DE1808623B2 - Vorrichtung zur absorption von gasen oder von komponenten aus gasgemischen - Google Patents

Description

35 richtung aus wenigstens einer Kolonne mit Böden

aus porösem Material erfindungsgemäß die Böden

aus hochporösem, offenporigem, gesintertem und mit

j Durchtrittsöffnungen versehenem Material bestehen,

^: wobei das Porenvolumen der Böden mindestens

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur 40 50 Volumenprozent beträgt und die Poren Kapil-

Absorption von Gasen oder von Komponenten von larkräfte auf die Flüssigkeit derart ausüben, daß ein

Gasgemischen aus kleinen Rohgasmengen mittels Teil der Flüssigkeit in den Böden festgehalten wird, j Flüssigkeiten, insbesondere zur Reinigung von gas- daß das Verhältnis des Durchmessers einer Durch-

j förmigen Reaktanzen für Brennstoffbatterien, aus trittsöffnung zur Bodendicke 0.03 bis 0,3 beträgt und

t wenigstens einer Kolonne mit Böden aus porösem 45 das Verhältnis von Bodendicke zu Bodendurchmesser

Material. größer als 0,1 ist und daß das Gas oder Gasgemisch

₍ Die Absorption von Gasen durch Flüssigkeiten er- und die Flüssigkeit innerhalb jeder Kolonne im

J folgt gewöhnlich in der Weise, daß das Rohgas in Gleichstrom vom Kolonnensumpf zum Kolonnenkopf

j einen ein Lösungsmittel enthaltenden Behälter gelei- geführt sind.

tet wird, der mit Vorrichtungen zur Zerteilung und 50 Vorteilhaft kann zusätzlich wenigstens eine mit der

Mischung der beiden Phasen versehen ist. Je nach oder den Absorptionskolonnen verbundene Desorpj dem Anteil der zu entfernenden Gaskomponente so- tionskolonne vorgesehen sein, welche die gleichen

wie deren Löslichkeit im Lösungsmittel erfolgt hier- Böden enthält wie die Absorptionskolonne,
bei die Absorption kontinuierlich oder diskontinuier- Zwischen den Absorptions- und Desorptionskolon-

! Hch, wobei bei der kontinuierlichen Verfahrensweise 55 nen kann vorteilhaft ein Wärmetauscher angeordnet

j das Rohgas stets mit frischem Lösungsmittel zusam- sein.

mentriflt. Bei der diskontinuierlichen Absorption wird Die Kolonnenboden bestehen erfindungsgemäß aus

hingegen das Lösungsmittel so lange mit Rohgas ver- solchem Material, das vorwiegend ofTenpori» ist. beimischt, bis es gesättigt ist, d. h. weitere Gasinengen spiclsweise aus gesintertem Magnesium-Aluminiumnichtmehr aufnimmt. 60 Silikat. Das hat zur Folge, daß "ein Teil der als Ab-Es ist bereits bekannt, zur Absorption von Gasen sorptionsmittel vorgesehenen Flüssigkeit von dem mittels Flüssigkeiten Füllkörpersäulen oder Boden- Porenmaierial aufgenommen wird. Das Porenvolumen kolonnen einzusetzen. Aus der britischen Paten·- beträgt mindestens 50 Volumenprozent. Durch die ' schrift 1097 473 ist eine Vorrichtung zum lnbcrüh- besondere Struktur wird erreicht, daß ein Teil der , rungbringen von Gasen und Flüssigkeiten bekannt, 65 Flüssigkeil auf Grund der Kapillarkräfle innerhalb der die im Gegenstromprinzip arbeitet, wohei das Gas Böden gebunden wird und eine Verkleinerung der von unten nach oben strömt, während die Flüssig- Austauschfläche auch bei Lageänderungen nicht einkeil von oben nach union fließt. Die Vorrichtung tritt.

3 4

Das im unteren Teil der Kolonne eintretende und In Fig. 1 ist eine aus neun Kolonnen bestehende

den Kolonnensumpf passierende Rohgas tritt mit der Absorptionseinheit 1 und eine entsprechende Desorp-

aufgenommenen Absorptionsflüssigkeit durch die tionseinheit 2 dargestellt. Die Kolonnen der beiden

Durchtrittsöffnungen sämtlicher Kolonnenboden, wo- Einheiten enthalten jeweils dreizehn Böden, die über-

bei sich oberhalb des Bodens jeweils eine Flüssig- 5 sichtlichkeitshalber nicht eingezeichnet sind. Die

kernschicht ausbildet und unterhalb des Bodens ein Kolonnen sind durch die Bezugsziffern 3 bis 11 bzw.

