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Die Erfindung betrifft eine Kolonne gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine derartige Kolonne weist einen drucktragenden Mantel auf, der einen Mantelraum, d. h., einen Innenraum der Kolonne, begrenzt, welcher zur Aufnahme eines flüssigen Mediums und eines insbesondere im Gegenstrom dazu geführten gasförmigen Mediums eingerichtet und vorgesehen ist, sowie eine Mehrzahl an Kolonnenböden, auf denen das flüssigen Mediums verweilen kann. Das gasförmige und das flüssige Medium können sich natürlich hinsichtlich ihrer Zusammensetzung beim Durchlaufen der Kolonne verändern.
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Kolonnen der eingangs genannten Art können insbesondere zur Trennung eines (binären) Gasgemisches mit Hilfe von Clathrat-Hydraten dienen. Hierbei handelt es sich um Einschlussverbindungen von gasförmigen Stoffen in Wasser, bei denen das Stoffmengenverhältnis Gas/Wasser in der Regel 8/48, bei großen einzulagernden Gasteilchen auch 6/48 beträgt.
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Als problematisch bei einer solchen Gasgemischtrennung erweist sich insbesondere die Passivierung des Stoffübergangs an der Gasblasenoberfläche durch Hydrathautbildung. Zudem ist bei Einzelapparatkaskaden ein hoher maschineller und apparativer Aufwand notwendig.
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Des Weiteren kann die vorgenannte Kolonne auch für Reaktivdestillationen verwendet werden. Hierbei muss insbesondere eine ausreichende Gasdispergierung sowie eine entsprechende Verteilung (Suspendierung) (heterogener) Katalysator(en) sichergestellt werden.
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Hiervon ausgehend liegt daher der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kolonne der eingangs genannten Art im Hinblick auf die vorgenannten Problematiken zu verbessern.
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Dieses Problem wird durch eine Kolonne mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Danach ist vorgesehen, dass zum Verteilen des gasförmigen Mediums (z. B. binäres, zu trennendes Gasgemisch) auf das flüssige Medium (z. B. Wasser bzw. Gashydratschlacke) ein im Mantelraum angeordneter Hohlrührer vorgesehen ist. Derartige Hohlrührer (Rohrrührer) sind rotierende Strahlsauger, die Gas aus einem Gasraum ansaugen und in einer Flüssigkeit feinst verteilen (dispergieren) können.
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Vorzugsweise weist der Hohlrührer eine entlang einer Erstreckungsrichtung längs erstreckte Hohlwelle zum Ansaugen des zu verteilenden gasförmigen Mediums auf, die zum Rotieren des Hohlrührers rotierbar um die Erstreckungsrichtung (Drehachse) am Mantel gelagert ist. Die Hohlwelle muss dabei nicht entlang ihrer gesamten Länge hohl ausgebildet sein. Entscheidend ist, dass die Hohlwelle Gas durch die Kolonnenböden nach oben führen kann. Die besagte Erstreckungsrichtung fällt bevorzugt mit einer Längsachse (Zylinderachse) des Mantels zusammen, die sich – bezogen auf einen bestimmungsgemäß angeordneten Zustand der Kolonne – vorzugsweise entlang der Vertikalen erstreckt, so dass die entlang der Erstreckungsrichtung verlaufende Drehachse der Hohlwelle bzw. die Hohlwelle insbesondere koaxial bezüglich des Mantels angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Hohlwelle hohl(kreis)zylindrisch ausgebildet.
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Durch das aktive Rühren werden ggf. gebildete Hydrathäute zerstört und somit ein ungehinderter Stoffübergang von der Gas- in die Flüssigphase unterstützt.
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Des Weiteren ist bevorzugt ein Mittel zum Regeln bzw. Beeinflussen der Rotationsgeschwindigkeit der Hohlwelle vorgesehen, da durch die Rührerdrehzahl direkt Einfluss auf die Durchmischungsintensität und die Bläschengröße genommen werden kann und damit über Turbulenz und spezifische Oberfläche der Blasen auf den betreffenden Stoffübergang.
