
The described method and the associated device ensure an increase in the operational reliability of the operation of high-pressure syntheses with liquid end product while saving considerable electricity. Incidentally, they are not limited to ammonia or gasoline high-pressure synthesis, but could be used without significant adjustment difficulties in all processes in which the pressure of a liquid occurring in the process for work, for example for transporting a different or the same, possibly a different one tempered liquid is to be used.
The presently described invention differs largely from the known tandem pumps, for example boiler feed pumps, in that here an end product of the synthesis for work performance which is produced in the system itself and liquefied under high pressure, u. betw. for the pressure delivery of washing liquid with replacement or relief of previously exclusively used press pumps with external drive in a process for washing out pressurized gases.
PATENT CLAIMS:
1. A method for scrubbing gases under pressure, for example carbon-oxide-containing synthesis gas from ammonia synthesis in the so-called copper liquor scrubbing, characterized in that the energy required for the forced circulation of the scrubbing liquid or for the subsequent delivery of fresh scrubbing liquor under operating pressure is partially or approximately by relieving the pressure under pressure , for example the synthesis pressure, liquefied end product is covered.