DE1808623C - Vorrichtung zur Absorption von Gasen oder von Komponenten aus Gasgemischen - Google Patents

Description

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Das im unteren Teil der Kolonne eintretende und den Kolonnensiimpf passierende Rolmas tritt mit der aufgenommenen Absorptionsflüssigkeit durch die Durchtrittsüffnungen sämtlicher Kolonnenboden, wobei sich oberhalb des Bodens jeweils eine Flüssigkeitsschieht ausbildet und unterhalb des Bodens ein Gaspolster. Die Absorption des zu entfernenden Gases findet sowohl in der Flüssigkeitsschicht statt als auch innerhalb der Boden. Im Boden erfolgt die Absorption vorwiegend zwischen der im porösen Material befindlichen Flüssigkeit und dem durch die DurchtrittsölTnungen strömenden Gas.

Die Kolonne selbst kann aus beliebigem Material bestehen, vorausgesetzt, daß es von der Absorptionsflüssigkeit sowie den Gasen nicht angegrilTen wird. Hei den durchgeführten Versuchen haben sich kunststoffe aus Polymethacrylsäuremethylcstern sowie deren Copolymerisaien gut bewahrt. Selbstver-M.andlich können die Kolonnen auch aus Metall oder Glas bestehen.

Die erfindimgsgemäße Vorrichtung zur Absorption ■.on Gasen bzw. Komponenten aus Gasgemischen zeichnet sich vor allem dadurch aus. daß" sie auch bei kleinem Bauvolumen einen hohen Austaiischerad ermöglicht. Durch die offenporige Struktur der Kolriinenböden wird ein derart hoher Austauschgrad (.'reicht, daß das Bauvolumen bei einer COj-Wäsche pro in¹ Gasdurchsatz in der Stunde und Entfernung ■ 'es Kohlendioxids von 25 · K)¹ ppm auf 200 ppm bis aiii etwa 1,2 1 und niedriger gesenkt werden kann. Dieses Bauvolumen kann bei größcrem Gasdurchsatz selbstverständlich noch weiter herabgesetzt werden.

Hin weiterer Vorteil wird darin gesehen, daß sich die Gasreinigung ohne zusätzliche Regeleinrichtungen auf die von einem BrennstolTzelleiisystem benötigten Gasmengen einstellt. Wie sich ferner gezeigt hat, werden die erzielten guten Ergebnisse bei Schräglage der Kolonnen nur svenig beeinflußt, so daß die crfindungsgemaße Vorrichtung besonders für ortsveränderliche Anlagen geeignet ist. Selbstverständlich ist die Gasreinigung nicht auf die angegebene Kohlendioxidvväsche und auf Alkazidlaugen beschränkt. Bei der M„.S-Wäsche mit Alkazidlauge werden sogar noch bessere Ergebnisse erzielt.

An Hand eines Alisführungsbeispiels sowie mehrerer Figuren soll die Erfindung noch näher erläutert werden.

Es zeigt

Fig. 1 eine Gasreinigungsanlage aus mehreren Absorptions- und Desorptionskolonnen,

Fig. 2 bis Fig. 5 verschiedene Schnitte durch die Gasreinigungsanlage nach Fig. I.

Fig.fi einen Ausschnitt aus einer beispielhaften Ausführiingsform der Vorrichtung nach der Erfindung und Fig. 7 vergrößert einen Ausschnitt aus F-" ig. (1.

Zunächst wurde durch katalytische Dampfrefoimierung von Methanol ein aus 25 Volumenprozent CO₁. und 75 Volumenprozent Il. bestehendes Gasgemisch hergestellt. Aus diesem Gemisch konnte in einer in Fig. I schematisch wiedergegebenen Reinigungsanlage des CO.. bis auf 200 ppm und weniger hcrausgewasclun werden. Als Lösungsmittel für das Kohlendioxid wurde hierbei Alkazidlauge verwendet, aus der das gi.lnuv'ene COj durch Erwärmung auf K)O¹C wieder desorbiert wurde. Der Gasdurchsatz betrug je Stunde IO m¹ und der Flüssigkeitsdurchsatz I 20 1.

In Fig. 1 ist eine aus neun Kolonnen bestehende Absorptionseinheit 1 und eine entsprechende Desorptionseinheit 2 dargestellt. Die Kolonnen der beiden Einheiten enthalten jeweils dreizehn Böden, die übersichtlichkeitshalber nicht eingezeichnet sind. Die Kolonnen sind durch die BezugszilTern 3 bis 11 bzw. 12 bis 20 gekennzeichnet. Zwischen Absorber 1 und Desorber 2 befindet sich ein Wärmeaustauscher 21.

