AT390016B

AT390016B - Verfahren zur kontinuierlichen rueckgewinnung von loesungsmitteln

Info

Publication number: AT390016B
Application number: AT140388A
Authority: AT
Original assignee: Andritz Ag Maschf
Priority date: 1988-05-30
Filing date: 1988-05-30
Publication date: 1990-03-12
Also published as: DE3917389A1; ATA140388A

Description

Nr. 390016

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Rückgewinnung von Lösungsmitteln wie z. B. Kohlenwasserstoffen oder Halogenkohlenwasserstoffen aus einem Prozeßgasstrom, bei dem die Lösungsmittel aus dem Prozeßgasstrom in einer ersten Stufe an Feststoffe adsorbiert, in einer zweiten Stufe mittels eines vorzugsweise heißen Regenerationsgases desorbiert und in einer dritten Stufe aus dem beladenen Regenerationsgas gegebenenfalls nach Trocknung kondensiert und abgetrennt werden.

Derartige Verfahren sind bekannt und werden sehr häufig dann angewendet, wenn eine Lösungsmittelrückgewinnung angestrebt wird; ist dies zu aufwendig, so wird häufig nach der Anfangskonzentrierung durch Adsorption das beladene Desorptionsgas einer, z. B. katalytischen, Nachverbrennung zugeführt, wobei hiezu das Desorptionsgas nicht wie üblich als Kreisgas geführt werden muß.

Die Direktkondensation der Lösungsmittelbeladung aus beladenen Desorptionsgasen setzt eine Tiefkühlung voraus, wobei auf Grund des ungünstigen Wärmeübergangs in und aus gasförmigen Medien ein beträchtlicher verfahrenstechnischer Aufwand erforderlich ist.

Es wurde nunmehr gefunden, daß der Wärmeentzug bei der Direktkondensation aus beladenem Desorptionsgasen mit einem weitaus höheren Wirkungsgrad als bisher möglich ist, wenn dieser Wärmeentzug an den Oberflächen von Flüssigkeitströpfchen erfolgt, die im Regenerationsgas verteilt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren der eingangs genannten Art ist demgemäß vor allem dadurch gekennzeichnet, daß im beladenen Regenerationsgas verteilte Flüssigkeits-, insbesondere Lösungsmitteltröpfchen zumindest im wesentlichen als Wärmeentzugsmedium zur Kondensation der Lösungsmittelbeladung eingesetzt weiden.

Hiebei kann es günstig sein, als Wärmeentzugsmedium eine flüssige Phase zu verwenden, in der sich die auskondensierten Lösungsmittel lösen. Vor allem ist hier erfindungsgemäß an ein Auskondensieren der Lösungsmitteldämpfe mit bereits vorher im Verfahren auskondensierten, gekühlten Lösungsmitteln gedacht, mit anderen Worten werden die Lösungsmittel mit sich selbst auskondensiert. Dies hat zur Folge, daß dabei eine einheitliche flüssige Phase gebildet wird, die noch dazu praktisch wasserfrei ist, da bei den nötigen Kondensationstemperaturen das Wasser ausgefforen wird, also in Form von Eiskristallen vorliegt, die leicht abtrennbar sind.

Werden als Wärmeentzugsmedium Flüssigkeiten eingesetzt, die mit den auskondensierten Lösungsmitteln nicht mischbar sind, entstehen zwei Flüssigkeitsphasen, ebenso bei in Grenzen mischbaren Flüssigkeiten nach Erreichung der Sättigung des Wärmeentzugsmediums durch die auskondensierten Lösungsmittel. Hier wird zur Vermeidung von stabilen Zwischenphasen günstig auf völlige Unmischbarkeit, also leichte unmittelbare Phasentrennung abgestellt. Im Falle der völligen Mischbarkeit=Löslichkeit ist natürlich eine Regenerierung des Wärmeentzugsmediums zur Gewinnung der Lösungsmittel erforderlich, die günstig im Seitenstrom zur Wärmeentzugsmediumkreisführung und nur soweit erfolgt, daß die Belade-/Entnahmebilanz ausgeglichen ist

In diesem Fall wird vorteilhaft das Wäimeentzugsmedium so ausgewählt, daß bei entsprechend niederer Viskosität bei Kondensationsbedingungen der Siedepunkt entsprechend hoch ist, also möglichst weit über dem Siedebereich der auskondensierten Lösungsmittel liegt, so daß durch einfaches Anwärmen des beladenen Wärmeentzugsmediums, gegebenenfalls unter Wasserdampfspülung, die Lösungsmittel ausgetrieben werden und bei relativ niederen Temperaturen rückkondensieit werden können.

