DE1047810B

DE1047810B - Gasreinigungsverfahren und -vorrichtung

Info

Publication number: DE1047810B
Application number: DES52560A
Authority: DE
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1957-02-22
Filing date: 1957-03-01
Publication date: 1958-12-31
Also published as: GB876225A; CH347507A; FR1198863A; NL225157A; NL107685C

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasreinigungsverfahren sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Wärmeaustauscher, dessen Primär- und Sekundärkanal über eine ein Drosselorgan enthaltende Leitung miteinander verbunden sind.

Bei einem bekannten Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung dieser Art wird das zu reinigende Gas oben in den Primärkanal des Wärmeaustauschers eingeleitet und darin sämtliches Gas kondensiert, darauf wird das flüssige Medium über die ebenfalls oben von dem Primärkanal weggeführte, zu dem Sekundärkanal des Wärmeaustauschers führende, das Drosselorgan enthaltende Verbindungsleitung gedrosselt, während sich die Verunreinigungen unten im Primärkanal ansammeln und daraus von Zeit zu Zeit entfernt werden.

Demgegenüber besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, daß das zu reinigende Gas im Primärkanal eines Wärmeaustauschers lediglich teilweise kondensiert wird, anschließend der aus dem Primärkanal stammende kondensierte Anteil und der gasförmige Anteil getrennt voneinander gedrosselt, darauf wieder miteinander vermischt und gemeinsam in den Sekundärkanal des Wärmeaustauschers geleitet werden, wo der flüssige Anteil beim Abwärtsströmen an der Austauschfläche des Sekundärkanals des gleichen Wärmeaustauschers durch die in dem Primärkanal entwickelte Kondensationswärme wieder verdampft wird und sich die Verunreinigungen unten im Sekundärkanal sammeln. Bei der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in weiterer Erfindung die Verbindungsleitung am unteren Ende des Primärkanals aus diesem weggeführt und in einem oberen Bereich des Sekundärkanals in diesen eingeführt und parallel zu der Verbindungsleitung in eine zweite, die beiden Kanäle des Wärmeaustauschers miteinander verbindende, ebenfalls ein Drosselorgan enthaltende Leitung geschaltet, welche oberhalb der Anschlußstelle der ersten Verbindungsleitung an den Primärkanal aus diesem weggeführt ist und hinter ihrem Drosselorgan in die erste Verbindungsleitung mündet. Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Vorrichtung lassen sich Gase außerordentlich weitgehend von Fremdstoffen, besonders Fremdgasen in fester Form, befreien; es werden auch diejenigen Verunreinigungen entfernt, die etwa in einer vorhergehenden Hauptreinigungsvorrichtung nicht vollständig ausgeschieden werden konnten. Eine derartige vollständige Reinigung ist z. B. immer dann erforderlich, wenn durch etwaige Verunreinigungen Explosionen hervorgerufen werden könnten, z. B. bei Anwesenheit von Sauerstoffresten während der Destillation von Wasserstoff mit Anreicherung von Gasreinigungsverfahren und -vorrichtung

Anmelder:

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft,
Winterthur (Schweiz)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,
Schwelm (Westf.), Drosselstr. 31

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 22. Februar 1957

deuteriumhaltigen Anteilen, oder wenn die Verunreinigungen während des weiteren Gasbehandlungsverfahrens mit empfindlichen Armaturen oder Kapillaren in Berührung kommen, an denen sie ausfrieren und die Wirkungsweise dieser Teile stören könnten.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es insbesondere möglich, nur einen Teil des in dem Primärkanal befindlichen zu reinigenden Gases zu kondensieren. Der kondensierte Anteil wird über die erste, unten aus dem Primärkanal weggeführte Verbindungsleitung, der nicht kondensierte Anteil über die zweite, oberhalb davon aus dem Primärkanal weggeführte Verbindungsleitung weitergeleitet. Die Abmessungen und die thermodynamischen Verluste des Wärmeaustauschers lassen sich dadurch verkleinern.

Die Teilkondensation des zu reinigenden Gases in dem Primärkanal ist besonders dann angebracht, wenn damit gerechnet werden muß, daß feinste feste Verunreinigungen mit dem Gas in die Vorrichtung treten. Diese Verunreinigungen scheiden sich dann zum größten Teil am Kondensatfilm des Primärkanals ab, sofern das Gas auf einer genügend langen Strecke dicht an der feuchten Kondensationsfläche vorbeigeleitet wird.