Das aus dem Reformer austretende Rohgas tritt bei 22 von unten in die Kolonne 3 ein und durchströmt die in Serie geschalteten Kolonnen 3 bis 11. Dabei wird das im Rohgas enthaltene CO₁. von der Alkazidlauge aufgenommen. Das gereinigte Gas verläßt die Absorptionseinheit 1 bei 23. Die Irische bzw. regenerierte und gekühlte Alkazidlauge tritt bei 24 von unten in die Kolonne Il ein und wird vom Gas über die Kolonnen 10 bis * in die Kolonne 3 transportiert. Gas und Alkazidlauge bewegen sich innerhalb jeder Kolonne in gleicher Richtung vom Kolonnensumpf zum Kolonnenkopf. Die mit COj ganz oder teilweise beladene Alkazidlauge fließt aus der Kolonne 3 über eine Leitung 25 in den Wärmeaustauscher 21 und von dort über eine Leitung 26 in die Kolonnen 12 bis 20 der Desorptionseinheit 2. Im Wärmeaustauscher 21 wird die mit CO₁. beladene Alkazidlauge auf etwa 85 bis 90" C vorgewärmt. Die in den Kolonnen 12 bis 20 mittels Wasserdampf regenerierte Lauge tritt bei 27 in einen Heizer 28. in welchem eine Aufheizung der Lauge auf etwa I IO"C und eine Verdampfung eines Teiles des in der Lauge enthaltenen Wassers stattfindet. Die so erhitzte Alkazidlauge strömt dann über eine Rohrverbindung 29 erneut in den Wärmeaustauscher 21 ein und gibt dort die gespeicherte Wärme an die entgegenströmende, beladene Alkazidlauge ab. Sie verläßt den Wärmeaustauscher 21 über eine in einen Vorratsbehälter 30 mündende Leitung 31. Aus dem Vorratsbehälter wird dann die Lauge in die Kolonne 11 zurückgeführt und erneut als Absorptionsflüssigkeit eingesetzt. Der Vorratsbehälter 30 kann über eine Kühlvorrichtung 32 gekühlt werden.

Der zur Desorption des Kohlendioxids benötigte Wasserdampf wird im Heizer 28 durch Wasserverdampfung aus der Alkazidlauge erzeugt. Er strömt durch ein Rohr 33 in die Kolonne 20 der Desorptionseinheit, passiert die Kolonnen 19 bis 12 und verläßt die letzte Kolonne mit CO₁. beladen durch eine Leitung 3<*. Für das bereits im Wärmeaustauscher 21 desorbierte COj ist eine Leitung 35 vorgesehen. Selbstverständlich kanu an Stelle des Heizers 28 auch ein Dampferzeuger eingesetzt werden, der einen überhitzten Wasserdampf für die Desorption liefert.

Fig. 2 ..eigt den Schnitt ΙΙ-Π durch die Absorptionseinhei! 1, wobei nur die Kolonnen 3 und 4 wiedergegeben sind. Die Eintrittsöff-iung des Rohgases ist hier wieder mit der Be/ugszilTer 22 bezeichnet. Aus der Figur ist zu ersehen, wie der Roligasstrom nach ('em Passieren einer jeden Kolonne durch Umlenkkanälc 36 in den Boden der nächsten Kolonne weitergeführt wird.

Fig. 3 zeigt den Schnitt I11-I1I durch die Kolonne IO und il der Absorptionseinheit 1. Die regenerierte, gekühlte Alkazidlauge tritt wiederum bei 24 von unten in die Kolonne 11 ein und wird vom Gas über die Kolonnenböden zum Kopf der Kolonne transportiert. Die Zuleituni! zur nächsten Kolonne erfolut

jeweils über Umlenkkanälc 37 an den Seilen der Kolonnen.

Das gereinigte Gas, hier also WasserslolT. wird am Kopf der Kolonnen Il bis 23 abgeführt. Die Kolonnenboden sind in Fig. 2 und 3 schematised wiedergegeben und mit der BezugszilTer 38 bezeichnet.