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Weiterhin ermöglicht die erfindungsgemäße Kolonne eine (mehrphasige) Reaktivdestillation mit einem (oder mehreren) suspendierten heterogenen Katalysator mit ggf. konkreten Stufen in einer Gegenstromkolonne bei gleichzeitiger Gasdispergierung und eventueller Katalysator/Feststoff-Suspendierung aufgrund des aktiven Rührens.
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Vorzugsweise ist die Hohlwelle des Hohlrührers durch in den Kolonnenböden jeweils ausgebildete, miteinander fluchtende Durchgangsöffnungen geführt, die auch als Dreh- bzw. Gleitlager für die Hohlwelle ausgebildet sein können. Dabei erstrecken sich die einzelnen Kolonnenböden vorzugsweise jeweils flächig in einer quer zur Längsachse des Mantels bzw. quer zur Vertikalen orientierten Erstreckungsebene.
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Bevorzugt weist die insbesondere abschnittsweise Hohlwelle des Hohlrührers jeweils unterhalb eines Kolonnenbodens der Kolonne eine Ansaugöffnung auf, über die der Hohlrührer bzw. die Hohlwelle beim Rotieren der Hohlwelle das unterhalb des jeweils zugeordneten Kolonnenbodens im Mantelraum geführte gasförmige Medium ansaugt, entlang der Vertikalen nach oben führt und auf das auf dem jeweils zugeordneten Kolonnenboden stehende flüssige Medium verteilt. Der zum Ansaugen notwendige Unterdruck in der Hohlwelle wird dabei durch die Rotation der Hohlwelle selbst erzeugt, die bewirkt, dass das gasförmige Medium in Umfangsrichtung der Hohlwelle an der jeweiligen Ansaugöffnung vorbeiströmt.
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Zum Verteilen des gasförmigen Mediums auf das auf dem jeweiligen Kolonnenboden stehende flüssige Medium weist der Hohlrührer zumindest jeweils einen von der Hohlwelle abragenden Arm auf, der ebenfalls vorzugsweise hohl(kreis)zylinderförmig ausgebildet ist. Vorzugsweise sind jeweils vier Arme vorgesehen, wobei zwei Arme mit einander fluchten und rechtwinklig zu den beiden anderen ebenfalls miteinander fluchtenden Armen verlaufen. Die vier Arme münden insbesondere jeweils auf gleicher Höhe in die Hohlwelle ein. Damit das gasförmige Medium fein in dem flüssigen Medium verteilbar (dispergierbar) ist, ist der mindestens eine Arm jeweils bei einem bestimmungsgemäßen Betrieb der Kolonne von dem auf dem jeweiligen Kolonnenboden stehenden flüssigen Medium umgeben. Hierzu wird das flüssige Medium auf den einzelnen Kolonnenböden entsprechend aufgestaut.
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Dabei ist zum Aufstauen bzw. zum Verlängern der Verweilzeit des flüssigen Mediums auf dem jeweiligen Kolonnenböden jeweils ein Wehr vorgesehen (mit Ausnahme des untersten Kolonnenbodens), das entlang der Vertikalen vom jeweils zugeordneten Kolonnenboden absteht, so dass das darauf aufgegebene flüssige Medium auf dem jeweiligen Kolonnenboden stehen kann. Somit ist also die Beeinflussung der Verweilzeit in der erfindungsgemäßen Kolonne über das Flüssigvolumen in jeder einzelnen Stufe bzw. auf dem jeweiligen Kolonnenboden möglich.
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Vorzugsweise sind je zwei benachbarte, übereinander angeordnete Kolonnenböden zueinander versetzt angeordnet, so dass den Wehr des oberen Kolonnenbodens überströmendes flüssiges Medium auf den darunter liegenden unteren Kolonnenboden fällt. Dabei erstreckt sich bevorzugt das jeweils dem oberen Kolonnenboden zugeordnete Wehr mit einem Endabschnitt nach unten hin bis zu dem darunter angeordneten unteren Kolonnenboden und ist mit diesem verbunden. Damit sich das nach unten strömende flüssige Medium jeweils über den gesamten unteren Kolonnenboden verteilen kann, ist bevorzugt in dem jeweiligen Endabschnitt eine Durchströmöffnung ausgebildet. Diese befindet sich bei einem bestimmungsgemäßen Betrieb der Kolonne jeweils unterhalb des Flüssigkeitsspiegels des auf dem jeweiligen Kolonnenboden stehenden flüssigen Mediums, so dass das gasförmige Medium bevorzugt über die Hohlwelle nach oben geführt wird.
