DE107504C

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Publication number: DE107504C
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KAISERLICHES

PATENTAMT.

in ASCHERSLEBEN.

Für den Gegenstand folgender Erfindung kommt die Löslichkeit der Gase und Dämpfe in Flüssigkeiten in Betracht. Ganz allgemein hängt diese Löslichkeit ab von der Natur des Lösungsmittels, vom Druck und von der Temperatur, und zwar ist die Löslichkeit um so gröfser, je höher der Druck und je niedriger die Temperatur ist. Nach dem Henry Da It ο η'sehen Gesetz ist die Löslichkeit proportional dem absoluten Druck und dem Partialdruck.

Z. B. sei die Löslichkeit eines Gases in einer Flüssigkeit bei' Atmosphärendruck L, so wird diese Löslichkeit bei 4 Atm. absolutem Druck 4L, und bei nur 20 pCt. des zu lösenden Gases in dem zur Lösung gelangenden Gemisch

— sein, d. h. der absolute Druck ist 4

100

und der Partialdruck gleich Y₅. Beim Wechsel der Temperaturen ändert sich nur L, während der absolute Druck und der Partialdruck immer ihre Wjrkung, mehr oder weniger beibehalten.

Die Nichtbeachtung dieser physikalischen Gesetze ist die Veranlassung gewesen, dafs eine grofse Reihe zur Entmischung von Gasen angegebener Verfahren ohne Erfolg bleiben mufsten. So konnte das von Mallet (Wagner, ehem. techn. Jahresbericht 1870, S. 730 ff.) angegebene Verfahren zur Gewinnung von Sauerstoff aus Luft durch Auflösung von Luft bei erhöhtem Druck in Wasser und nachherige Druckentlastung keinen Erfolg haben; denn wenn die Löslichkeit von Sauerstoff in Wasser gleich 2 ist, so ist die von Stickstoff etwa gleich .1. Bei 5 Atm. absolutem Druck würden sich also aus Luft mit 20 pCt. Sauerstoff entsprechend dem Partialdruck auflösen

entsprechend dem Partialdruc

Sauerstoff gleich 2 χ 5 χ Y₅
Stickstoff - ι X 5 X ⁴/_B

4,

d. h. das gelöste Gemisch würde im besten Falle 33Y₃ pCt. Sauerstoff enthalten. Bei nachfolgender Druckentlastung entweicht aber durchaus nicht, wie Mallet annimmt, das gelöste Gas mit demselben Procentgehalt, vielmehr kann es nur mit etwa 30 pCt. entweichen, während, das gelöst bleibende Gas etwa 44 pCt. enthält. Die Menge des nicht entweichenden Sauerstoffs beträgt 30 pCt. von der eingeführten Menge Sauerstoff, so dafs dadurch ein beträchtlicher Productionsverlust entsteht. Derselbe macht sieh natürlich bei weiterer Verarbeitung des 30 proc. Gases auf höherprocentiges in ähnlicher Weise geltend.

Noch schlimmer stehen die Verhältnisse bei der Gewinnung von Kohlensäure aus Rauchoder Kalkofengasen. Nach dem von Fafsbender im Patent Nr. 36702 beschriebenen Verfahren soll kohlensäurehaltiges Gas unter Druck von Wasser aufgelöst und die Kohlensäure unter Druckentlastung gewonnen werden. Es sei der Druck P = 5, der Procentgehalt des Gases = 30, die Löslichkeit der Kohlensäure = 1000, und die Löslichkeit des beigemischten Stickstoffes = 20, so lösen sich auf

Kohlensäure =

Stickstoff =

ιοοο ■ 30

-—

100

ΐοο

= 1500,

= ₇ο.

Bei nachfolgender Druckentlastung auf ι Atm. entweicht etwa 90 proc. Gas, wobei in der Flüssigkeit aufgelöst bleibt:

„ , , I · IOOP · QO

Kohlensäure = i—-.— =

.100. ^:

qoo,

Stickstoff =

I · 20 · IO '

—-

100

= 2,

d. h. von der aufgelösten Kohlensäure werden nur 40 pCt. gewonnen. Läfst man die so sich ergebende kohlensäurehaltige Flüssigkeit weglaufen, dann ist natürlich das Gas verloren. Verwendet man sie aber wieder als Absorptionsmittel, so ist der dadurch erzielte Gewinn nur minimal, denn nach den oben mitgetheilten physikalischen Gesetzen mufs bei der Absorption des 30 proc. Gases selbst bei Gegenstrom das Gas mindestens mit dem Gehalte entweichen, der· dem Sättigungspunkte der Löseflüssigkeit entspricht, und das sind 18 pCt., denn

18 · 5 · 1000

100

ist gleich 900.