F^rig. 4 zeigt den Schnitt IV-IV durch die in F-"ig. 2 wiedergcgcbenen Kolonnen der Absorptionseinheit 1 und Fiμ. 5 den Schnitt V-V durch die in Fig. 3 wiedcrgcgebmen Kolonnen 10 und II. Die Bezugszilfern sind hierbei die gleichen wie die in den F'ig. 2 und 3. Die Höhe der in dein Heispiel eingesetzten Kolonnen I 'Ug jeweils 50cm und deren Bodenzahl 13. Jeder Hoden halte eine Dicke von etwa 1,3 cm und einen Hodendurchmesser von 5 cm. F)ic DurehtrittsöfFnungen zeigten einen I'orcnradius von 0,5 mm, wobei auf I cm- Bodcniläehe etwa 40 Durchtritlsüirnungen entfielen.

Fig. ft zeigt einen Ausschnitt aus einer Kolonne mit drei Hoden 41 bis 43. Die Böden bestehen aus hochporösem. olTenporigem Material und sind mit Durchlrillsölfiuingcn 44 verseilen. Die Durchtiittsölfuungen 44 selbst sind dabei von lioehporösem Material 45 umgeben. Die Kolonnenwand ist mit 4ft bezeichnet. Gas und Flüssigkeit treten, wie bereits die Fig. 2 und 3 zeigen, von unten, also in Richtung des !'feiles 47. in die Kolonne ein. Wie bereits erläutert, wird die Flüssigkeit vom Gas mitgerissen und tritt mit dem Gas durch die DurchtritlsölFnuiigen 44 hindurch. Oberhalb jedes Hodens bildet sich dabei

ίο eine llüssigkeitsschicht 48 und unterhalb jedes Hodens ein Gaspolster 49 aus. Das durch die DurchtriltsölFiuiiigen 44 hinduichtretende Gas steigt durch die Flüssigkeitsschiehlen 48 in Form von Gashlasen 50 auf und iciUl beim Durchtritt durch die Oberfläche iler Flüssigkeitssehicht 48 Flüssigkeit zum nächsten Hoden mit. Die dabei auftretenden Flüssigkeitssprit/er sind in F-"i g. Ci schematised dargestellt und mit 51 bezeichnet.

Fig. 7 zeigt vergrößert den Ausschnitt 52 aus Fig. ft. wobei gleiche Teile mit den gleichen HczugszilFcm bezeichnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 80S 623 Patentansprüche: enthält poröse Elemente ohne kapillaraktive Wirksamkeit in Form von Füllkörpcrn, die als Schüttböden Verwendunc finden. Aus Ind. EngngrChem. 41 (1949), Seiten 1540/43. ist es weiterhin bekannt, daß Kolonnen mit Siebböden wegen des hohen Flüssigkeitsstandes zur Absorption von COj aus Erdgas durch 4()prozentige Kalilauge wirksamer sind als Glockenbojen. Es hat sich gezeigt, daß die bekannten Verfahren

1. Vorrichtung zur Absorption von Gasen oder
von Komponenten von Gasgemischen aus kleinen
Rohgasmengen mittels Flüssigkeiten, insbesondere zur Reinigung von gasförmigen Reaktanten
für Brennstoffbatterien, aus wenigstens einer Kolonne mit Böden aus porösem Material, dadurch gekennzeichnet, daß die B<^;den io und Vorrichtungen zur Absorption von Gasen aus aus hochporösem, olfenporigem, gesintertem und kleinen Rohgasmengen nicht geeignet sind. Dies trifft mit DurchtrittsölTnunßen versehenem Material vor allem auf Brennstoftzellenbattericsysteme 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 gereini,°.t werden müssen. Auf vielen Anwenausüben, daß ein Teil der Flüssigkeit in den dungsgebieten, beispielsweise Elektrotraktion, ist es

erwünscht, daß die Reinigungsanlagen ein sehr kleines Bauvolumen haben. Außerdem sollen die Reinigungsanlagen 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

gewährleisten. Weiterhin soll das Lösungsmittel zeitlich unbegrenzt verwendbar sein, was den Einbau weiterer Vorrichtungen zur Desorption des aufge-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch ge- 25 nommenen Gas-s erforderlich macht. Auch daraus kennzeichnet, daß zusätzlich wenigstens eine mit ergeben sich bezüglich der Einhaltung eines sehr

kleinen Bauvolumens erhebliche Schwierigkeiten.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bei der Absorption von Gasen oder von Komponenten von Gasgemischen aus kleinen Rohgasmengen mittels Flüssigkeiten aufgezeigten Schwierigkeiten, insbesondere bei der Reinigung von gasförmigen Reaktanten für Brennstoffballerien, zu beseitigen.