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Damit die Hohlwelle insbesondere aus Standardelementen von vorzugsweise vergleichbar geringer Bauteildimension aufgebaut werden kann, ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass die Hohlwelle aus einer Mehrzahl an miteinander verbundenen Hohlwellenelementen ausgebildet ist, wobei die Hohlwellenelemente insbesondere zur Ausbildung der Hohlwelle miteinander verschraubbar sind. Vorzugsweise sind die einzelnen Hohlwellenelemente jeweils einem Kolonnenboden zugeordnet und weisen entsprechend jeweils eine Ansaugöffnung zum Ansaugen des gasförmigen Mediums sowie zumindest einen Arm zum Verteilen des gasförmigen Mediums auf das auf dem jeweils zugeordneten Kolonnenboden stehende flüssige Medium auf.
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Zum Beschicken eines obersten Kolonnenbodens der Kolonne (bezogen auf die Vertikale) mit dem flüssigen Medium ist an einem oberen Ende des Mantels (Kopf) der Kolonne ein erster Einlass vorgesehen. Vom obersten Kolonnenboden verteilt sich dann das eingelassene flüssige Medium sukzessive über die einzelnen Wehre auf die darunter angeordneten Kolonnenböden.
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Bevorzugt ist weiterhin entlang der Vertikalen mittig am Mantel ein zweiter Einlass (Zulauf oder Feed) vorgesehen, über den das gasförmige Medium in den Mantelraum einleitbar ist, so dass es in Kontakt mit dem auf einem Kolonnenboden stehenden flüssigen Medium gelangen kann und über die jeweils zugeordneten Ansaugöffnungen der Hohlwelle zu den darüber angeordneten Kolonnenböden strömen kann.
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Weiterhin ist an dem oberen Ende des Mantels (Kopf) der Kolonne bevorzugt ein erster Auslass vorgesehen, über den das gasförmige Medium aus dem Mantelraum abziehbar ist. Bei der Gasgemischtrennung eines Gasgemisches zweier Gase ist beispielsweise eines der beiden Gase in dem abgezogenen Strom angereichert, während das andere Gas sich in dem flüssigen Medium suspendierten Feststoff anreichert (Gashydratslurry/-brei).
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An einem unteren Ende des Mantels (Sumpf) der Kolonne ist des Weiteren bevorzugt ein zweiter Auslass vorgesehen, durch den das flüssige Medium (z. B. Gashydratslurry) über einen untersten Kolonnenboden der Kolonne aus dem Mantelraum abgezogen werden kann. Jener unterste Kolonnenboden begrenzt den Mantelraum der Kolonne entlang der Vertikalen nach unten hin, wobei unterhalb des untersten Kolonnenbodens ein zweiter Boden angeordnet ist, der zusammen mit dem untersten Kolonnenboden und einer umlaufenden Wandung des Mantels der Kolonne einen Bodenraum der Kolonne einschließt, der über einen am Mantel vorgesehenen dritten Einlass mit dem gasförmigen Medium beschickbar ist. Bevorzugt ist ein erstes freies Ende der Hohlwelle durch eine Durchgangsöffnung des untersten Kolonnenbodens geführt, wobei jenes erste freie Ende der Hohlwelle unterhalb des untersten Kolonnenbodens eine Ansaugöffnung aufweist, so dass das über den dritten Einlass in den Bodenraum eingeleitete gasförmige Medium beim Rotieren des Hohlrührers durch jene Ansaugöffnung von der Hohlwelle angesaugt wird. Weiterhin ist die Hohlwelle vorzugsweise über das besagte erste freie Ende rotierbar am Mantel gelagert.
