DE2350114A1 - Verfahren zum zerlegen eines aus wasserdampf, kohlenwasserstoffen und luft bestehenden gasgemisches - Google Patents

Verfahren zum zerlegen eines aus wasserdampf, kohlenwasserstoffen und luft bestehenden gasgemisches

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DE2350114A1
DE2350114A1 DE19732350114 DE2350114A DE2350114A1 DE 2350114 A1 DE2350114 A1 DE 2350114A1 DE 19732350114 DE19732350114 DE 19732350114 DE 2350114 A DE2350114 A DE 2350114A DE 2350114 A1 DE2350114 A1 DE 2350114A1
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
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    • B01D—SEPARATION
    • B01D5/00—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation
    • B01D5/0033—Other features
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    • B01D5/0033—Other features
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D5/00—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation
    • B01D5/0078—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation characterised by auxiliary systems or arrangements
    • B01D5/0081—Feeding the steam or the vapours
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D5/00—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation
    • B01D5/0078—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation characterised by auxiliary systems or arrangements
    • B01D5/0087—Recirculating of the cooling medium

Description

LiNUE AKTIENGESELLSCHAFT
23501H
(H 771) H_73ZZ5
La/Kr
4.10.1973
Verfahren zum Zerlegen eines aus Wasserdampf .p Kohlenwasserstoffen und Luft bestehenden Gasgemisches
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zvm Abtrennen der höher als Luft siedanden Komponenten aus ein©m au® Viasser-" dampf s, Kohlenwasserstoffen und Luft bestehenden. Gasgemisch^ wobei die Kohlenwasserstoffe und ein Teil des Wasserdampfes in einem gekühlten Wärmaaustauseher auskondensiert und der Rest des Wasserdampfes an der-Außenfläche eines separaten Querschnitts ρ in dem die gereinigt© Restgasfraktion wieder angewärmt wird, ausg®fror©n warden und wobei in g<sitlieh@n Abständen eine Regeneriezmng de® Märmsaustausohers erfolgt0
509817/00 57
LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
. *. 23501H
Es ist bereits ein Verfahren zur Rückgewinnung von Benzin und Wasser aus einem Benzin, Wasserdampf und Luft enthaltenden Gasgemisch bekannt geworden, bei dem das Gasgemisch im Außenraum eines gekühlten Rüoklaufkondensators
' einer partiellen Kondansation unterzogen wird« Das inner-
j halb des Rücklauf kondensator hochsteigende Gasgemisch durchströmt im wesentlichen drei Temperaturbereiche, nämlich ©Inen ersten Bereich j, in dem in erster Linie Wasserdampf und wenige Kohlem-iasserstoffe aus kondensier en, einen sv/eiten Bereich, in äem der grötte Tail des noch nicht kondensierten
!J Wasserdampf es ausfriert und weitere Kohlenwasserstoffe aus-
!. kondensieren und einen dritten* relativ kalten Bereich,
π in dem die. Restmenge der Kohlenwasserstoffe auskondensiert.
';Die im ersten und zweiten Bereich benötigte Kälte wird im wesentlichen durch kaltes» gereinigtes Produktgas aufgebracht,
■ welches in einem gesonderten Querschnitts In der sogenannten !Produktschlange, im Geganstrom zu dem einsiehenden Gasgemisch
■ wieder angewärmt wird, Di® Kälte für den dritten Bereich, also dam Kondensat ionsbereich der Kohlenwasserstoffe, dagegen,
wird vorwiegend durch ein in einem geschlossenen Kältekreis
ι
verflüssigtes Kältemittel zur Verfügung gestellt, welches
I in einem weiteren Querschnitt des Rücklaufkondensators, der
, sogenannten Kaltesohlange, der sich im wesentlichen nur , über den dritten Bereich erstreckt, im Wärmeaustausch mit
dem im Außenraum strömenden Gasgemisch verdampft wird. Das
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I BAD ORIGINAL
LIMOE AICTiENGESELLSCHAFT
r$a ~W~ 23501U
ausfrierende Wasser setzt sioh somit im wesentlichen auf ι der äußeren Oberfläche der Produktschlang® und nur im
I geringen Maße auf der äußeren Oberfläche der KMlteschlange : ab und führt nach einiger Zeit zu einer Verlegung des Rücklauf kondensat or s. Das Abtauen des EiSeS4, d.h„ die ; Regenerierung des Rücklaufkondensators, erfolgt bei diesem ! bekannten Verfahren dadurch, daß das am Ausgang des Kreis-· laufkompressors des Kältekreises anfallende heiße Kältemittel direkt in die- Kälteschlange eingespeist wird. Auf i diese Weise gelingt es zwar, die geringfügigen Eisab- : lagerungen auf der Kälteschlange relativ sohneil abzutauen, :' es dauert jedoch sehr lange, bis die zum Schmelzen des