Gaspolster. Die Absorption des zu entfernenden Ga- 12 bis 20 gekennzeichnet. Zwischen Absorber 1

ses findet sowohl in der Flüssigkeitsschicht ststt als und Desorber 2 befindet sich ein Wärmeaustau-

auch innerhalb der Böden. Im Boden erfolgt die scher 21.

Absorption vorwiegend zwischen der im porösen io Das aus dem Reformer austretende Rohgas tritt

Material befindlichen Flüssigkeit und dem durch die bei 22 von unten in die Kolonne 3 ein und durch-

Durehtrittsöffnungen strömenden Gas. strömt die in Serie geschalteten Kolonnen 3 bis 11.

Die Kolonne sslbst kann aus beliebigem Material Dabei wird das im Rohgas enthaltene CO₂ von der

K-uehen, vorausgesetzt, daß es von der Absorptions- Alkazidlauge aufgenommen. Das gereinigte Gas ver-

flüs'igkeit sowie den Gasen nicht angegriffen wird. 15 läßt die Absorptionseinheit 1 bei 23. Die frische bzw.

Bei den durchgeführten Versuchen haben sich regenerierte und gekühlte Alkazidlauge tritt bei 24

Kunststoffe aus Polymethacrylsäuremethylestern so- von unten in die Kolonne 11 ein und wird vom Gas

wie deren Copolymerisaten gut bewähr*. Selbstver- über die Kolonnen 10 bis 4 in die Kolonne 3 trans-

st:^:'.vl!ich können die Kolonnen auch aus Metall oder porticrt. Gas und Alkazidlauge bewegen sich inner-

Giu- bestehen. 20 halb jeder Kolonne in gleicher Richtung vom Kolon-

Die erfindungsgemäße Vomchtung zur Absorption nensumpf zum Kolonnenkopf. Die mit CO; ganz

Mn: (idM.il bzw. Komponenten aus Gasgemischen oder teilweise beladene Alkazid!auge fließt aus der

Zvi hnet sich vor allem cadurch aus, daß sie auch Kolonne 3 über eine Leitung 25 in den Wärmeaus-

Ki kleinem Bauvolumen einen hohen Austauschgrad tauscher 21 und von dort über eine Leitung 26 in

ermöglicht. Durch die offenporige Struktur der Ko- as die Kolonnen 12 bis 20 der Desorptionseinheit 2. Im

lcnenböden wird ein derart hoher Austauschgrad Wärmeaustauscher 21 wird die mit CO₂ beladene

erreicht, daß das Bauvolumen bei einer COo-Wäsche Alkazidlauge auf etwa 85 bis 90 C vorgewärmt. Die

pi\) m^:l Gasdurchsalz in der Stunde und Entfernung in den Kolonnen 12 bis 20 mittels Wasserdampf re-

des Kohlendioxids von 25 · 10⁴ ppm auf 200 ppn; bis generierte Lauge tritt bei 27 in einen Heizer 28. in

auf etwa 1.2 1 und niedriger gesenkt werden kann. 30 welchem eine Aufheizung der Lauge auf etwa 11!) C

Die-*es Bauvolumen kann bei größerem Gasdurchsatz und eine Verdampfung eines Teiles des in der Lauge

selbstverständlich noch weiter herabgesetzt werden. enthaltenen Wassers stattfindet. Die so erhitzte Alka-

Hin weiterer Vorteil wird darin gesehen, daß sich zidlauge strömt dann über eine Rohrverbindung 29 die Gasreinigung ohne zusätzliche Regeleinrichtungen erneut in den Wärmeaustauscher 21 ein und gibt auf die von einem Brennstoffzellensystem benötigten 35 dort die gespeicherte Wärme an die entgegenströ-Gasmengen einstellt. Wie sich ferner gezeigt hat, mende, beladene Alkazidlauge ab. Sie verläßt den werden die erzielten guten Ergebnisse bei Schräglage Wärmeaustauscher 21 über eine in einen Vorratsder Kolonnen nur wenig beeinflußt, so daß die erfin- behälter 30 mündende Leitung 31. Aus dem Vorratsdungsgemäße Vorrichtung besonders für ortsver- behälter wird dann die Lauge in die Kolonne 11 zuänderliche Anlagen geeignet ist. Selbstverständlich ist 40 rückgeführt und erneut als Absorptionsflüssigkeit eindie Gasreinigung nicht auf die angegebene Kohlen- gesetzt. Der Vorratsbehälter 30 kann über eine Kühldioxidwäsche und auf Alkazidlaugen beschränkt. Bei vorrichtung 32 gekühlt werden,
der HoS-Wäsche mit Alkazidlauge werden sogar noch Der zur Desorption des Kohlendioxids benötigte bessere Ergebnisse erzielt. Wasserdampf wird im Heizer 28 durch Wasserver-