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Nach oben hin wird der Mantel der Kolonne bevorzugt durch ein Dach begrenzt, wobei die Hohlwelle mit einem zweiten freien Ende durch eine Durchgangsöffnung des Daches geführt ist Über das zweite freie Ende ist die Hohlwelle ebenfalls bevorzugt rotierbar am Mantel gelagert. Zum Antreiben der Hohlwelle bzw. des Hohlrührers, so dass dieser eine Rotation ausführt, ist ein Antrieb vorgesehen, der bevorzugt auf dem besagten Dach angeordnet ist und an jenem zweiten freien Ende der Hohlwelle angreift. Der Antrieb kann auch berührungslos mit dem ersten freien Ende gekoppelt sein, z. B. über eine magnetische Kupplung.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen durch die nachfolgende Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figur erläutert werden.
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Es zeigt:
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1 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen Kolonne.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Kolonne 1 mit einem Mantel 10, der vorzugsweise hohlzylindrisch ausgeformt ist, wobei sich die Längsachse (Zylinderachse) L des Mantels 10 – bezogen auf einen bestimmungsgemäß angeordneten Zustand der Kolonne – entlang der Vertikalen Z erstreckt.
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Der Mantel 10 umgibt einen Mantelraum (Innenraum) 100 der Kolonne 1, der in K – 1 Stufen unterteilt ist, wobei K für eine natürliche Zahl (> 2) steht. Jede Stufe weist einen Kolonnenboden 30 bzw. 42 auf,
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Ausgehend von einem obersten Kolonnenboden 30 (Stufe K – 1), der unterhalb einer Decke 50 des Mantels 10 angeordnet ist, die den Mantelraum 10 nach oben hin begrenzt, sind jeweils zwei übereinander angeordnete Kolonnenböden 30 versetzt zueinander angeordnet. Jeder Kolonnenboden 30 (mit Ausnahme des untersten Kolonnenbodens 42) weist dabei einen Wehr 32 auf, so dass das jeweilige 32 Wehr zusammen mit dem zugeordneten Kolonnenboden 30 und dem Mantel 10 jeweils eine Aufnahme für ein flüssiges Medium F bildet. Dabei ist das jeweilige Wehr 32 eines Kolonnenbodens 30 jeweils mit einem Endabschnitt bis zu dem darunter liegenden Kolonnenboden 30 durchgezogen und weist dabei jeweils eine Durchströmöffnung 320 auf, durch die hindurch sich das flüssige Medium F über den gesamten zugeordneten Kolonnenboden 32 ausbreiten kann. Die Durchströmöffnungen 320 liegen bei einem bestimmungsgemäßen Betrieb der Kolonne 1 jeweils unter dem Flüssigkeitsspiegel des auf dem zugeordneten Kolonnenboden 30 stehenden flüssigen Mediums F, so dass ein in den Mantelraum 100 eingeleitetes gasförmiges Medium G nicht ungehindert entlang der Wehre 32 im Mantelraum 100 aufsteigen kann.
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Zum Einleiten des flüssigen Mediums F in den Mantelraum 100, bei dem es sich vorliegend exemplarisch um Wasser oder um mit dem entsprechenden Gashydrat angeimpftes Wasser handelt und das im Gegenstrom zu einem zu trennenden binären Gasgemisch zweier Gase im Mantelraum 100 gefahren werden soll, ist an einem oberen Ende 12 (Kopf) des Mantels 10 ein erster Einlass E des Mantels 10 vorgesehen, über den ein oberster Kolonnenboden 30 der Kolonne 1 mit dem besagten flüssigen Medium F beschickbar ist. Der oberste Kolonnenboden 30 weist dabei eine Unterteilung mittels einer Wandung 31 auf, die den obersten Kolonnenboden 30 mit der Decke 50 verbindet, so dass eine Vorkammer gebildet wird, die über eine Durchströmöffnung 310 mit dem weiteren Teil des obersten Kolonnenbodens 30 verbunden ist. In diese Vorkammer mündet der besagte erste Einlass E ein. Das über den ersten Einlass E eingeleitete Wasser F fließt über die einzelnen Wehre 32 im Mantelraum 100 abwärts.
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Das zu trennenden Gasgemisch G hingegen wird über einen entlang der Vertikalen Z mittig am Mantel 10 ausgebildeten stutzenförmigen zweiten Einlass E' (Feed) in den Mantelraum 100 eingeleitet, der vorliegend in die Stufe k – 1 der Kolonne 1 einmündet, wobei k eine natürliche Zahl ist (1 < k < K).