Vorteilhaft ist an den unteren Teil des Primärkanals des Wärmeaustauschers ein mit seinem anderen Anschlußende an einem oberen Teil des Primärkanals angeschlossener . Differentialdruckmesser (Hampsonmeter) angeschlossen. Während des Betriebs kann dann die Differenz der Drücke des kondensierten und nicht kondensierten Anteils in dem

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Primärkanal beobachtet werden, die der statischen Flüssigkeitshöhe des im Sammelraum des Primärkanals angefallenen Kondensats entspricht und aus der die Existenz der erwünschten Flüssigkeit im unteren Teil des Primärkanals festgestellt werden kann. Der Durchflußquerschnitt der Drosselorgane kann dann so eingestellt werden, daß bei möglichst geringer Druckdifferenz vor und nach den Drosselorganen gerade noch ein Flüssigkeitsstand im Sammelraum des Primärkanals beobachtet wird.

Das gereinigte Gas verläßt die Vorrichtung mit etwas kleinerem Druck wie vor dem Eintritt und mit praktisch gleicher Enthalpie.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Sie zeigt ein Schema eines erfindungsgemäß ausgebildeten Gasreinigers, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet.

Die Anordnung besteht aus einem zwei ineinandergestellte Rohrelemente 1, 2 umfassenden Doppelrohr, das senkrecht aufgestellt und beispielsweise mehrere Meter, z.B. 6m hoch ist. Der Raum 3 zwischen Rohrelement 1 und Rohrelement 2 bildet den Primärkanal, der Raum 4 innerhalb des Rohrelements 2 den Sekundärkanal des Wärmeaustauschers. Leitung 5 ist eine in den Primärkanal 3 mündende Zuführungsleitung, Leitung 6 eine aus dem Sekundärkanal 4 weggeführte Abströmleitung. Der Primärkanal steht an seinem unteren Ende über eine bei 9 weggeführte, ein Filter 16 und ein Drosselorgan 7 von einstellbarem Durchflußquerschnitt enthaltende Leitung 8 mit dem Sekundärkanal 4 in Verbindung; die Leitung 8 mündet in einen oberen Bereich des Sekundärkanals (bei 17), bei dem gezeichneten Beispiel etwa in dreiviertel der Gesamthöhe. Parallel zu Leitung 8 ist eine etwas oberhalb der Anschlußstelle 9 der Leitung 8, nämlich bei 10, weggeführte, ein Drosselorgan 11 enthaltende Leitung 12 angeordnet, die bei 13, also hinter dem Drosselorgan 11, in die Leitung 8 mündet. Im unteren Teil des Primärkanals 3 ist ein unter Normaltemperatur stehendes Hampsonmeter 14 angeschlossen.
■ Die Wirkungsweise ist folgende. Über Leitung 5 wird beispielsweise Wasserstoff in einem Zustand an oder dicht oberhalb der Verflüssigungsgrenze, also mit z. B. 24,6° K und 3 ata in den Primärkanal 3 eingeleitet. Der Wasserstoff enthält nach einer Vorreinigung noch geringe Spuren von beispielsweise Stickstoff, Sauerstoff oder Kohlenmonoxyd, welche Stoffe gasförmig, besonders aber fest vorhanden sein können. Die Fremdstoffe können, soweit sie fest sind, beispielsweise mechanisch mitgerissen sein. Beim Abwärtsströmen in dem Kanal 3 kondensiert das Gas an der Außenwand des inneren Rohrelements 2 teilweise und strömt zusammen mit etwa festen Fremdstoffen in den unteren Teil 15, wo es sich sammelt. Nun werden die flüssigen und festen Anteile durch Leitung 8 geleitet, die gröberen, festen Anteile teilweise durch Filter 16 ausgeschieden. Nach Durchsetzen des Drosselorgans 7 hat das Medium einen Druck von beispielsweise noch 2,0 bis 2,5 ata und eine Temperatur von beispielsweise 23,7° K. Bei 10 treten ferner die nicht kondensierten Anteile aus dem Primärkanal 3 in die Leitung 12 ein, die sich nach Entspannung in dem Organ 11 bei 13 mit dem Medium in Leitung 8 vermischen und gemeinsam mit diesem gegen die Innenwand des Rohrelements 2 und damit in den Sekundärkanal 4 eingespritzt werden. Das Medium strömt nunmehr in dem Sekundärkanal 4 unter Bildung eines Rieselfilms an der Innenwand abwärts; dabei verdampft das zu reinigende Gas infolge Erwärmung durch die beim Kondensieren im Kanal 3 frei werdende Kondensationswärme mehr und mehr, während die Fremdstoffe sich unten in dem Kanal 4 in fester FOrm sammeln. Das zu reinigende Gas tritt über Leitung 6 oben aus und wird seiner weiteren Verwendung zugeführt.

Mittels des Hampsonmeters 14 läßt sich das Flüssigkeitsniveau bei 15 beobachten.