Hiezu bieten sich also vor allem hochsiedende Flüssigkeiten mit niedrigem Stockpunkt, insbesondere Silikonöle, Leichtöle, Glykole oder Glycerin an, aber auch z. B. hochsiedende technische Lösungsmittel, siehe z. B. Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, 3. Auflage 1960,12, Seiten 149.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Kondensationsstufe vorteilhaft in Kühlspriihtürmen durchgeführt, in denen insbesondere Sprühkaskaden übereinander angeordnet sind mit Stauböden mit individueller Flüssigkeitsabnahme.

Weiterhin kann in der Kondensationsstufe ein gewünschtes Strömungsbild in bekannter Weise einerseits durch entsprechende Einbauten (z. B. Leitbleche) und anderseits durch Richtungs-, Verteilungs- und Druckparameter der vorzugsweise zumindest anfänglich im wesentlichen gegeneinander gerichteten Ströme -einerseits Gas und anderseits Wärmeentzugsmediumtröpfchen - erzielt werden; vorteilhaft ist eine Drall- oder Zyklonströmung, bei der die Tröpfchen nach einer bestimmten Verweilzeit an die Wärmetauscherwände geführt und als zusammenhängende Flüssigkeit abgeführt werden, insbesondere bei Sprühkaskaden mit individueller Flüssigkeitsabnahme.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden wesentliche verfahrenstechnische Vorteile erzielt, insbesondere ein hoher Wirkungsgrad der Kondensation, wo ein Schwachpunkt der bisher üblichen Direktkondensationsverfahren liegt

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von zwei Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, in der die Fig. 1 und 2, in denen gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen tragen, jeweils ein Fließschema einer erfindungsgemäßen Anlage wiedergeben. Die Anlage nach Fig. 1 ist für Eigenkondensation, wo das Wärmeentzugsmedium vorher auskondensiertes Lösungsmittel ist und die Anlage nach Fig. 2 für Fremdkondensation, wo das Wärmeentzugsmedium eine vom Lösungsmittel verschiedene Flüssigkeit ist vorgesehen.

Das eine Lösungsmittelbeladung aufweisende Prozeßgas wird über eine Leitung (1) einem feststoffbeschichteten Adsorber (2) aufgegeben und verläßt diesen als Reingas über die Leitung (3), in der ein Saugzuggebläse (4) angeordnet ist -2-

Nr. 390016

Der Adsorber ist vorteilhaft als Rotationsadsorber ausgebildet, wobei voneinander getrennte Kammern vorgesehen sind, die axial (Scheibenadsorber) oder radial (Trommeladsorber) durchströmt werden.

Anschließend an die Beladung des Adsorberguts erfolgt vorteilhaft eine übliche Inertisierung zur Vermeidung von Explosionen bei der nachfolgenden Heißgasdesorption. Zu diesem Zweck wird inertes Spülgas über die Leitung dem Adsorber zugeführt und anschließend über die Leitung (6) in die Leitung eingespeist, um gegebenenfalls mitgeführte Lösungsmitteldämpfe noch einmal zu adsorbieren.

