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Verfahren zur Isolierung von Gasen aus Gemischen durch Absorption
Bekanntlich kann man gasförmige ungesättigte Verbindungen mit wässerigen Schwermetallsalz- lösungen aus gasförmigen Gemischen abtrennen. So gelingt es beispielsweise, Olefine mit wässerigen
Silbersalzlösungen oder Kohlenoxyd mit ammoniakalischen Kupfersalzlösungen auszuwaschen. Ferner ist es auch bekannt, Kohlendioxyd mit Hilfe von Aminocarbonsäuren bzw. Aminosulfonsäuren, beispiels- weise von wässerigen Alkalitaurinat-Lösungen, zu absorbieren. Ferner absorbiert man Stickstoffmonoxyd mit Eisen- (II)-salzlösungen.
Im einzelnen verfährt man dabei so, dass man das Gasgemisch unter Druck mit der Salzlösung im Gegen- strom behandelt, wobei die zu absorbierenden Gase praktisch vollständig von der Lösung aufgenommen werden. Aus der beladenen Lösung werden anschliessend die absorbierten Gase entweder durch Entspannen auf Normaldruck oder auf einen unteratmosphärischen Druck ausgetrieben und danach auf Normaldruck oder einen beliebigen andern gewünschten Druck komprimiert. Man kann den Desorptionsvorgang auch mit einer gleichzeitigen Erwärmung kombinieren. Die von den ungesättigten Verbindungen weitgehend befreite Lösung führt man dann erneut der Absorptionskolonne zu.
Man benötigt bekanntlich bei dem Desorptionsvorgang des Gases zum Einstellen eines unteratmo- sphärischen Druckes und zum anschliessenden Komprimieren des Gases von Unterdruck auf Normaldruck oder Überdruck umso mehr Energie, je niedriger der Unterdruck ist, bei dem das Gas ausgetrieben wird.
Deshalb nimmt man technisch die Desorption der gesamten Lösung allgemein in mehreren Stufen vor, wobei man den Druck von Stufe zu Stufe weiter herabsetzt.
Es wurde nun gefunden, dass man in denjenigen Fällen, in denen die Absorption ungesättigter Verbindungen aus Gasgemischen durch Salzlösungen in der Weise erfolgt, dass neben einer reinen Lösung auch chemische Bindung der Gase durch die in Lösung befindlichen Salzkomponenten (Chemosorption) eintritt, die Isolierung der ungesättigten Gase vorteilhaft in der Weise erfolgt, dass man die Salzlösung und das Gasgemisch im Gegegstrom miteinander in innige Berührung bringt und bei der anschliessenden Desorption der absorbierten Gase aus der Lösung nicht die gesamte, mit Gas beladene Lösung stufenweise und schliesslich in der letzten Desorptionsstufe bei stark vermindertem Druck vollständig entgast, sondern dass es günstiger ist,
nach jeder Desorptionsstufe den jeweils grösseren Teil der teilentgasten Lösung in das Absorptionsgefäss zurückzuführen und nur einen kleineren Teil der Lösung zur nächsten Desorptionsstufe weiterzuleiten. Entsprechend der Anzahl der Desorptionsstufen erhält man also mehrere, verschieden weitgehend entgaste Teilströme der Salzlösung.
Die Lösungsmengen in den einzelnen Desorptionsstufen und die jeweilige prozentuale Aufteilung dieser Lösungsmengen in einen der Absorptionskolonne und einen der nächsten Desorptionsstufe zuzuführenden Anteil hängen von mehreren Faktoren ab. Zu diesen Faktoren gehören der Partialdruck der zu absorbierenden Gase im Ausgangsgasgemisch, der Partialdruck der zu absorbierenden Gase in der die jeweilige Desorptionskolonne verlassenden Lösung, die Aufnahmefähigkeit der die jeweilige Desorptionskolonne verlassenden Lösung für die zu absorbierenden Gase und auch die Abmessungen und verfahrenstechnischen Eigenschaften der Absorptions- und Desorptionskolonnen.
Die jeweiligen Teilströme, die nach Verlassen der entsprechenden Desorptionsstufen wieder in die Absorptionskolonne zurückgeführt werden, werden in diese an denjenigen Stellen eingeleitet, an denen der Partialdruck der zu absorbierenden Gase in der Absorptionskolonne gleich dem Partialdruck dieser Gase in der jeweils zurückgeführten Lösung ist. Diese Stellen lassen sich für die Absorptionskolonne durch eine einfache Rechnung in bekannter Weise ermitteln. Die Lösung der letzten Desorptionsstufe wird ungeteilt auf den Kopf der Absorptionskolonne gegeben.