Je größer der Anteil des über Leitung 12 geleiteten, nicht kondensierten Mediums im Vergleich zu dem Anteil des über Leitung 8 geleiteten ist, um so mehr lassen sich die baulichen Abmessungen des Wärmeaustauschers und die für eine genügende Verflüssigung nötige Temperatur- und Druckdifferenz verkleinern. Wie bereits erwähnt, ist ein durch eine ausreichende Verflüssigung erzielbarer Kondensatfilm in dem Primärkanal 3 bei dem Teilkondensationsverfahren besonders wünschenswert, damit die festen, in dem Gas abwärts strömenden Fremdstoffe auf möglichst großer Oberfläche mit dem an der Außenwand des Rohrelements 2 befindlichen Kondensatfilm in Berührung kommen und dabei von ihm aufgenommen werden.

Die Mündungsstelle 17 wird, wenn es sich um ein Gas handelt, das beim Betriebsdruck während der Drosselung gasförmig bleibt, nicht an das obere Ende des Rohrelements 2 verlegt, sondern, wie gezeichnet, etwa in die obere Hälfte, damit es möglich wird, mit der Anordnung anzufahren. Beim Anfahren wirkt nämlich der oberhalb der Mündungsstelle 17 liegende Teil des Wärmeaustauschers als Gegenströmer, in dessen einem Kanal das Medium abwärts- und in dessen anderem Kanal es aufwärtsströmt. In diesem oberen Teil entsteht dann je nach den Druck- und Temperaturverhältnissen des über Leitung 5 zugeführten und über Leitung 6 weggeführten Mediums in dem oberen Teil des Kanals 3 erstmals Flüssigkeit, durch welche beim Abwärtsströmen in die unteren Teile des Wärmeaustauschers die oben beschriebenen Wirkungen eintreten. Handelt es sich um ein Gas, das bei der Drosselung flüssig wird, so kann die Anschlußstelle 17 auch oben am Rohrelement 2 liegen.

Bei weiteren Ausführungsformen sind beispielsweise mehrere parallel zueinander gestellte, dem Rohrelement 2 entsprechende Rohre innerhalb eines einzigen, größeren Außenrohres untergebracht. Das innere Rohrbündel bildet beispielsweise den Primärkanal, dem das Medium über Leitung 5 zugeführt wird, das gemeinsame Außenrohr den Sekundärkanal, in den Leitung 8 mündet, welche an ihrem anderen Ende bei 9 an einem unteren, mit sämtlichen Innenrohren in Verbindung stehenden, gemeinsamen Sammelraum angeschlossen ist. Statt der Rohrelemente 1,2 können auch kastenförmige Elemente ineinander gestellt sein, bei denen etwa auch das innere Element als mit Leitung 5 in Verbindung stehender Primärkanal und das äußere als mit Leitung 6 in Verbindung stehender Sekundärkanal benutzt sein kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Gasreinigungsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß das zu reinigende Gas im Primärkanal (3) eines Wärmeaustauschers lediglich teilweise kondensiert wird, anschließend der aus dem Primärkanal (3) stammende kondensierte Anteil und der gasförmige Anteil getrennt voneinander gedrosselt, darauf wieder miteinander vermischt und gemeinsam in den Sekundärkanal (4) des

Wärmeaustauschers geleitet werden, wo der flüssige Anteil beim Abwärtsströmen an der Austauschfläche des Sekundärkanals (4) des gleichen Wärmeaustauschers durch die in dem Primärkanal (3) entwickelte Kondensationswärme wieder verdampft wird und sich die Verunreinigungen unten im Sekundärkanal (4) sammeln.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Teilkondensation des zu reinigenden Gases bereits im Primärkanal (3) erstarrten Fremdgasreste vor dem Einführen des Mediums in den Sekundärkanal (4) entfernt werden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Wärmeaustauscher, dessen Primär- und Sekundärkanal über eine ein Drosselorgan enthaltende Leitung miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (8) am unteren Ende (9) des Primärkanals (3) aus diesem weggeführt und in einem oberen Bereich (bei 17) des Sekundärkanals (4) in diesen eingeführt ist und daß parallel zu der Verbindungsleitung (8) eine zweite, die beiden Kanäle (3,4) des Wärmeaustauschers miteinander verbindende, ebenfalls ein Drosselorgan (11) enthaltende Leitung (12) geschaltet ist, welche oberhalb der Anschlußstelle (9) der ersten Verbindungsleitung (8) an den Primärkanal (3) aus diesem weggeführt ist und hinter ihrem Drosselorgan (11) in die erste Verbindungsleitung (8) mündet (bei 13).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den unteren Teil des Primärkanals (3) des Wärmeaustauschers ein mit seinem anderen Anschluß ende an einem oberen Teil des Primärkanals angeschlossener Differentialdruckmesser (Hampsonmeter 14) angeschlossen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verbindungsleitung (8) vor ihrem Drosselorgan (7) ein Filter (16) zum Entfernen der festen Fremdgase enthält.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 214 264.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen