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Verfahren zur Verminderung des Wassergehaltes feuchter Gase Bei der
industriellen Erzeugung von Gasen. beispielsweise von Wasserstoffgas oder Acetylengas,
sind die entstehenden Gase meist warm und feuchtigkeitsgesättigt und müssen vor
der Einführung in weitere Produktionsprozesse oder vor der Einfüllung in Vorratsbehälter
oder Druckflaschen gekühlt und entwässert werden. Die Kühlung erfolgt dabei im allgemeinen
in indirekt arbeitenden Röhrenkühlern. in denen das Gas durch Röhren geleitet wird,
die außen von Kühlmittel umgeben sind. Die Entwässerung oder Trocknung kann auf
verschiedene Weise erfolgen. Bei der erwähnten Kühlung wird bereits ein Teil des
in Dampfform im Gas enthaltenen Wassers ausgeschieden werden. Die Ausscheidung erfolgt
aller erfahrungsgemäß nicht vollständig bis zum tlieoretischen, von der Temperatur
abhängigen Sättigungsgrad, sondern es wird vielmehr ein Teil des NVassergehaltes
in Form von Nebeltröpfchen mechanisch im Gasstrom mitgeführt und verdunstet bei
Erwärmung des Gases wieder, so daß dieses einen wesentlich höheren Wasserdampfgehalt
aufweist, als der bei der Kühlung erreichten tiefsten Temperatur entsprechen würde.
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Es wurde auch bereits versucht. eine weitergehende Entwässerung durch
Tiefkühlung der Gase auf - 30 bis 400 C zu erzielen. In diesem Falle wird der Wasserdampf
in Form von Eiskristallen ausgeschieden. Bei Apparaten, die nach diesem Prinzip
arbeiten, treten leicht Verstopfungen auf, und die Kühlwirkung läßt infolge der
Änderung der Wärmeübergangszahl bei der Bildung von Eiskrusten im Innern der Tiefkühlvorrichtung
rasch nach. Die Vorrichtungen bedürfen daher einer intensiven Wartung.
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Es ist weiterhin bekannt, die Entwässerung und Trocknung von Gasen
mit chemischen Mitteln vorzunehmen, beispielsweise durch Berieselung mit konzentrierter
Schwefelsäure oder Leiten über Chlorcalcium od. dgl. Diese Verfahren sind wegen
des Verbrauchs an Trocknungsmitteln teuer und nur dann wirtschaftlich, wenn es sich
um den Entzug der letzten Wasser reste, beispielsweise von 10 bis 1 g/m3 handelt.
Ebenso ist die Entwässerung mit Kieselgel erst bei geringen Wassergehalten des Eintrittsgases
wirtschaftlich.
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Es ist auch bekannt, Gase., die kondensierbare Dämpfe enthalten,
durch Berieselung mit kalter Flüssigkeit unter die Kondensationstemperatur des betreffenden
Dampfes abzukühlen. Dabei wurden aber Kühlflüssigkeiten verwendet, die nicht mit
der zu kondensierenden Flüssigkeit identisch waren. In der Rektifiziertechnik ist
es ferner bekannt, Dämpfe dadurch zu kondensieren, daß sie mit der Flüssigkeit berieselt
werden, die der zu konzentrierenden Gasart cntspricht. Dabei handelt es sich aber
nicht darum.
aus einem Gas die letzten Reste eines kondensierbaren Dampfes zu entfernen,
sondern es handelt sich darum, den betreffenden Dampf zu gewinnen, und es ist dabei
in der Regel belanglos, wenn in dem übrigbleibenden Gasgemisch noch Spuren des durch
die Berieselung gewonnenen Dampfes vorhanden sind.
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Gemäß der Erfindung kann eine weitgehende. jedenfalls praktisch ausreichende
Trocknung der warmen, feuchtigkeitsgesättigten Gase dadurch erzielt werden. daß
das Gas mit kaltem Wasser berieselt wird. Eine solche Berieselung des Gases mit
kaltem Wasser hat nicht, wie dies beim ersten Anschein vermutet werden könnten,
eine Befeuchtung des Gases zur Folge. sondern durch die Berührung mit der kalten
Flüssigkeit wird das Gas selbst abgekühlt. so daß sich der in dem Gas enthaltene
\NTasserdampf kondensiert. Die dabei entstehenden Nebeltröpfchell werden durch die
Berieselung mit Wasser niedergeschlagen und vollständig aus dem Gas entfernt. so
daß dieses die Kühlvorrichtung im Gegensatz zu den bekannten Röhrenkühlern mit einem
so niedrigen Gehalt an MTasserdampf verläßt, wie der Temperatur des zur Berieselung
verwendeten NN''assers entspricht. Soll ein hoher Grad von Trocknung erreicht werden,
so kann zur Berieselang Wasser verwendet werden, dessen Temperatur nur wenig, d.