Die erfindungsgemäss vorgeschlagene Arbeitsweise unterscheidet sich also von bekannten Verfahren in apparativer Hinsicht durch das Vorhandensein mehrerer Flüssigkeitszuläufe entlang der Absorptionskolonne, wodurch diese in Absorptionsstufen unterteilt wird, und einer gleichen Anzahl von Desorptionsstufen mit von Stufe zu Stufe abnehmender Grösse. Der Vorteil der erfindungsgemässen Arbeitsweise gegenüber bekannten Arbeitsweisen besteht nun darin, dass das Ausgangsgasgemisch nicht nur in stets zunehmendem Masse von der bzw. den abzutrennenden ungesättigten Verbindungen befreit wird, sondern
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dass man darüber hinaus geringere Mengen absorbierten Gases bei sehr niedrigen Drucken desorbieren muss, was eine beträchtliche Energieeinsparung gegenüber bekannten Verfahren bedeutet.
Dies wird erreicht durch das Auswaschen des Gasgemisches mit einer grossen Menge wenig entgaster Lösung im unteren Teil der Absorptionskolonne und mit sehr geringen Mengen weitergehend bzw. völlig entgaster Lösung im oberen Teil bzw. am Kopf der Absorptionskolonne.
Im Sinne der obengenannten besonderen Bedingungen ist die vorliegende Erfindung immer dann anwendbar, wenn der Partialdruck des zu absorbierenden Gases in dem zu reinigenden, sich mit der Salzlösung in Berührung befindlichen Gasgemisch in einem Bereich liegt, in dem eine wesentliche Änderung des Partialdruckes in der Gasphase keine oder nur eine unwesentliche Änderung der Konzentration des absorbierten Gases in der Salzlösung zur Folge hat.
Es liegt ferner im Wesen der vorliegenden Erfindung, dass der erreichte wirtschaftliche Vorteil gegenüber bekannten Verfahren umso grösser ist, je weiter sich der Partialdruck des auszuwaschenden Gases in dem Gasgemisch von dem für geringe Partialdrucke linearen Teil der Kurve entfernt, die beim Auftragen des Partialdruckes des zu absorbierenden Gases als Ordinate gegen die Kapazität der Salzlösung für dieses Gas als Abszisse resultiert und die von einem gewissen Sättigungspunkt an sehr steil und nicht mehr linear ansteigt.
Der Druck, unter dem die Desorption erfolgt, soll vorzugsweise zwischen dem Partialdruck des zu absorbierenden Gases in dem in die Absorptionskolonne eintretenden Gasgemisch und dem Siededruck der Salzlösung liegen.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann prinzipiell auf die Abtrennung beliebiger Gase aus beliebigen Gasgemischen mit Erfolg angewendet werden, sofern eine der Salzkomponenten der zum Auswaschen verwendeten wässerigen Salzlösung zur Chemisorption mit dem abzutrennenden Gas befähigt ist. Ein Beispiel, bei dem das Verfahren mit besonderem Vorteil angewendet werden kann, ist die Isolierung von kohlenstoffhaltigen Gasen, insbesondere von Olefinen aus Gasgemischen mit Paraffinen und/oder Naphthenen, die aber auch andere Gase wie Kohlendioxyd, Kohlenmonoxyd, Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff und/oder Edelgase enthalten können. Abtrennbar sind hiebei alle geradkettigen, verzweigten und cyclischen gasförmigen Olefine. Von besonderer Bedeutung ist das Verfahren für die Abtrennung von Äthylen u. a.
Olefinen wie Propylen, Buten-1, Buten-2, die verschiedenen Pentene und Hexene, Butadien, Cyclohexen usw.
Als Salze für die wässerigen Matallsalzlösungen verwendet man in diesem Fall bevorzugt Silbersalz, u. zw. insbesondere die wasserlöslichen Silbersalze starker anorganischer Säuren, wie Silbernitrat, Silberfluorid, Silberfluosilikat, Silberperchlorat und besonders vorteilhaft Silberfluoborat, wobei man aus wirtschaftlichen Gründen mit Konzentrationen von mindestens 100 g Silber/l Lösung arbeitet. In andern Fällen verwendet man beispielsweise wässerige Lösungen von Kupfer- oder Quecksilbersalzen.
In der nachstehenden Figur ist die erfindungsgemässe apparative Anordnung für den Fall einer Desorption in zwei Stufen dargestellt.
Das bei 1 eintretende Gasgemisch wird im unteren Teil der Absorptionskolonne 2 einer Salzlösung 3, im oberen Teil der Absorptionskolonne 2 einer Salzlösung 4 entgegengeführt. Die Salzlösungen 3 und 4 haben jeweils einen bestimmten, vom Unterdruck der Desorptionskolonnen 8 und 15 abhängigen Partialdruck in bezug auf das zu absorbierende Gas. Entsprechend diesen Partialdrucken der Lösungen 3 und 4 wird das Gasgemisch weitgehend von der zu absorbierenden Komponente befreit. Das Restgas entweicht bei 5. Die am Fuss der Kolonne ablaufende gasreiche, die gesamte eingesetzte Salzlösung umfassende Lösung 6 tritt ungeteilt bei 7 in die erste Desorptionskolonne 8 ein, in der der grösste Teil des Gases bei 9 durch die Vakuumpumpe 10 bei geringerem Unterdruck abgesaugt wird.