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Zum Verteilen des Gasgemisches G auf die einzelnen Kolonnenböden 30 ist ein Hohlrührer 20 vorgesehen, der um eine Drehachse D rotierbar am Mantel 10 gelagert ist, wobei die Drehachse D mit der Längsachse (Zylinderachse) L des Mantels 10 zusammenfällt. Der Hohlrührer 20 weist eine entlang der Drehachse D erstreckte hohlzylinderförmige Hohlwelle 21 auf, die jeweils unterhalb eines Kolonnenbodens 30 eine Ansaugöffnung 200 aufweist und oberhalb des jeweiligen Kolonnenbodens 30 vier mit der Hohlwelle 21 kommunizierende Arme 22, die ebenfalls hohlzylinderförmig ausgebildet sind.
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Wird die Hohlwelle 21 nun in Rotation versetzt, saugt sie durch das jeweilige Ansauglauch 200 das in der zugeordneten Stufe im Mantelraum 100 befindliche Gasgemisch G an und dispergiert es fein in dem Wasser F bzw. Gashydratslurry F, das auf dem jeweiligen oberhalb der Ansaugöffnung 200 verlaufenden Kolonnenboden 30 steht. Hierzu sind die Arme 22 entlang der Vertikalen Z jeweils unterhalb einer Oberkante des zugeordneten Wehrs 32 angeordnet, so dass die Anne 22 unterhalb des jeweiligen Flüssigkeitsspiegels liegen, also allseitig vom Wasser bzw. dem Gashydrat-Wasser-Gemisch F auf den Kolonnenböden 30 umgeben sind.
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Auf diese Weise bildet sich auf den Kolonnenböden 30 eine Gashydratschlacke F, die auf dem untersten Kolonnenboden 42 (unteres Ende 11 bzw. Sumpf) die größte Anreicherung eines der beiden Gase aufweist, wobei im Mantelraum 100 am oberen Ende 12 (Kopf) die größte Anreicherung des anderen Gases im im Gegenstrom gefahrenen Gasgemisch G herrscht, das am oberen Ende 12 über einen ersten Auslass aus dem Mantelraum 100 abgezogen wird.
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Das aktive Rühren vermittels des Hohlrührers 20 erlaubt einerseits ein feines Dispergieren bzw. Verteilen des Gasgemisches G auf das flüssige Medium (Gashydrat-Wasser-Gemisch) F auf den Kolonnenböden 30 und verhindert andererseits aufgrund der ständigen Durchmischung die Segregation und Agglomeration des Feststoffs sowie die Bildung einer Gashydrathaut und wirkt somit einer Passivierung des Stoffübergangs entgegen.
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Der Antrieb (nicht dargestellt) des Hohlrührers 20 ist vorzugsweise am Dach 50 angeordnet. Zum Antreiben der Hohlwelle 21 ist dabei ein zweites freies Ende 25 der Hohlwelle, über das die Hohlwelle 21 rotierbar am Mantel 10 gelagert ist, durch eine Durchgangsöffnung 500 des Daches 50 aus dem Mantelraum 100 herausgeführt, so dass der Antrieb zum Antreiben der Hohlwelle 21 an jenem zweiten freien Ende 25 der Hohlwelle 21 angreifen kann. Um das Problem der Abdichtung der Wellendurchführungen zu umgehen, kann ebenfalls auch eine berührungslose Kraftübertragung vom Antrieb an die Hohlwelle über z. B. eine magnetische Kupplung in Betracht gezogen werden.
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Durch eine entsprechende Regelung der Drehzahl bzw. Rotationsgeschwindigkeit der Hohlwelle 21 kann die Feinheit des Dispergierens, d. h., die Blasengröße der in das flüssige Medium F eingetragenen Gasblasen, gesteuert werden.