Zur Desorption wird der Adsorber (2) mit heißem Kreisgas gespült, das den Adsorber über die Leitung (7), in der zwei Gegenstrom-Heiz/Kühlwärmetauscher (8), (9) angeordnet sind, verläßt und in einen Kondensator (10) eingespeist wird, der als Kühlsprühturm ausgebildet ist, in dem das beladene Kreisgas im Gegenstrom zu feinverteiltem flüssigen Wärmeentzugsmedium geführt wird. Dabei wird die Lösungsmittelbeladung auskondensiert und das so abgereicherte, kalte Kreisgas wird nach dem Durchtritt durch einen üblichen Demister (11) am Kopf des Kühlsprühturms (10) über die Leitung (12), in der der Heiz/Kühlwärmetauscher (9) angeordnet ist, und das Gebläse (13) zum Adsorber (2) rückgeführt und gibt dort seine Lösungsmittelrestbeladung an bereits beladenes Adsorbermaterial ab. Das zweifach abgereicherte Kreisgas geht nun in der Leitung (14) über den Heiz/Kühlwärmetauscher (8), in dem es weiter vorgewännt wird, zum Heizwärmetauscher (15), in dem es auf Desorptionstemperatur erhitzt wird und dann zurück in die Desorptionsstufe. Das beladene heiße Kreisgas wird somit vor dem Eintritt in den Kondensator (10) zweistufig -zuerst im Heiz/Kühlwärmetauscher (8) und dann im Heiz/Kühlwärmetauscher (9) - vorgekühlt und das abgereicherte kalte Kreisgas dreistufig - zuerst im Heiz/Kühlwärmetauscher (9), dann im Heiz/Kühlwärmetauscher (8) und endlich im Heizwärmetauscher (15) · wieder auf Desorptionstemperatur gebracht.

Das Adsorberbett wird in üblicher Weise nach der Desorption gekühlt. Hiezu ist ein Kühlgaskreislauf über die Leitung (16) mit Kühlwärmetauscher (17) und Gebläse (18) vorgesehen.

Der als Kühlsprühturm ausgebildete Kondensator (10) weist drei übereinanderliegende Sprühetagen auf, die als Sprühkammern mit zentralem Gasdurchtritt und zentraler Wärmeentzugsmediumeindüsung dargestellt sind. Die Kammern haben jeweils einen Stauboden (19), dessen zentraler Gasdurchtritt jeweils Drallbleche (20) zur Erzielung einer Zyklonströmung aufweist, so daß das von oben eingesprühte Wärmeentzugsmedium letztlich an die Seitenwand der Kammern geführt wird und aus den Stauzonen über die Leitung (21) äbgeführt wird, die sich mit einer Bodenauslaßleitung (22) vereinigt.

Als Wärmeentzugsmedium wird vorher kondensiertes Lösungsmittel eingesetzt, so daß eine weitere Aufarbeitung im Prozeß nicht erforderlich ist. Das aus dem Kondensator (10) abgenommene flüssige Produkt gelangt in den Eisabscheider (23), aus dem als Bodenprodukt Eis und Lösungsmittel je nach Anfall abgezogen (Pumpe (24)) und in einem Phasentrenner (25) in eine wässerige und eine Lösungsmittelphase aufgetrennt wird. Aus der durch ein Eissieb (26) im Eisabscheider (23) hindurch nach oben tretenden eisfreien Lösungsmittelphase wird der zum Betrieb der Anlage nötige Anteil entnommen, über die Pumpe (27) zum Tiefkühlwärmetauscher (28), der mit einer Kälteanlage (29) in Verbindung steht, geführt und dort auf Kondensationstemperatur gebracht und gelangt über die Rückführleitung (30) wieder in die Sprühkammern.

Die Anlage gemäß Fig. 2 ist eine Analoganlage zu Fig. 1, wobei aber als Wärmeentzugsmedium Silikonöl eingesetzt wird und die Anlage zur Regenerierung des Silikonöls ausgerüstet ist. Dabei wird aus dem Phasentrenner (25) abgezogenes beladenes Silikonöl in der Leitung (31) über die Pumpe (24) und den Gegenstrom-Heiz/Kühlwärmetauscher (32) in die Ausdampfvorrichtung (33) eingespeist, die als übliche Abtriebs-/Verstärkerkolonne mit Sumpfheizung (34) ausgebildet ist. Die Lösungsmittelbrüden gehen über Kopf durch die Leitung (35) zum Kondensator (36), der vorzugsweise mit Brauchwasser gekühlt ist und von dort über die Leitung (37), aus der eine Kurzschlußleitung (38) zur Leitung (35) abzweigt, zum Phasentrenner (25a), aus dem einerseits Wasser über die Leitung (39) mit Rückführleitung in den Ausdampfer (33), und anderseits Lösungsmittel über die Leitung (40) abgezogen wird.

