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Verfahren zur Behandlung von Gasen mit schaumbildenden Flüssigkeiten
im Gegenstrom Beim Behandeln von Gasen mit Flüssigkeiten im Gegenstrom bei gewöhnlichem
oder erhöhtem Druck, z. B. zum Zweck der Entfernung bestimmter Gasbestandteile aus
technischen Gasgemischen, ergeben sich häufig Schwierigkeiten durch das Auftreten
von Schaum in den Waschtürmen. Für die Schaumbildung kommen verschiedene Ursachen
in Frage. Der Schaum kann entweder entstehen, weil die Waschflüssigkeit an sich
zum Schäumen neigt oder weil sie kleinere oder größere Mengen von schaumbildenden
Verunreinigungen enthält.
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Die unerwünschte Schaumbildung führt zu verschiedenen mehr oder weniger
schwerwiegenden Folgeerscheinungen: Der Gehalt der Waschflüssigkeit an schaumbildender
Substanz erschwert die Diffusion des auszuwaschenden Gasbestandteils aus der gasförmigen
in die flüssige Phase und verschlechtert damit die Auswaschung. Des weiteren wird
dadurch, daß sich die Schaumblasen auch in und zwischen den Füllkörpern des Waschturms
bilden, der freie Querschnitt des Turmes verengt, so daß es bei schweren Störungen
zum Überreißen von Flüssigkeit und Schaum in die anschließenden Leitungen und Apparate
kommt. Außerdem erschwert die Gegenwart von Schaum die Trennung von Flüssigkeitsphase
und Gasphase im Sumpf, wodurch bisweilen große Verluste an wertvollem Gas entstehen.
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Es ist bekannt, bei physikalischen oder chemischen Prozessen solchen
Flüssigkeiten, die zum Schäumen neigen, Entschäumungsmittel, wie höhere Alkohole,
Äther, organische Phosphorverbindungen, Fettsäureamide oder Silikone, beizugeben,
die den Schaum zum Zerfallen bringen (dgl. die deutschen Patentschriften 826 746
und 819 842). Diese Methode läßt sich ohne weiteres auf Gegenstromprozesse anwenden,
sofern die Waschflüssigkeit im Kreislauf geführt wird. Dann genügt eine einmalige
Zugabe der Entschäumer zur Kreislauf flüssigkeit, und lediglich die geringen Mengen
Entschäumer, die im Laufe der Zeit durch unvermeidbare Verluste oder durch Nebenreaktionen
verlorengehen, müssen ersetzt werden. Wird jedoch die Waschflüssigkeit nicht im
Kreislauf geführt, etwa weil sie billig ist und in ausreichender Menge zur Verfügung
steht, wie z.B. in manchen Fällen Flußwasser, dann müssen die Entschäumer der Waschflüssigkeit
nicht einmal, sondern laufend zugesetzt werden. Dadurch werden die absoluten Mengen
der Entschäumungsmittel, selbst wenn sie in sehr kleinem Prozentsatz angewandt werden,
so groß, daß das Verfahren unwirtschaftlich wird.
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Es wurde nun gefunden, daß man die erwähnten Nachteile vermeiden
kann und sich bei der Gegenstrombehandlung von Gasen mit schaumbildenden Flüssigkeiten
das Schäumen in einfacher und wirtschaftlich tragbarer Weise dadurch verhindern
läßt, daß man ein Entschäumungsmittel in feiner Verteilung in das zu behandelnde
Gas vor dessen Eintritt in den Behandlungsraum einführt.
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Es war unerwartet, daß von dem mit dem Gas in den unteren Teil des
Waschturms eingebrachten Entschäumungsmit-tel das Schäumen nicht nur im Sumpf, sondern
auch im mittleren und oberen Teil des Waschturms verhindert bzw. sogar vorhandener
Schaum zerstört wird. Es war ferner unerwartet, daß zur Verhinderung des Schäumens
viel weniger Entschäumungsmittel benötigt wird, wenn man es in das Gas vor dessen
Eintritt in den Waschturm einführt, als wenn man es nach der üblichen Methode der
Flüssigkeit im oberen Wäscherteil zusetzt. Folgende Vergleichsversuche in einer
drucklos betriebenen Apparatur zeigen die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Arbeitsweise.
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In zwei gläserne Waschkolonnen von je 690 mm Höhe und 30 mm Durchmesser
werden je 100 1/Stunde Wasser und je 150 1/Stunde Luft im Gegenstrom eingebracht.
Die Querschnittsbelastung entsprach annähernd der eines großtechnischen Waschturms.