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Die Hydratschlacke F wird am unteren Ende 11 (Sumpf) über einen zweiten Ablauf A' aus dem Mantelraum 100 bzw. den untersten Kolonnenboden 42 abgezogen (Stufe 1). Dabei kann die abgezogene Gashydratschlacke (Gashydratbrei) F in einem weiteren externen Apparat erwärmt werden, wobei das hierbei gewonnene Gas über einen dritten Einlass E'' in die Kolonne 1 zurückgeführt wird (Rücklauf) und zwar in einen Bodenraum 100a, der zwischen dem untersten Kolonnenboden 42 und einem darunter angeordneten zweiten Boden 41 des Mantels 10 verläuft. Der unterste Kolonnenboden 42 weist nun eine Durchgangsöffnung 420 auf, durch die hindurch ein erstes freies Ende 24 der Hohlwelle 21 in den Bodenraum 100a geführt ist und dort am zweiten Boden 41 rotierbar gelagert ist. Dabei weist jenes erste freie Ende 24 der Hohlwelle 21 ebenfalls eine Ansaugöffnung 200 auf, so dass das in den Bodenraum 100a eingeleitete Gas G im Mantelraum 100 über die Hohlwelle 21 nach oben auf das Gashydratslurry F verteilt werden kann.
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Das ebenfalls durch Zersetzen der Gashydrate F gewonnene Wasser kann zum ersten Einlass E am Kopf 12 der Kolonne zurückgeführt und dort eingespeist werden.
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Anwendungsbeispiele für die Gasgemischtrennung (erstes Gas + zweites Gas) in einer erfindungsgemäßen Kolonne 1 sind z. B.:
- – Propan (C3H8) + Propylen (C3H6) (Trennschritt von Steamcrackerprodukten),
- – Kohlenstoffdioxid (CO2) + Stickstoff (N2) (+ TBAB) als Modellsystem zur CO2-Abscheidung aus Kraftwerksabgasen für CCS (Carbon Capture and Storage, d. h., Kohlendioxidabscheidung und Lagerung) in der Nachverbrennungsabscheidung (Post-Combustion-Capture-Technologie, kurz Post-CC), und
- – CO2 + Wasserstoff (H2) (+ TBAB) als Modellsystem für die Vorverbrennungsabscheidung (Pre-Combustion Capture, kurz Pre-CC)
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Hierbei kann ein Promoter, insbesondere TBAB (Tetra-n-butylammoniumbromid) dem Gasgemisch ggf. zur Erleichterung der Hydratbildung zugegeben werden.
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Es können folgende betriebstechnische Daten bei einer erfindungsgemäßen Kolonne vorliegen:
| Gasgemisch | C3H8 + C3H6 | CO2 + N2 | CO2 + H2 |
| Anwendung | Z. B. Olefinanlagen | Z. B. Nachverbrennungsabscheidung (Post-Combustion-Capture) | Z. B. Vorverbrennungsabscheidung (Pre-Combustion-Capture) |
| Zusätze | - | | 5 wt% | TBAB | 10 wt% | TBAB |
| Zus.-setzung Feed in mol% | 40 | 60 | 14,6 | 85,4 | 40 | 60 |
| Zus.-setzung Kopf in mol% | 0,5 | 99,5 | 1 | 99 | 1 | 99 |
| Zus.-setzung Sumpf in mol% | 95 | 5 | 99 | 1 | 95 | 5 |
| Rückhaltung CO2 in % | - | | 94 | | 98,5 | |
| Druck in bar | 5 | | 20 | | 30 | |
| Massenstrom Feed in t/h | 35 | | 2218 | | 480 | |
| Stoffströme | | | | | | |
| Gasstrom Feed in Nm3/h | 18550 | | 2741900 | | 580000 | |
| Gasstrom Kopf in Nm3/h | 10795 | | 2361400 | | 339400 | |
| Gasstrom Sumpf in Nm3/h | 7753 | | 380510 | | 240650 | |
| Gasstoffstrom Rücklauf in Nm3/h | 21590 | | 826500 | | 305400 | |
| Temperatur Kopf | 0°C | | 4°C | | 7°C | |
| Temperatur Sumpf | 5°C | | 12°C | | 16°C | |
| Temperatur Feed | 3°C | | 6°C | | 12°C | |
| Min. Rücklaufverhältnis (a) Vmin | 1,625 | | 0,245 | | 0,817 | |
| Theor. min Stufenzahl (b) nth,min | 9 | | 6 | | 4 | |
| Gewähltes Rücklaufverhältnis v | 2 | | 0,35 | | 0,9 | |
| Theor. Stufenzahl nth | 16 | | 12 | | 6 | |
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Die Trennung eines (binären) Gasgemisches mittels Clathrat-Hydraten ist nur ein Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Kolonne 1. Darüberhinaus kann die erfindungsgemäße Kolonne 1 bei allen Vorgängen, bei denen ein Gas mit einer flüssigen Phase im Gegenstrom in Kontakt gebracht werden soll und eine gute Dispergierung und/oder Suspendierung notwendig ist, Verwendung finden. Hierbei können auch katalysierte Reaktionen parallel ablaufen.