Das ausgedampfte Silikonöl geht aus dem Kolonnensumpf über die Leitung (41) zum Heiz/Kühlwärmetauscher (32), wo es kaltes beladenes Silikonöl vorwärmt und sich dabei abkühlt, und weiter über die Pumpe (42) in einen in der Leitung (12) zwischen Kondensatorkopf und Heiz/Kühlwärmetauscher (9) angeordneten Gegenstrom-Heiz/Kühlwärmetauscher (43), in dem das bereits vorgekühlte Silikonöl durch das kühle abgereicherte Kreisgas weiter heruntergekühlt wird, bevor es über die Leitung (44) in den Kühlwärmetauscher (45), der von der Tiefkühlanlage (29) gespeist wird, geht, dort auf Kondensationstemperatur herabgekühlt wird und anschließend in die in Gasströmungsrichtung im Kondensator (10) letzte Sprühkammer geht, so daß die Endkondensation mit reinem Silikonöl erfolgt, während die beiden vorausgehenden Kammern mit lösungsmittelbeladenem Silikonöl gefahren werden.

Die Erfindung ist auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen nicht beschränkt; insbesondere muß in den Kühlsprühkammem das Wärmeentzugsmedium auch nicht zumindest anfänglich im Gegenstrom zum beladenen Kreisgas strömen, da auf der einen Seite bei erhöhter Oberfläche ein besserer Wirkungsgrad erzielt wird, feine Tröpfchen aber vom Gasstrom leicht abgebremst und dann im Gleichstrom mitgenommen werden. Hier kann es günstig sein, von allem Anfang an im Gleich- oder Querstrom einzudüsen. Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit einem Adsorber, der vorteilhaft als segmentierter Trommeladsorber ausgebildet ist, dessen Segmente zur radialen oder axialen -3-

Claims

Nr. 390016 Durchströmung ausgebildet sind, einer Regenerationsgaskreisführung, gegebenenfalls einem Adsoiptivtrockner zur Trocknung des beladenen Regenerationsgases, sowie einem Lösungsmittelkondensator, ist, daß der Lösungsmittelkondensator mit einer Einbringeinrichtung, insbesondere Einsprüh- bzw. Eindüseinrichtung, zum feinverteilten Einbringen einer Wärmeentzugsflüssigkeit in Direktkontakt mit dem beladenen Regenerationsgas ausgerüstet ist. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur kontinuierlichen Rückgewinnung von Lösungsmitteln wie z. B. Kohlenwasserstoffen oder Halogenkohlenwasserstoffen aus einem Prozeßgasstrom, bei dem die Lösungsmittel aus dem Prozeßgasstrom in einer ersten Stufe an Feststoffe adsorbiert, in einer zweiten Stufe mittels eines vorzugsweise heißen Regenerationsgases desorbiert und in einer dritten Stufe aus dem beladenen Regenerationsgas gegebenenfalls nach Trocknung kondensiert und abgetrennt werden, dadurch gekennzeichnet, daß im beladenen Regenerationsgas verteilte Flüssigkeits-, insbesondere Lösungsmitteltröpfchen zumindest im wesentlichen als Wärmeentzugsmedium zur Kondensation der Lösungsmittelbeladung eingesetzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem beladenen Regenerationsgas auskondensierte Lösungsmittel als Wärmeentzugsmedium eingesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß hochsiedende Flüssigkeiten mit niedrigem Stockpunkt, insbesondere Silikonöle, Leichtöle oder Glykole, als Wärmeentzugsmedium eingesetzt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustausch zwischen Flüssigkeitströpfchen und beladenem Desorptionsgas entlang eines durch Strömungsparameter von Flüssigkeitströpfchen und/oder Desorptionsgas gebildeten geformten Strömungswegs, insbesondere in Form einer Drallströmung, durchgefuhrt wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Adsorber, der vorteilhaft als segmentierter Trommeladsorber ausgebildet ist, dessen Segmente zur radialen oder axialen Durchströmung ausgebildet sind, einer Regenerationsgaskreisführung, gegebenenfalls einem Adsoiptivtrockner zur Trocknung des beladenen Regenerationsgases, sowie einem Lösungsmittelkondensator, dadurch gekennzeichnet, daß der Lösungsmittelkondensator mit einer Einbringeinrichtung, insbesondere Einsprüh-bzw. Eindüseinrichtung, zum feinverteilten Einbringen einer Wärmeentzugsflüssigkeit in Direktkontakt mit dem beladenen Regenerationsgas ausgerüstet ist. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -4-