An Hand eines Ausführungsbeispiels sowie mehre- 45 dampfung aus der Alkazidlauge erzeugt. Er strömt

rer Figuren soll die Erfindung noch näher erläutert durch ein Rohr 33 in die Kolonne 20 der Desorp-

werden. tionseinheit, passiert die Kolonnen 19 bis 12 und

Es zeigt verläßt die letzte Kolonne mit CO₂ beladen durch

Fig. 1 eine Gasreinigungsanlage aus mehreren eine Leitung 34. Für das bereits im Wärmeaustau-

Absorptions- und Desorptionskolonnen, 50 scher 21 desorbierte COj ist eine Leitung 35 vorge-

Fig. 2 bis Fig. 5 verschiedene Schnitte durch die sehen. Selbstverständlich kann an Stelle des Heizers

Gasreinigungsanlage nach Fig. 1, 28 auch ein Dampferzeuger eingesetzt werden, der

F i g. 6 einen Ausschnitt aus einer beispielhaften einen überhitzten Wasserdampf für die Desorption

Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfin- liefert,

dung und 55 Fig. 2 zeigt den Schnitt H-II .lurch die Absorp-

Fig. 7 vergrößert einen Ausschnitt aus Fig. 6. tionseinheit 1, wobei nur die Kolonnen 3 und 4

Zunächst wurde durch katalytische Dampfrefor- wiedergegeben sind. Die Eintrittsöffnung des Roh-

niierung von Methanol ein aus 25 Volumenprozent ga-.es ist hier wieder mit der Bezugsziffer 22 bezeich-

CO.. und 75 Volumenprozent H₁. bestehendes Gas- ,.ei. Aus der Figur ist zu ersehen, wie der Rohgas-

gerniseh hergestellt. Aus diesem Gemisch konnte in 6i.· strom nach dem Passieren einer jeden Kolonne durch

einer in Fig. 1 schemalisch wiedergesehenen Reini- I Imlenkkanäle 36 in den Br. !cn der nächsten

guiigsanlage des CO₁. bis auf 200 ppm und weniger Kolonne weitergeführt wird.

herausgewasehen werden. Als Lösungsmittel für das 1 ig. 3 zeigt den Schnitt III-1I! durch die Kolonne

Kohlendioxid wurde hierbei Alkazidlauge verwendet. 10 und 11 der Absorptionseinheit 1. Die regenerierte,

aus der das gebundene CO₁. durch Erwärmung auf 65 gekühlte Alkazidlauge tritt wiederum bei 24 von

100 C wieder desorbierl wurde. Der Gasdurchsatz unten in die Kolonne 11 ein und wird vom Gas über

betrug je Stunde IO m^:! und der Flüssigkeitsdureh- die Kolonnenböden zum Kopf der Kolonne iraiis-

salz 120 1. porlierl. Die Zuleitung zur nächsten Kolonne ei folgt

jeweils über Umlenkkanälc 37 an den Seilen der Kolonnen.

Das gereinigte Gas, hier also Wasserstoff, wird am Kopf der Kolonnen 11 bis 23 abgeführt. Die Kolonnenboden sind in Fig. 2 und 3 schematisch wiedergegeben und mit der BezugsziiTer 38 bezeichnet.

Fig. 4 zeigt den Schnitt IV-IV durch die in Fig. 2 wiedeigegebenen Kolonnen der Absorptionseinheit 1 und F i g. 5 den Schnitt V-V durch die in F i g. 3 wiedergegebenen Kolonnen lö und 11. Die Bezugsziffern sind hierbei die gleichen wie die in den F i g. 2 und 3. Die Höhe der in dem Beispiel eingesetzten Kolonnen betrug jeweils 50 cm und deren Bodenzahl 13. Jeder Boden hatte eine Dicke von etwa 1,3 cm und einen Bodendurchmesser von 5 cm. Die Durchtrittsöffnungen zeigten einen Porenradius von 0,5 mm, wobei auf 1 cm² Bodenfläche etwa 40 Durchtritisöffnungen entfielen.

Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt aus einer Kolonne mit drei Böden 41 bis 43. Die Böden bestehen aus hochporösem, offenporigem Material und sind mit Durchtritlsöffnungen 44 versehen. Die Durchtrittsöffnungen 44 selbst sind dabei von hochporösem Material 45 umgeben. Die Kolonnenwand ist mit 46 bezeichnet. Gas und Flüssigkeit treten, wie bereits die Fig. 2 und 3 zeigen, von unten, also in Richtung des Pfeiles 47. in die Kolonne ein. Wie bereits erläutert, wird die Flüssigkeit vom Gas mitgerissen und tritt mit dem Gas durch die DurchtriUsötTnungen 44 hindurch. Oberhalb jedes Bodens bildet sich dabei

ίο eine Flüssigkeitsschicht 48 und unterhalb jedes Bodens ein Gaspolster 49 aus. Das durch die Durchtrittsöffnungen 44 hindurchtretende Gas steigt durch die Flüssigkeitsschichten 48 in Form von Gasblasen 50 auf und reißt beim Durchtritt durch die Ober fläche der Flüssigkeitsschicht 48 Flüssigkeit zum nächsten Boden mit. Die dabei auftretenden Flüssigkeitsspritzer sind in Fig. 6 schematisch dargestellt und mit 51 bezeichnet.

F i g. 7 zeigt vergrößert den Ausschnitt 52 aus

Fig. 6, wobei gleiche Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 enthält poröse Elemente ohne kapillaraktive Wirk- Patentansprüche: samkeit in Form von Füllkörpern, die als Schütt böden Verwendung finden.

1. Vorrichtung zur Absorption von Gasen oder Aus Ind. Engng. Chem. 41 (1949), Seiten 1540/43, von Komponenten von Gasgemischen aus kleinen 5 ist es weiterhin bekannt, daß Kolonnen mit Sieb-Rohgasmengen mittels Flüssigkeiten, insbeson- boden wegen des hohen Flüssigkeitsstandes zur Abdere zur Reinigung von gasförmigen Reaktanten sorption von CO₂ aus Erdgas durch 40prozentige für Brennstoffbatterien, aus wenigstens einer Ko- Kalilauge wirksamer sind als Glockenboden.

lonne mit Böden aus porösem Material, da- Es hat sich gezeigt, daß die bekannten Verfahren

durch gekennzeichnet, daß die Böden io und Vorrichtungen zur Absorption von Gasen aus aus hochporösem, offenporigem, gesintertem und kleinen Rohgasmengen nicht geeignet sind. Dies trifft mit Durchtrittsöffnungen versehenem Material vor allem auf Brennstoffzellenbatteriesysteme zu, die bestehen, wobei das Porenvolumen der Böden mit Gasen betrieben werden und in denen die gasmindestens 50 Volumenprozent beträgt und die förmigen Reaktanten vor ihrem Eintritt in die Elek-Poren Kapillarkräfte auf die Flüssigkeit derart 15 troden gereinigt werden müssen. Auf vielen Anwenausüben, daß ein Teil der Flüssigkeit in den dungsgebieten, beispielsweise Elektrotraktion, ist es Böden festgehalten wird, daß das Verhältnis des erwünscht, daß die Reinigungsanlagen ein sehr klei-Durchmessers einer Durchtrittsöffnung zur Boden- nes Bauvolumen haben. Außerdem sollen die Reinidicke 0,03 bis 0,3 beträgt und das Verhältnis von gungsanlagen in bewegten Systemen, wie Elektro-Bodendicke zu Bodendurchmesser größer als 0,1 20 fahrzeugen, möglichst lageunempfindlich sein und ist und daß das Gas oder Gasgemisch und die eine optimale Absorption auch bei Lageänderungen Flüssigkeit innerhalb jeder Kolonne im Gleich- gewährleisten. Weiterhin soll das Losungsmittel zeiistrom vom Kolonnensumpf zum Kolonnenkopf lieh unbegrenzt verwendbar sein, was den Einbau geführt sind. weiterer Vorrichtungen zur Desorption des aufge-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- 25 nommenen Gases erforderlich macht. Auch daraus kennzeichnet, daß zusätzlich wenigstens eine mit ergeben sich bezüglich der Einhaltung eines sehr der oder den Absorptionskolonnen verbundene kleinen Bauvolumens erhebliche Schwierigkeiten.
Desorptionskolonne vorgesehen ist, welche die Aufgabe der Erfindung ist es, die bei der Absorpgleichen Böden enthält wie die Absorptions- tion von Gasen oder von Komponenten von Gaskolonne. 30 gemischen aus kleinen Rohgasmengen mittels Flüs-

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- sigkeiten aufgezeigten Schwierigkeiten, insbesondere kennzeichnet, daß zwischen Absorptions- und bei der Reinigung von gasförmigen Reaktanten für

Desorptionskolonnen ein Wärmetauscher ange- Brennstoffbattenen, zu beseitigen.

ordnet ist. Dies wird dadurch erreicht, daß bei einer Vor-