DE226942C

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Publication number: DE226942C
Application number: DENDAT226942D
Authority: DE
Priority date: 1931-11-18
Also published as: US2048656A

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 226942 KLASSE 12/. GRUPPE'34:

Dr. E. A. BEHRENS und Dr. JOH. BEHRENS

in BREMEN.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, Kohlensäure mittels Druckverflüssigung unter starker Abkühlung aus Kohlensäure enthaltenden Gasgemischen abzuscheiden, und zwar unter Zuhilfenahme von Spiritus oder anderen kohlensäurelösenden Flüssigkeiten.

Die Lösung des Problems einer Kohlensäuregewinnung mittels Druckverflüssigung, deren Möglichkeit theoretisch ohne weiteres einleuchtet, ist praktisch mit solchen Schwierigkeiten verbunden, daß ein hierauf basiertes industrielles Verfahren bis zum heutigen Tage noch von keiner anderen Seite hat durchgeführt werden können. Es ist zwar besonders seit dem Bekanntwerden der industriellen Luftverflüssigungsmethoden naheliegend, das gleiche Prinzip auch auf die Gewinnung von Kohlensäure anzuwenden und somit das alte unbequeme chemische Laugenverfahren durch ein einfaches mechanisches Verfahren zu ersetzen, und die Patentliteratur zeigt, daß es in dieser Beziehung auch nicht an Anregungen gefehlt hat, aber praktisch ist doch nichts erreicht worden. Bereits 1895 wurde in der englischen Pa ten tschrift 8374 vorgeschlagen, das komprimierte Gasgemisch in einer Kondensatorschlange abzukühlen, welche unmittelbar der Einwirkung des expandierenden, nicht mit verflüssigten Restes des Gasgemisches ausgesetzt werden sollte. Schon bei der theoretischen Betrachtung dieses Vorschlages sind jedoch Bedenken gegen das Verfahren zu erheben, denn es handelt sich nicht allein darum, das komprimierte Gasgemisch stark zu kühlen, sondern man muß auch die bei der Verflüssigung der Kohlensäure frei werdende latente Wärme abführen. Da man nun aber durch die Expansion des nicht kondensierten Restes des Gasgemisches keine größere Wirkung erreichen kann, als die Abkühlung (d. h. die Entziehung der spezifischen Wärme) des an Menge ihm annähernd gleichen komprimierten Gasgemisches, so hätte die latente Wärme der Kohlensäure durch eine besondere Kühlvorrichtung beseitigt werden müssen. Oder aber der Kompressionsdruck mußte unverhältnismäßig hoch gewählt werden, um durch die verstärkte Ausdehnung der restlichen Gase die fehlenden Minuskalorien zu beschaffen; dieser Ausweg ist aber konstruktiv nicht leicht durchzuführen. Außerdem ist noch eine direkte Betriebsschwierigkeit vorhanden. Es ist eine durch Erfahrung bewiesene Tatsache, daß aus dem übrigbleibenden Gasgemisch, in welchem sich der nicht mit verdichtete Rest der Kohlensäure bei einer Temperatur von — 65 ° im Sättigungszustand befindet, selbst bei einer ganz geringen Expansion ein Teil dieser Kohlensäure sich in festem Zustande abscheidet, wenn man das kalte Gas von dem höheren auf niedrigeren Druck expandieren läßt. Besonders entzieht an der Drosselungsstelle, welche die Grenze zwischen dem hoch komprimierten und dem expandierenden Gas bildet, das letztere dem ersteren Wärme und gibt dadurch Veranlassung zum Ausfällen von Kohlensäureschnee. Die Folge ist dann eine Verstopfung der Rohre und Ventile.