h. etwa 10 C, über dem Gefrierpunkt liegt.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in industriellen
Anlagen dient zweckmäßig ein Turm, dessen Durchmesser der durchströmenden Gasmenge
so angepaßt ist. daß nur ein betriebsmäßig erträglicher Druckabfall zwischen Gaseintritt
und Gasaustritt entsteht. Der Turm ist zweckmäßig auf etwa zwei Drittel seiner Höbe
mit Füllkörpern, beispielsweise Raschigringen, ausgesetzt, hat unten eine freie
Tasse, oberhalb der Füllkörperschicht eine Eintritts
- bzw. Verteilungsvorrichtung
für das erfindungsgemäß zur Berieselung verwendete Wasser und über dieser nochmals
eine Schicht trockener Füllkörper. Der Gaseintritt erfolgt durch die Tasse, der
Gasaustritt über eine oberhalb der trockenen Füllkörperschicht angeordnete Haube.
Der Wasseraustritt erfolgt seitlich am unteren Ende der Tasse, zweckmäßig über eine
an sich bekannte Vorrichtung, die den zum Abschluß des Gasdruckes notwendigen Flüssigkeitsstand
gewährleistet und das diesen Stand überschreitende Wasser selbsttätig ablaufen läßt.
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Befriedigende Ergebnisse werden im großtechnischen Betrieb erzielt,
wenn die Höhe des Turmes bzw. der wirksamen Füllkörperschicht etwa zwischen 100
und 400 cm beträgt. Während das zu trocknende Gas den Turm von unten nach oben durchströmt,
rieselt das Wasser in einer Menge, die etwa einer Ouerschnittsbeaufschlagung zwischen
1,5 und 4,0 1/cm2. h entspricht, von oben nach unten. Dabei soll die Wasseraufgabe
durch Verwendung von Brausen od. dgl. möglichst gleichmäßig über den ganzen Querschnitt
verteilt erfolgen. Nach der Berieselung durchströmt das Gas die trockene Füllkörperschicht
im oberen Teil des Turmes, die den Zweck hat, Wassertröpfchen, die vom Gasstrom
mechanisch mitgerissen werden, zurückzuhalten. Ist das zu behandelnde Gas in Wasser
löslich, so ist es zweckmäßig, dieses im Kreislauf über eine Pumpe und einen Kühler
durch die Anlage zu führen, um auf diese Weise den Gasverlust, der durch die Lösung
des Gases im Wasser entsteht, gering zu halten.
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Ausführungsbeispiel 1 140 m31h Wasserstoffgas mit einer Eingangstemperatur
von 28° C und einem Wasserdampfgehalt von 27 g/m3 durchströmten einen Füllkörperturm
NW 200, der mit Raschigringen Nu 25 über eine Höhe von 2 m ausgesetzt war. Dem Gasstrom
entgegen rieselten 1,1 m3/h kaltes Wasser mit einer Eingangstemperatur von 17° C.
Das Gas verließ den Turm nach Passieren einer trockenen Raschigringschicht von 50
cm mit einer Temperatur von 180 C und einem analytisch er-
mitteleten Wasserdampfgehalt
von 16 g/m3. Das Berieselungswasser lief über den unteren Teil des Turmes über einen
Siphon ab.
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Ausführungsbeispiel 2 Bei einer Laboratoriumsapparatur wurde ein
Glasrohr von 12,5 cm2 Querschnitt und 1 m Länge mit Raschigringen NW 10 gefüllt.
Durch eine Kreiselpumpe wurde ein über einen Tiefkühler geführter Wasserkreislauf
von 20 1/h mit einer Eintrittstemperatur von 10 C von oben nach unten durch den
Turm geführt. Von unten nach oben durchströmten das Rohr 1000 llh Acethylengas mit
einer Eintrittstemperatur von 190 C und einem Wasserdampfgehalt von 19.4g/m3. Das
Gas verließ den Turm mit einer Temperatur von +20 C und einem Wassergehalt von 5.5
g/m3.
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Ausführungsbeispiel 3 450 mS/h technisch rohes Acetylengas mit einer
Eingangstemperatur von 340 C und einem Wasserdampfgehalt von 31.8 gim3 durchströmten
einen 5 m hohen Turm NW 1000, der über eine Höhe von 3 in mit Rasdigringen NW 50
ausgesetzt war. An der Oberfläche der Füllkörperschicht wurden durch sieben gleichmäßig
über den Querschnitt verteilten Flüssigkeitsrohren 17 m3/h Wasser mit einer Temperatur
von 110 C zugeführt, die dem Gas entgegenrieselten. Oherhalb der Wasserzuführung
befand sich eine etwa 0,7 m hohe Schicht von trockenen Füllkörpern NW 25. Das Gas
verließ den Turm mit einer Temperatur von 11°C, der analytisch ermittelte Wasserdampfgehalt
betrug 10,0 g/m3.