In beiden Kolonnen wurde durch Zugabe von je 2,41/Stunde einer 1001,eigen wäßrigen
Lösung von oktadecensulfonsaurem Natrium zum Wasser Schaum erzeugt. Als Entschäumungsmittel
dienten eine 3,50J0ige Lösung von 2-Äthylhexanol in Methanol und eine 1°tOige Lösung
von Tributylphosphorsäureester in Isopropylalkohol. Das Entschäumungsmittel wurde
in der einen Kolonne dem Wasser am Kopf der Kolonne zugegeben, während es in der
anderen Kolonne erfindungsgemäß in das Gas vor dem Eintritt in die Kolonne eingedüst
wurde. Es wurde jeweils so viel Entschäumungsmittel zugegeben, wie zum Brechen des
Schaumes in der ganzen Kolonne nötig
war. Die dazu erforderlichen
Mengen sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.
| Zugabe des |
| Entschäumungsmittels |
| Entsehäumungsmittel zum Gas zum Wasser |
| (unten) (oben) |
| cm3/Std. cm3/Std. |
| 3,501dge Lösung von 2-Äthyl- |
| hexanol in Methanol 282 780 |
| 1,001,ige Lösung von Yributyl |
| phosphorsäureester in |
| Isopropylalkohol.. 156 > 1800 |
Wie ersichtlich, ist bei Zugabe des Entschäumungsmittels zum Gas vor dessen Eintritt
in den Behandlungsraum wesentlich weniger Substanz erforderlich als bei Zugabe zur
Flüssigkeit.
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Das Verfahren führt man zweckmäßig in der Weise durch, daß man das
Entschäumungsmittel z.B. durch eine Düse in das Gas einspritzt. Die geringen Mengen
des feinverteilten Entschäumungsmittels werden zweckmäßig in Lösungs- oder Verdünnungsmitteln
angewendet.
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Beispiel In der schematisch dargestellten Druckapparatur (vgl. die
Abbildung) ist A ein Waschturm, der aus einem senkrecht stehenden Druckrohr von
16 m Höhe und 1,4 m Durchmesser besteht. Der Waschturm ist in üblicher Weise mit
keramischen Füllkörpern, z. B. in Ringform, gefüllt und arbeitet unter einem Druck
von 25 at.
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Dem Waschturm führt man durch die Verteilervorrichtung G stündlich
400 m3 Schaumbildner enthaltendes Flußwasser von 14° C zu, die Konzentration des
Schaumbildners im Wasser betrug etwa 1:5wo 000. Das Gas, das zur Auswaschung von
Kohlendioxyd dem Waschturm zugeführt wird, ist ein Synthesegasgemisch, das Kohlendioxyd,
Wasserstoff und Kohlenoxyd enthält, dessen Kohlendioxydgehalt 30 Volumprozent beträgt.
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Das Gas wird in einer Menge von 7000 Nm3/Stunde bei D in den Waschturm
eingebracht, wobei in die Zuleitung des Gases in den Waschturm stündlich 100 1 einer
1 0/0eigen methanolischen Lösung eines Gemisches höherer Alkohol, wie es z.B. die
Oxoreaktion liefert, gleichmäßig über den Zeitraum verteilt eingedüst werden. Die
Menge der höheren Alkohole verhält sich zur Menge des stündlich dem Waschturm zugeführten
Wassers also wie 1: 400000.
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Durch den Waschprozeß wird dem Gas das Kohlendioxyd nahezu vollständig
-entzogen, ohne daß es zu
einer Schaumbildung kommt. Das Restgas, das vorwiegend
aus Wasserstoff und Kohlenoxyd besteht, verläßt als Reingas in einer Menge von 4900
Nm31Stunde die Apparatur bei E. Es enthält noch etwa 1 bis 2 Volumprozent Kohlendioxyd.
Das aus der Ringfüllung B abfließende kohlendioxydhaltige Wasser durchströmt den
Rohgasraum F und sammelt sich im Sumpf G, dessen Stand kurz unterhalb des Rohgaseintritts
bei D durch das Ventil H konstant gehalten wird. Hinter dem Ventil H wird das Waschwasser
über eine Turbine J in üblicher Weise entspannt und fließt in den Kanal K. Bei der
Entspannung entweichen aus der Turbine 1900 Nm3/ Stunde eines Gasgemisches, das
bei L anfällt und im wesentlichen Kohlendioxyd (etwa 90 bis 9201o) neben wenig Wasserstoff
und Kohlenoxyd enthält.
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Unterläßt man dagegen das Eindüsen des Entschäumers in den Gasstrom,
so treten bei sonst gleicher Arbeitsweise Schaumstörungen auf. So wird ein Teil
des Rohgases vor dem Eintritt in die Ringfüllung von dem im Sumpf gebildeten Schaum
mitgeführt, gelangt mit dem schäumenden Wasser in die Turbine und mischt sich dem
Entspannungsgas bei, wodurch die Menge dieses Gases steigt, sein Kohlendioxydgehalt
sinkt und das Rohgas die Apparatur unausgewaschen verläßt und so verlorengeht. Die
Menge des Entspannungsgases steigt auf etwa 3000 NmS/Stunde an. Der- Kohlendioxydgehalt
des Gases beträgt nur noch 50 01,, während bei der erfindlungsgemäßen Arbeitsweise
1900 Nm3 Entspannungsgas mit einem C O2-Gehalt von 90 bis 92 01, anfällt. Entsprechend
der mitgerissenen Rohgasmenge erniedrigt sich die Menge des Reingases auf etwa 3800
Nm8/Stunde. Außerdem steigt der Kohlendioxydgehalt im Reingas wegen der durch die
Schaumbildung in der Ringfüllung behinderten Diffusion des Kohlendioxyds aus der
gasförmigen in die flüssige Phase auf 501,. Der sich auch im Reingasraum M- über
der Ringfüllung B bildende Schaum wird vom Gas in die Reingasleitung E mitgeführt,
wo er zu Störungen Anlaß geben kann.