Beide hier an der Hand von Beispielen gekennzeichneten Mangel, die geringen Ausbeuten .und die schlechte Entmischung werden durch das nachstehend beschriebene Verfahren gehoben.

Das zu verarbeitende Gasgemisch wird im Gegenstrom mit einer Löseflüssigkeit behandelt entweder bei erhöhtem Druck oder niedriger Temperatur. Die nach der Druckentlastung bezw. nach der Erwärmung sich ergebende Flüssigkeit ist, wie oben gezeigt wurde, für die weitere Fortsetzung des Verfahrens an sich mehr oder weniger ungeeignet und wird deshalb durch Behandlung mit Rohgas im Gegenstrome bei niedrigem Druck oder hoher Temperatur verbessert. Hierbei geht der Gas- bezw. Dampfgehalt der Lösung dem niedrigen Procentgehalt des Rohgases entsprechend herunter. Der technische Erfolg dieser Entlüftung durch Rohgas ist folgender:

i. Das Rohgas und infolge dessen die Löseflüssigkeit werden an leichter löslichem Gas angereichert. Dadurch wird auch das aus der Flüssigkeit bei niedrigem Druck oder hoher Temperatur entweichende Gasgemisch höherprocentig in Bezug auf das leichter lösliche Gas. Es ist also eine bessere Entmischung des Rohgases erreicht. Bei armen Rohgasen wii;d durch die Anreicherung derselben bewirkt, dafs sich bei Druckentlastung bezw. bei Erwärmung der Löseflüssigkeit das leichter lösliche Gas abscheidet, während sich dasselbe ohne die Anreicherung entweder überhaupt nicht oder nur durch unverhältnifsmäfsig starke Evacuirung oder Erhitzung abscheiden würde. Wird das leichter lösliche Gas nicht als solches gewonnen, sondern in Verbindung mit der Löseflüssigkeit, so ermöglicht der höhere Procentgehalt der letzteren eine leichtere anderweitige Verarbeitung. Bei Gasgemischen, welche Dämpfe enthalten, ist durch die Anreicherung des Rohgases die Möglichkeit gegeben, dafs sich die Dämpfe nach erfolgter Compression bezw. nach erfolgter Abkühlung in flüssiger Form aus dem Gase abscheiden.

2. Die Löseflüssigkeit wird für erneute Absorption des leichter löslichen Gases regenerirt, indem sie die Hauptmenge des auch bei niedrigem Druck oder hoher Temperatur noch gelöst bleibenden Gases an das R'öhgas ;abgiebt.. Infolge dessen wird auch das aus dem Absorber entweichende nicht absorbirte Gas weniger lösliches Gas enthalten und mithin wird auch auf dieser Seite eine schärfere Zerlegung des ursprünglichen Gasgemisches herbeigeführt. Die Verwendung von Dampf oder von Luftleere, welche diesen Erfolg bei den sonst üblichen Verfahren bewirkt, wird durch die Behandlung der Löseflüssigkeit mit Rohgas bei niedrigem Druck oder hoher Temperatur entweder vollständig überflüssig oder . aber erheblich beschränkt. Was hier bezüglich der Gasgemische gesagt ist, gilt in derselben Weise für Dampfgemische. Der dieser Behandlung dienende Apparat soll in Nachfolgendem allgemein »Entlüfter« genannt werden. . Zuweilen wird es sich empfehlen, Absorber und Entlüfter derart zu combiniren, dafs dieselben einen einzigen Apparat bilden, dessen oberer Theil als Absorber und dessen unterer Theil als Entlüfter dient. Die angereicherte Flüssigkeit bezw. das angereicherte Gas wird dann aus dem mittleren Theile abgezogen.

■Das Verfahren ist anwendbar bei Druckoder Wärmedifferenz zwischen Absorber und Entlüfter.

I. Anwendung von Druck.

Das in seine Componenten zu zerlegende Gasgemisch tritt bei f in den Entlüfter e ein, geht von dort durch Leitung h zum Compressor c, der das Gemisch auf höheren Druck bringt und es durch Leitung b nach dem Kühler k und dem Absorber g schickt. Im Absorber g trifft es im Gegenstrom die Löseflüssigkeit, welche durch / eintritt, und giebt an sie seine leichter löslichen Bestandtheile ab. Die davon befreiten, noch unter Druck befindlichen Gase treten durch i aus und werden in üblicher Weise zur Arbeitsleistung benutzt.