Dies wird dadurch erreicht, daß bei einer Vor-35 richtung aus wenigstens einer Kolonne mit Böden aus porösem Material erfindungsgemäß die Böden aus hochporösem, ofTenporigem, gesintertem und mit Durchtrittsöffnungen versehenem Material bestehen, wobei das Porenvolumen der Böden mindestens Vorrichtung iur ₄₀ 50 Volumenprozent beträgt und die Poren Kapillarkräfte auf die Flüssigkeit derart ausüben, daß ein Teil der Flüssigkeit in den Böden festgehalten wird, laß das Verhältnis des Durchmessers einer Durchtrittsöffnung zur Bodendicke 0,03 bis 0,3 beträgt und

Böden festgehalten \..:d, daß das Verhältnis des Durchmessers einer Durchtrittsöffnung zur Bodendicke 0,0j bis 0,3 beträgt und das Verhältnis von

Flüssigkeit innerhalb jeder Kolonne im Gleichstrom vom Kolonn:nsumpf zum Kolonnenkopf geführt sind.

der oder den Absorptionskolonnen verbundene Desorptionskolonne vorgesehen ist, welche die gleichen B'iden enthält wie die Absorptionskolonne.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, uaß zwischen Absorptions- und Desorpti inskolonnen ein Wärmetauscher angeordnet ist.

Die Erfindung betrilft eine

Absorption von Gasen oder von Komponenten von
Gasgemischen aus kleinen Rohgasmengen mittels
Flüssigkeiten, insbesondere zur Reinigung von gasförmigen Reaktanten für Brenn.stofTbatterien, aus ^ . „ wenigstens einer Kolonne mit Böden aus porösem 45 das Verhältnis von Bodendicke zu Bodendiirchmesser Material. jrößer als 0,1 ist und daß das Gas oder Gasgemisch

Die Absorption von Gasen durch Flüssigkeiten erfolgt gewöhnlich in der Weise, daß das Rohgas in
einen ein Lösungsmittel enthaltenden Behälter geleitet wird, der mit Vorrichtungen zur Zerteilung und 50
Mischung der beiden Phasen verseilen ist Je nach
dem Anteil der zu entfernenden Gaskomponente sown eieren Löslichkeit im Lösungsmittel erfolgt hierbei die Absorption kontinuierlich oder diskontinuierlich, wobei bei der kontinuierlichen Verfahrensweise 55 neu kann vorteilhaft ein Wärmetauscher angeordnet das Rohgas stets mit frischem Lösungsmittel zusam- sein.

mentrifft. Bei der diskontinuierlichen Absorption wird Die Kolonnenböden bestehen erfmdungsgemäii aus

solchem Material, das· vorwiegend ofTenporig ist, beispielsweise aus gesintertem Magnesium-Aluminium-Silikat. Das hat zur Folge, daß ein Teil der als Absorptionsmittel vorgesehenen Flüssigkeit von dem Porenmaterial aufgenommen wird. Das Porenvolumen beträgt mindestens 50 Volumenprozent. Durch die besondere Struktur wird erreicht, daß ein Teil der

rungbringen von Gasen und Flüssigkeiten bekannt, 65 Flüssigkeit auf Grund der Kapillarkräfte innerhalb der die im Gegcnstromprinzip arbeitet, wobei das Gas Böden gebunden wird und eine Verkleinerung der von unten nach oben strömt, während die Flüssig- Austauschfläche auch bei Lageänderungen nicht einkeit von oben nach unten fließt. Die Vorrichtung tritt.

und die Flüssigkeit innerhalb jeder Kolonne im Gleichstrom vom Kolonnensumpf zum Kolonnenkopf geführt sind.

Vorteilhaft kann zusätzlich wenigstens eine mit der oder den Absorptionskolonnen verbundene Dcsorptionskolonne vorgesehen sein, welche die gleichen Böden enthält wie die Absorptionskolonne.

Zwischen den Absorptions- und Dcsorptionskolon-

n option ird hingegen das Lösungsmittel so lange mit Rohgas vermischt, bis es gesättigt ist, d. h. weitere Gasmengen nicht mehr aufnimmt.

Es ist bereits bekannt, zur Absorption von Gasen mittels Flüssigkeiten Füllkörpcrsäulen oder Bodenkolonnen einzusetzen. Aus der britischen Patentschrift 1097 473 ist eine Vorrichtung zum Inberüh-