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So ermöglicht die Kolonne 1 des Weiteren insbesondere eine mehrphasige Reaktivdestillation mit zumindest einem suspendierten (heterogenen) Katalysator mit konkreten Stufen in Gegenstromfahrweise bei gleichzeitiger Gasdispergierung und eventueller Katalysator/Feststoff-Suspendierung mittels des Hohlrührers 20.
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Derartige Reaktivdestillationen können homogen sowie heterogen katalysierte Reaktionen betreffen. Mögliche technische Anwendungsfelder sind vorliegend unter anderem die Ver- und Umesterung, Acetalbildung- und Spaltung, Verseifung, Veretherungen (MTBE, ETBE, TAME), Alkylierung von Olefinen, Di- und Oligomerisierungen von Olefinen, Hydrierung von Aromaten und viele weitere.
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Im Ergebnis ermöglicht die erfindungsgemäße Kolonne eine annähernd isobare Betriebsweise, wodurch eine innere Wärmeverschaltung von Bildungs- und Zersetzungswärme möglich ist. Beide Komponenten eines zu trennenden Gasgemisches können mit Vorteil aufkonzentriert werden. Dabei muss mit schwer flüchtigen Promotern, wie z. B. TBAB, keine Prozesseinheit zur Rückgewinnung vom Promoter bereitgestellt werden.
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Des Weiteren erlaubt die erfindungsgemäße Kolonne eine stufenweise Gegenstromführung von Reaktanden bei gleichzeitigem Gaseintrag und aktiver Dispergierung bzw. Suspendierung. Dabei ist die Beeinflussung der Verweilzeit in der Kolonne
1 über das Flüssigvolumen in jeder einzelnen Stufe möglich. Durch die Rührerdrehzahl kann direkt Einfluss auf die Bläschengröße genommen werden und damit auch auf die spezifische Oberfläche der Blasen und somit auch auf den Stoffübergang. Somit ist eine gezielte Steuerung von Einflussgrößen von chemischen Reaktionen und auch gegebenenfalls kombiniert mit destillativer oder rektifikativer Stofftrennung bzw. Komponentenanreicherung möglich. Schließlich ergeben sich aufgrund der Zusammenfassung von Einzelapparaten in einem einzigen Apparat auch wirtschaftliche Vorteile. Bezugszeichenliste
| 1 | Kolonne |
| 10 | Mantel |
| 11 | Unteres Ende (Sumpf) |
| 12 | Oberes Ende (Kopf) |
| 20 | Hohlrührer |
| 21 | Hohlwelle |
| 22 | Arm |
| 23 | Hohlwellenelement |
| 24 | Erstes freies Ende |
| 25 | Zweites freies Ende |
| 30 | Kolonnenboden |
| 31 | Wehr |
| 32 | Wehr |
| 41 | Unterster Kolonnenboden |
| 42 | Zweiter Boden |
| 50 | Decke |
| 100 | Mantelraum |
| 100a | Bodenraum |
| 200 | Ansaugöffnung |
| 300 | Durchgangsöffnung |
| 310 | Durchströmöffnung |
| 320 | Durchströmöffnung |
| 420 | Durchgangsöffnung |
| 500 | Durchgangsöffnung |
| A | Erster Auslass |
| A' | Zweiter Auslass |
| D | Drehachse |
| E | Erster Einlass |
| E' | Zweiter Einlass |
| E'' | Dritter Einlass |
| F | Flüssiges Medium |
| G | Gasförmiges Medium |
| L | Längsachse |
| Z | Vertikale |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2399723 [0003]
- US 3231630 [0003]
