DE1246777B - Verfahren zum Trocknen und/oder Reinigen von Gasen - Google Patents

Verfahren zum Trocknen und/oder Reinigen von Gasen

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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT /K
AUSLEGESCHRIF
Int. Cl.:
^Deutsche Kl.:
Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
F25j
1246777
G 435551 a/17 g
10. Mai 1965
10. August 1967
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen und/oder Reinigen von Gasen mit einem hohen Gehalt an Verunreinigungen, insbesondere zum Reinigen von Gasen mit einem hohen Gehalt an Kohlendioxyd, bei dem die Verunreinigungen an Kühlflächen ausgefroren werden, die abwechselnd von dem zu reinigenden Gas und von einem entgegengesetzt fließenden Spülgas zur Verdampfung der ausgefrorenen Verunreinigungen bestrichen werden.
Aus der Technik der Luftzerlegung ist es bekannt (USA.-Patentschrift 2 589 262), einen zu zerlegenden Luftstrom in einem Wärmeaustauscher von höhersiedenden Verunreinigungen zu befreien. Die Verunreinigungen werden auf wechselweise betriebene Heizflächen des Wärmeaustauschers ausgefroren und anschließend mittels eines Spülgases sublimiert. Zwischen den Heizflächen, an denen ausgefroren, und den Heizflächen, an denen sublimiert wird, ist ein Reingasstrom vorgesehen, der den Wärmeübergang zwischen den Heizflächen hemmt. Der Wärmeaustauscher ist in drei Zonen eingeteilt, die in ihrer Größe so bemessen sind, daß das aus Sauerstoff bestehende Reingas und das aus Stickstoff bestehende Spülgas den zu zerlegenden Luftstrom auf die gewünschte Temperatur abkühlen, wobei an der Wärmeübertragungsfläche höhersiedende Verunreinigungen, wie z. B. CO2, ausgefroren werden. Dabei werden die beiden äußeren Zonen wechselweise mit Luft und Stickstoff beaufschlagt, während die dazwischenliegende Zone von Sauerstoff durchströmt wird.
Dieses bekannte Verfahren ist zur Entfernung von CO2 nur dann anwendbar, wenn das CO2 in den .zu reinigenden Gasen in sehr geringem Maß vorhanden ist, wie es z. B. bei der Luft der Fall ist. Würde dieses Verfahren auch zum Reinigen von Gasen mit einem hohen Prozentsatz an CO2 verwendet werden, z.B. zum Entfernen von CO2 aus Koksofengas, so würden sich in kurzer Zeit die von dem zu reinigenden Gas durchströmten Querschnitte des Wärmeaustauschers durch ausgefrorenes CO2 verstopfen. Da festes CO2 eine sehr steile Dampfdruckkurve besitzt, bedingt schon eine kleine Temperatursenkung des zu reinigenden Gases eine große Änderung des Partialdruckes, d. h., es frieren auf einem nur kurzen Stück des Wärmeaustauschers große Mengen an CO2 aus und verstopfen die Kanäle desselben. Durch die Einschaltung eines Reingasstromes zwischen den wechselweise betriebenen Heizflächen wird zwar der Wärmeübergang zwischen den Heizflächen über deren Länge insgesamt gleichmäßig gehemmt; jedoch läßt sich damit nicht vermeiden, daß an der Rohgas-Verfahren zum Trocknen und/oder Reinigen
von Gasen
Anmelder:
Linde Aktiengesellschaft,
Wiesbaden, Hildastr. 2-10
Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Rudolf Becker, München-Solln
-
Eintrittsstelle des Wärmeaustauschers, d. h. im Bereich des hohen CO2-Gehaltes des Rohgases, die größte Menge des CO2 ausfriert. Bei der Zerlegung von Koksofengas, dessen CO2-Gehalt wesentlich
höher ist als der von Luft, würde der Wärmeaustauscher durch ausgefrorenes CO2 nach kurzer Betriebszeit verstopft werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Gase mit einem hohen Gehalt an Verunreinigungen, insbesondere an CO2, durch Ausfrieren der Verunreinigungen an wechselweise betriebenen Heizflächen zu reinigen, wobei die Übertragung von Kälte auf das CO2-haltige Rohgas gerade in dem Bereich erschwert wird, wo das Rohgas noch stark verunreinigt ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Druck des Spülgases mit dessen fortschreitender Erwärmung erhöht wird.