Dieser Übelstand sollte nach der späteren englischen Patentschrift 11902 v. J. 1906 nicht nur umgangen, sondern sogar unmittelbar zur Gewinnung der Kohlensäure mit herangezogen werden in der Weise, daß das komprimierte

kalte Gasgemisch einer partiellen Druckreduktion unterworfen wurde, indem man es beim Eintritt in einen größeren geschlossenen Behälter bis zu einem gewissen Grade expandieren ließ. Demgemäß mußte das Drosselungsventil des Zuführungsrohres sich innerhalb dieses {Behälters befinden und von außen zu regulieren .sein. Der Zweck dieser Konstruktion bestand darin, die nach dem Austritt aus dem Zuführungsrohr

ίο expandierende, aber ' immerhin ^; noch. ·. unter hohem Druck stehende Kohlensäure als Schnee¹-abzuscheiden, der sich in dem genannten größeren Gefäß sammeln sollte. Der Rest der kalten' Gase sollte zur.Vorkühlung des komprimierten Gasgemisches im Zuführungsrohr, ausgenutzt werden. Es ist klar, daß dies Verfahren ebenso wie das vorhin erwähnte keine Ausbeute liefern konnte, denn die Ableitung der gesammten, beim Übergang der Kohlensäure vom gasförmigen durch den flüssigen zum festen Zustande frei werdenden latenten Wärme und ferner die zur. .Vorkühlung . der komprimierten Gase er- . forderlichen Minuskalorien fielen ausschließlich der Expansionskälte des restlichen " Gasgemisches zur Last, so daß große Gasmengen expandieren -mußten, um verhältnismäßig wenig Kohlensäure abzuscheiden.

Nach vorstehendem waren es besonders zwei Probleme; die zu lösen waren: Die Abkühlung der Gase (Ableitung der ■ spezifischen Wärme) und die Vermeidung von Verstopfungen durch Kohlensäureschnee.

Als Kältequelle kommt hier in erster Linie natürlich die Expansion des restlichen Gasgemisches in Frage. Da diese aber, wie oben näher ausgeführt, nicht ausreichen kann, so muß noch eine zweite Kältequelle eingeschaltet werden. Hierzu eignet sich am besten eine Kühl-

: maschine, wie sie in den Eisfabriken gebräuchlieh ist.

Hinsichtlich der Anordnung der beiden Kältequellen sind zwei Fälle denkbar: Entweder-Arbeitsteilung, d. h. die eine besorgt die Vorkühlung und die andere die Entziehung der latenten Wärme, oder die Leistungen der beiden Kältequellen werden durch ein zirkulierendes flüssiges Medium gesammelt und so auf die Kondensatorschlange übertragen, in welcher Abkühlung und Verflüssigung gleichzeitig erfolgen. Der letztere Fall ist konstruktiv der einfachere.

■In der Zeichnung ist nun ein solches Zirkulationssystem dargestellt; hierbei ist auch ein Weg angegeben, um die in dem komprimierten restlichen Gasgemisch aufgespeicherte mechanische Energie als lebendige Kraft zurückzugewinnen, indem man nämlich das Gas in einer Turbine expandieren läßt. Denn unter Druck

, . stehende Luft vermag bekanntlich bei der Ausdehnung dieselbe Arbeit zu leisten, welche zu ihrer Verdichtung erforderlich war. Außerdem ist auf dieser Zeichnung das von den Erfindern angewandte Mittel veranschaulicht, um auch das zweite Problem, die Vermeidung von Verstopfungen durch Kohlensäureschnee, zu lösen.

Das Prinzip der dem zuletzt genannten Zweck dienenden Arbeitsweise besteht darin, die übriggebliebene Kohlensäure aus dem restlichen Gasgemisch vor dessen Expansion in der Turbine durch Absorption mittels sehr kaltem Spiritus unter dem dann noch vorhandenen hohen Druck • zu. entfernen; der schließlich übrigbleibende Stickstoff soll dabei gemeinschaftlich mit der Kühlmaschine durch seine Expansionskälte nach dem Passieren der Turbine (außer dem Kohlensäurekondensator) diesen Lösungsspiritus abkühlen. Die Wiederabspaltung der im Spiritus gelösten Kohlensäure als Gas geschieht dann einfach durch Druckverminderung.