Die Lösung wird bei 11 abgenommen und bei 12 so geteilt, dass ein grösserer Teil über die Pumpe 13 als Lösung 3 zur Absorptionskolonne zurückgeführt wird, während ein kleinerer Teil bei 14 in die zweite Desorptionskolonne 15 eintritt, in der bei sehr geringem Druck der Rest des Gases bei 16 durch die Vakuumpumpe 17 ausgetrieben wird. Die von absorbiertem Gas praktisch freie Lösung läuft bei 18 ab und kehrt über die Pumpe 19 als Lösung 4 in die Absorptionskolonne zurück.
Selbstverständlich kann man die Schaltung auch so ausführen, dass man mehr als zwei Desorptionsstufen einsetzt, indem man z. B. einen Teil der Lösung 18 einer dritten Desorptionskolonne, die unter noch geringerem Druck steht, zuführt, und mit der aus dieser Kolonne ablaufenden Lösung das Restgas 5 behandelt usw.
EMI2.1
und schliesslich zurück zur Absorptionskolonne. Das stündlich abströmende Restgas enthält 0, 05 kg Äthylen (0, 3 Vol.-%). Insgesamt werden also 5, 45 kg Äthylen/h isoliert. b) Der gleiche Absorptionsvorgang wie unter a) beschrieben, wird mit der gleichen Menge des Gasgemisches unter sonst gleichen Bedingungen in der in der Fig. 1 skizzierten Apparatur durchgeführt.
Man
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wäscht mit 79 1 einer Silberfluoboratlösung aus, wobei die Zuläufe so bemessen sind, dass 11 l/h Lösung am Kopf und 68 l/h Lösung in der Mitte der Kolonne zugegeben werden. Die Lösung gelangt in die erste Desorptionskolonne, in der stündlich 5, 0 kg Äthylen bei 0, 5 at abgesaugt werden. 681 der teilentgasten Lösung werden zur Absorptionskolonne zurückgeführt, der Rest (11 1) gelangt in die zweite Desorptionskolonne, in der stündlich 0, 45 kg bei 0, 05 at gewonnen werden. Die entgasten 111 Lösung werden zur Absorptionskolonne zurückgeleitet. Das Restgas enthält wie bei Versuch a) 0, 3 Vol.-% Äthylen. Der Wascheffekt ist also in beiden Fällen gleich.
Man sieht, dass bei der unter b) beschriebenen erfindungsgemässen Verfahrensweise wesentlich weniger Äthylen bei dem geringeren Druck von 0, 05 at ausgetrieben werden muss als bei der unter a) beschriebenen bekannten Verfahrensweise.
Die Vergleichszahlen der beiden Versuche sind in übersichtlicher Weise in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt :
EMI3.1
EMI3.2
<tb>
<tb>
45kg <SEP> H./h <SEP> bei <SEP> Desorption
<tb> Gaskompression <SEP> und
<tb> Versuch <SEP> 1 <SEP> A <SEP> ? <SEP> BF,/h <SEP> Ldsungsumfauf <SEP> Leistung <SEP>
<tb> 0, <SEP> 5 <SEP> at <SEP> 0,05 <SEP> at
<tb> 2, <SEP> 90 <SEP> I <SEP> 2, <SEP> 55 <SEP> 46 <SEP> 0, <SEP> 26 <SEP> KW
<tb> b <SEP> 5, <SEP> 00 <SEP> 0, <SEP> 45 <SEP> 79 <SEP> 0, <SEP> 18 <SEP> KW
<tb>
PATENTANSPRÜCHE :
1.
Verfahren zur Isolierung von kohlenstoffhaltigen ungesättigten Gasen aus Gasgemischen durch Absorption mit Hilfe wässeriger Salzlösungen unter gleichzeitiger Lösung und Chemosorption und anschliessender Desorption der absorbierten Gase, wobei die wässerige Salzlösung und das die kohlenstoffhaltigen ungesättigten Gase enthaltende Gemisch im Gegenstrom miteinander in innige Berührung gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass man die Desorption und Absorption in mehreren, jeweils gleichvielen Stufen in der Weise durchführt, dass die Desorption bei von Stufe zu Stufe vermindertem Druck, die Absorption mit von Stufe zu Stufe weitergehend desorbierten Salzlösungen vorgenommen wird.