Nach dem Verfahren der Erfindung wird der Wärmeaustausch zwischen den Heizflächen im Bereich der noch stark verunreinigten Gase erschwert. Diese künstliche Verschlechterung des Wärmeaustausches wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Druck des Spülgases mit dessen fortschreitender Erwärmung erhöht wird. Damit werden der Wärmeübergang und die Temperaturdifferenz zwischen Rohgas und Spülgas verkleinert; das zu reinigende Gas wird nicht so schnell abgekühlt und, bezogen auf ein Stück der Heizfläche, gefriert weniger CO2 aus. Die ausgefrorene Menge an CO2 verteilt sich vielmehr etwa gleichmäßig auf die ganze Länge der Heizfläche, womit die Gefahr des Zusetzens der Wärmeaustauscher vermieden wird.
Als weiterer Vorteil kommt hinzu, daß ausgefrorenes CO2 durch die erfindungsgemäße Druck-
erhöhung des Spülgases, die gleichzeitig eine Temperaturerhöhung zur Folge hat, bei dieser höheren Temperatur leichter sublimiert.
709 620/183
Das erfindungsgemäße Verfahren sei am Beispiel der Zerlegung von Koksofengas zur Gewinnung von reinem Wasserstoff für die Ammoniaksynthese erläutert.
Feuchtes Koksofengas, das 7O*/o H2, W/o CO2 und 16°/o CO + N2 enthalten soll, wird in hintereinandergeschalteten Gegenstrom Wärmeaustauschern: abgekühlt. Dabei friert im ersten Wärmeaustauscher hauptsächlich Wasser aus, während in den nachfolgenden Wärmeaustauschern das CO2 durch Kühlung auf etwa 150° K bis auf einen Gehalt von unter 1 Vo ausgefroren werden kann. Die Wärmeaustauscher weisen zwei Querschnitte auf, welche jeweils abwechselnd von dem zu reinigenden Rohgas und von einem entgegengesetzt fließenden Spülgas durchströmt werden. Während in dem einen Querschnitt der Wärmeaustauscher innerhalb einer Periode das CO2 aus dem Rohgas ausfriert, sublimiert es in dem anderen Querschnitt in das Spülgas. Rohgas und Spülgas stehen dabei in Wärmekontakt miteinander, wobei ao das Rohgas vom Spülgas abgekühlt und zwischen Rohgas und Spülgas Sublimationswärme mit jeweils entgegengesetzten Vorzeichen ausgetauscht wird.
Der von CO2 gereinigte Roh-Wasserstoff wird in einer Stickstoffwäsche feingereinigt, d. h. von CO as befreit. Den Sumpf der Stickstoffwaschsäule verläßt ein mit CO verunreinigter Stickstoffstrom, der in den Gegenstromwärmeaustauschern das Rohgas abkühlt und der als Spülgas für ausgefrorenes CO2 dient. Vom Kopf der Stickstoffwaschsäule zieht ein reines N2-H2-Gasgemisch ab, welches durch Zugabe von N2 auf das stöchiometrische Verhältnis für die Ammoniaksynthese eingestellt wird.
Erfindungsgemäß wird der Druck des Spülgases mit dessen fortschreitender Erwärmung erhöht. Das wird dadurch erreicht, daß zwischen den vom Rohgas und Spülgas im Gegenstrom durchströmten Wärmeaustauschern das Spülgas abgezweigt und mit jeweils einem Gebläse auf einen höheren Druck gebracht wird. Damit werden der Wärmeübergang und die Temperaturdifferenz zwischen Rohgas und Spülgas verkleinert und ein übermäßiges Ausfrieren von CO2 aus dem Rohgas vermieden. Dieser Sachverhalt hat beim Eintritt des Rohgasstromes in den ersten Wärmeaustauscher eine große Bedeutung, denn die Gefahr des Verstopfens der Wärmeaustauscher besteht am stärksten im ersten Wärmeaustauscher, da dort das Rohgas noch den höchsten Gehalt an CO2 aufweist, also sehr viel CO2 ausfrieren kann.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschränkt sich nicht nur auf die Gewinnung eines Wasserstoff-Stickstoff-Gemisches. Ebenso vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren z. B. auch zum Entfernen von CO2 und H2S aus Erdgas und zur Trocknung beliebiger Gase angewendet werden.

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zum Trocknen und/oder Reinigen von Gasen mit einem hohen Gehalt an Verunreinigungen, insbesondere zum Reinigen von Gasen mit einem hohen Gehalt an Kohlendioxyd, bei dem die Verunreinigungen an Kühlflächen ausgefroren werden, die abwechselnd von dem zu reinigenden Gas und von einem entgegengesetzt fließenden Spülgas zur Verdampfung der ausgefrorenen Verunreinigungen bestrichen werden, dadurchgekennzeichnet, daß der Druck des Spülgases mit dessen fortschreitender Erwärmung erhöht wird.
    In Betracht gezogene Druckschriften:
    USA.-Patentschrift Nr. 2 589262.
    709 620/183 7.67 © Bundeidruckerei Berlin
DEG43555A 1965-05-10 1965-05-10 Verfahren zum Trocknen und/oder Reinigen von Gasen Pending DE1246777B (de)

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