Der Vorkompressor α saugt durch das Rohr b das kohlensäurehaltige Gasgemisch an, komprimiert es bis zu einem gewissen Grade und führt es so dem (auf der Skizze nicht mit dargestellten) Verbundkompressor zu, welcher die weitere Verdichtung bis zu dem gewünschten Druck besorgt. In diesem Zustande gelangt das Gas in die Kondensationsschlange, c, welche sich in dem mit Kühlspiritus von —65⁰C. gefüllten Behälter d befindet. Hier scheidet sich ein Teil der Kohlensäure flüssig ab und kann unten aus dem Scheidekörper e abgezogen werden. Das übrige Gasgemisch aber geht weiter durch das Rückschlagventil f und das Gehäuse des' Schwimmkugelventils g in den Absorptionsapparat. Dieser besteht aus den beiden kon- zentrischen Zjdindern h und i, von denen i im Innern die Schnecke k trägt und den kalten Absorptionsspiritus enthält. Der Zwischenraum zwischen h und i dient in später beschriebener Weise als Kühlmantel. Das Gasgemisch tritt also unten in i ein, windet sich durch die Gänge der Schnecke k nach oben und gelangt, nachdem es so den größten Teil seines Kohlensäuregehaltes an den Spiritus abgegeben hat, durch das Rohl I in den Kasten m, in welchem Querwände für die Zurückhaltung von mechanisch mitgerissenem Spiritus angeordnet sind. Der nicht mit absorbierte Rest des Gasgemisches wird von hier aus der Turbine η zugeführt, um die als Spannungsenergie in ihm enthaltene Kornpressionskraft als lebendige ■ Kraft wieder zu gewinnen, welche dann zweckmäßig auf den ■Vorkompressor α übertragen wird. Durch die Expansion in der Turbine findet aber eine außerordentlich starke Abkühlung der Gase ■statt, und diese Kälte wird nun in der Weise nutzbar gemacht, daß die Gase durch die Schlange 0 geführt werden, welche in dem Kühlmantel liegt, der durch den Zwischenraum der beiden konzentrischen Zylinder h und i gebildet wird. Die Übertragung der Kälte von der Schlange 0 auf den Absorptionsspiritus im

Zylinder i geschieht durch den Kühlspiritus, mit [ welchem der Kühlmantel gefüllt ist. Unter- j stützt wird die Kältewirkung der expandierenden Gase noch durch das ebenfalls im Kühlmantel gelegene Rohrsystem p der kleinen Ammoniakkühlmaschine q. Der Kühlspiritus im Behälter d und der Kühlspiritus im Kühlmantel kommunizieren in der Weise, daß die Pumpe r den kalten Spiritus unten aus dem