Die zu verwendende Löseflüssigkeit durchströmt alle Apparate im Kreislauf. Pumpe q

drückt die für die Absorption nothwendige Flüssigkeit von oben durch / in den Absorberg·, der ebenso wie der weiter unten genannte Entlüfter e entweder mit Koks oder einem anderen porösen Material, mit Röhrchen, mit Siebplatten oder Cascadenscheiben gefüllt sein kann, der aber auch irgend eine andere bisher für Absorptionen übliche Form und Einrichtung haben kann. Die mit Gas gesättigte Flüssigkeit fliefst durch m zur Pumpe ρ und durch ή zum Abgeber a, in welchem sie unter Druckentlastung von der Hauptmenge des absorbirten Gases befreit wird. Die Flüssigkeit mufs nun von der mehr oder weniger beträchtlichen Gasmenge befreit werden, welche auch bei niedrigem Druck noch gelöst bleibt.

Vom Abgeber fliefst deshalb die Flüssigkeit durch ο nach dem Entlüfter e, trifft dort im Gegenstrom auf das durch f kommende Rohgas, wobei es entsprechend dem niedrigen Partialdruck des Rohgases von leichter löslichem Gas befreit wird, während das Rohgas selbst sich damit anreichert.

Handelt es sich um Gewinnung von Dämpfen, d. h. von Gasen, welche bei gewöhnlicher Temperatur flüssig sind, mithin im ursprünglichen Gasgemisch nur durch die Tension vorhanden sind, so kommen solche Löseflüssigkeiten in Betracht, mit denen die zu gewinnende Flüssigkeit mischbar ist. Alsdann findet keine Abgabe von Gas statt, vielmehr wird der absorbirte Dampf im Entlüfter durch ursprüngliches Gas ganz oder theilweise ausgetrieben und letzteres dadurch angereichert.

Dies hat zur Folge, dafs auch wiederum mehr Gas absorbirt wird, wodurch dann der Gehalt des ursprünglichen Gases eine Steigerung erfährt. Dieser Procefs geht so lange fort, bis entweder die aus dem Absorber abfliefsende Flüssigkeit so viel von der zu gewinnenden Flüssigkeit enthält, dafs sich eine weitere Verarbeitung auf chemischem Wege verlohnt, oder bis bei der Compression infolge dadurch relativ verminderter Tension .die zu gewinnende Flüssigkeit sich im Kühler k abscheidet.

II. Anwendung von Wärme.
Ganz dieselbe Wirkung, welche durch Absorption unter Druck und durch nachherige Druckentlastung im Abgeber und Entlüfter hervorgerufen wird, kann bei constantem bezw. Atmosphärendruck erzielt werden durch Wärmedifferenz zwischen Absorber einerseits und Abgeber und Entlüfter andererseits, wobei natürlich der Absorber kalt und Entlüfter und Abgeber dagegen heifs gehalten werden. Während bei Anwendung von Druckdifferenz die Wiedergewinnung der aufgewendeten Energie durch Arbeitsleistung des unter Druck befindlichen, nicht absorbirten Gases herbeigeführt wird, wird die Energie bei Anwendung von Wärmedifferenz durch Wärmeaustauschapparate für die Flüssigkeit wiedergewonnen.

Eine besondere Anwendungsform ergiebt sich hier für die Verarbeitung von mehr oder weniger heifsen Industriegasen, wie Cockerei- und Schwelgasen, Schwefligsäure-, Salzsäure- und ähnlichen Gasen. Dieselben werden heifs in den Entlüfter geführt, wo sie die Löseflüssigkeit durch Erhitzung und vermöge des geringen Partialdruckes entlüften, während sie sich selbst abkühlen und anreichern.

III. Anwendung von Druck und Wärme gleichzeitig.

Selbstverständlich ist nach Vorstehendem in besonderen Fällen auch eine combinirte Anwendung von Wärme und Druck zur Durchführung des Verfahrens möglich.

Claims

Patent-An sp'ruch:

Verfahren zur Zerlegung von Gas- und Dampfgemischen, bei welchem die verschiedene Löslichkeit der Gase bezw. Dämpfe zur Trennung derselben in bekannter Weise- benutzt wird, indem die Löseflüssigkeit sich bei hohem Druck oder niedriger Temperatur oder beiden zugleich mit dem Gas- bezw. Dampfgemisch sättigt, während sie dasselbe bei niedrigem Druck oder hoher Temperatur oder beiden zugleich wieder abgiebt, dadurch gekennzeichnet, dafs das Rohgas, ehe es in den Absorber tritt, vorher bei niedrigem Druck oder hoher Temperatur oder beiden zugleich der in den Absorber zurückfliefsenden Löseflüssigkeit entgegengeführt wird, wodurch eine schärfere Zerlegung der Gemische und eine leichtere Gewinnung der Producte erzielt wird.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.