ίο Kühlmantel absaugt und unten in den Behälter d hineindrückt. In dem letzteren aufsteigend, nimmt er aus der Kondensationsschlange c etwas Wärme auf und fließt oben wieder zu dem genannten Kühlmantel hinüber, um von neuem abgekühlt zu werden, so daß der Kühlspiritus einen permanenten Kreislauf beschreibt. Die Zirkulation des Absorptionsspiritus geschieht natürlich nach dem Gegenstromprinzip, und zwar in der Weise, daß er oben aus dem Kasten m durch die Windungen der Schnecke k dem aufsteigenden komprimierten Gasgemisch entgegenfließt, sich hierbei mit Kohlensäure sättigt und dann durch das Schwimmkugelventil g und das Drosselventil s unten in den mit Spiritus gefüllten Entlastungsbehälter t eintritt, welcher unter atmosphärischem Druck steht. Das Schwimmkugelventil g ist erforderlich, weil in seinem Gehäuse die Mischung der komprimierten Gase mit dem herunterkommenden Absorptionsspiritus geschieht und es daher gelegentlich vorkommen könnte, daß sich das ganze Gehäuse mit dem komprimierten Gas füllt und dieses dann auch in den Entlastungsbehälter t dringt. In einem solchen Falle aber soll die Schwimmkugel sinken und dadurch die untere Ausgangsöffnung des Gehäuses absperren. Im Innern des Entlastungsbehälters t befindet sich der siebartig durchlöcherte Zwischenboden u, um das unter ihm aus dem Spiritus sich entwickelnde Kohlensäuregas auf den ganzen Querschnitt der Flüssigkeitssäule zu verteilen und dadurch die Bewegung der Flüssigkeit zu mäßigen. Aus dem Entlastungsbehälter t wird der regenerierte Spiritus durch die Pumpe 0 wieder nach oben in den Kasten m gepumpt, um seinen Kreislauf von neuem zu beginnen. Das im Entlastungsbehälter t abgeschiedene reine. Kohlensäuregas wird in das Rohr b geleitet, um das vom Vorkompressor α angesaugte kohlensäurehaltige Gasgemisch anzureichern, wodurch bewirkt wird, daß sich nachher in der Kondensationsschlange c ein um so größeres Quantum Kohlensäure flüssig abscheidet.

Es möge an dieser Stelle nicht unerwähnt bleiben, daß die Abscheidung von Kohlensäure aus Gasgemischen mittels Absorption in einer Flüssigkeit unter Druck und Kälte, wobei die Ausdehnungskälte des nicht absorbierten Gasrestes zur Kühlung des Lösungsmittels dient, in der britischen Patentschrift 7281 v. J. 1895 bereits angedeutet ist, und daß ferner bezüglich der Verwendung von Spiritus als Absorptionsmittel für Kohlensäure sich schon in der amerikanischen Patentschrift 586523 ein Hinweis findet. Es handelt sich in beiden Fällen um denselben Grundgedanken, nämlich um die Absorption der Kohlensäure aus dem Gasgemisch durch kaltes Wasser unter Druck, nur mit dem Unterschied, daß das ältere Patent sich auf Wasser beschränkt, das jüngere auch wässerige Lösungen in sich einbegreift. Aus diesem Sachverhalt ergibt sich, daß in beiden Fällen nur mit einer mäßigen Kälte gerechnet wird, während bei der vorliegenden Erfindung das kornprimierte Gasgemisch mit einer sehr tiefen Temperatur aus dem Kohlensäurekondensator kommt und in den Spiritus eintritt, so daß im Interesse einer leichten Beweglichkeit der Moleküle und der Vermeidung des Gefrierens auf eine hohe Konzentration des Spiritus Wert gelegt wird.

Der Vorteil dieses durch die Kombination von Druckverflüssigung und Druckabsorption gekennzeichneten Verfahrens ist die" im Vergleich mit den bisher bekannten Verfahren sehr hohe Ausbeute an Kohlensäure sowie die Einfachheit der Anlage und· des Fabrikationsganges.

Claims

Patent- Anspruch :

Verfahren zur Abscheidung von Kohlensäure aus solche enthaltenden Gasgemischen, gekennzeichnet durch eine dergestalt durchgeführte Kombination von Druckverflüssigung und Druckabsorption, daß das hochkomprimierte Gasgemisch zunächst, zwecks Verflüssigung eines Teiles der Kohlensäure, einer starken Kälte ausgesetzt und darauf mit einer Absorptionsflüssigkeit in Beruhrung gebracht wird, an welche es den Rest der Kohlensäure abgibt, der dann, durch Entlastung wieder abgespalten, als Gas zum Verdichter zurückkehrt, um in Gemeinschaft mit weiter angesaugten Mengen des Gasgemisches von neuem der starken Kälte ausgesetzt und flüssig abgeschieden zu werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.