]' Eises auf der Produktschlange erforderlich® Wärme von der Kälteschlange auf die Produktschlang® übertragen worden ist.
■ Das größte Hindernis stellt hierbei das zwischen beiden
I Schlangen ruhende Gas bzw. Luftpolster dar, da in diesem Polster die Wärmeübertragung im wesentlichen nur durch eine freie, unerzwungende Konvektion erfolgt. Es hat sich gezeigt, daß ein solcher Auftauvorgang für Anlagen mit einem Durchsatz von ca. 1000 Nnr/h Gas zwischen 4 und
i: Stunden dauert. Da während dieser Zeit die Anlage ihren eigentlichen Zweck nicht erfüllen kann, ist es erforderlich,
, das anfallende Gasgemisch in einem zusätzlichen, sehr
\. aufwendigen Gasometer zu speichern.
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LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
• V. "*" 23501U
Als weiterer Nachteil kommt hinzu, daß die Kälte, die in dem Eis gespeichert ist, verloren geht. Außerdem sind relativ große Wärmemengen für das Auftauen erforderlich, da eioh während des sehr langen Schmelzvorganges auch der teilweise recht dicke Mantel des Rückflußkondensators zwangsläufig miterwärmt. Die Wärme, die dabei in die großen Metallmassen strömt, 1st vielfach größer als die Wärme, die notwendig ist, um das Eis zu schmelzen.
Nach dem Auftauen tropft das Wasser von der Produktschlange herunter. Ein nioht zu vernachlässigender Rest wird Jedoch immer wegen der Oberflächenspannung des Wassers an der Außenfläche der Produktschlange in Form von Tropfen hängen bleiben und diese benetzen. Beim Anfahren bildet sich dann sofort wieder Eis und verschlechtert somit von vorneherein den Wärmeübergang.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zu entwickeln, das die Nachteil« des bekannten Verfahrens nicht enthält, sondern das einfaoh durchzuführen ist und nur einen geringen Energiebedarf aufweist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Regenerierung des Wärmeaustauschers durch kurzzeitiges Einleiten eines heißen Dampfstrocies in den Querschnitt durchgeführt wird·
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I.
.£\ -*- 23501U
Es hat sich gezeigt, daß durch das kuraz®itig® Einleiten eines heißen Dampfstromes„ eines sogemanton Dampfstoßes, in den Querschnitt für die Restgasfraktion Eis auf der äußeren Oberfläche des Querschnitts sofort in kleine Sttlcke zerspringt und von der Ofoorflache abfällt, wobei die Oberfläche vollständig trocken bleibte Aufgrund der großen Wärmeübergangssahl des auf der- Innenfläche das Querschnitts kondensierenden Dampfes, ©rwärmt sich der Querschnitt von innen her sehr schnell f, da wegen de©
! schlechten Wärmeleitvermögens des auf der Außenfläche haftenden Eises fast keine Märms in das Eis selbst ©indringt«, Das schnelle Erwärmen des metallischen Querschnitts ist aufgrund d@s"kubischen Wärmsausdehnungskoeffizient mit
I. einer raschen und relativ starken Ausdehnung verbunden,, die
su einer Sprengung der spröden Eisschicht führt. Da di© Bindungskräfte innerhalb der Eisschicht grö'ßsr sixid als ; die Bindungskräfte zwischen Eisschicht- und äußerer Ober-
j fläche des Querschnitts, platzt da® Eis ohn© Spuren zu
■ hinterlassen an der äußeren Oberfläche ab-.
Es ist in vielen Fällen gar nicht
daß die mittlere Querechnittsfc®mp3ratur bsim Reg©n@x"i©F©n über d©n Schmalzpunkt des Elsas angehoben wi^d. Di©s trifft j insbesondere dann zu, w@nn dar Produktionsprozeß zuvor bei sehr tiefen Temperaturen (ca. - 6O°C bis --800C)
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*t% ~*~ 23501H
abläuft und somit ein© ausreichende Temperaturspanne awiaohen normaler Produktionstemperatur und dem Schmelzpunkt des Elses vorliegt, in der sioh die relative Temperaturerhöhung des Querschnitts einstellen kann. Da einerseits das Eis überhaupt nioht geschmolzen su werden braucht und andererseits w©g@n, der erstaunliehen Kurs® d©r Regenerierung keine großen Nebanmassen ©ngow&rat werden, ist der Gesamtwärisebedarf relativ gerlsg und beträgt nur etwa 10 % des Energiebedarfs <ä©s bekannten ¥©rfahr@ns. Die Regenerierseiten verringern sieh bei dem erfindungagemäßen Verfahren auf wenige Minuten;
Ein großer Teil der KiIte kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sur-üekgewonnen werden, wann die bei der Regenerierung anfallenden Eisstüok® im unteren Bereich des Wärmeaustauschers, z»B. eines Rücklaufkondensators, aufgefangen werden und. der su reinigend© Gasstrom durch und/oder über dia Eisstüoke geleitet wird. Bei diesem Wärmeaustausch schmelzen die Eisbrooken und geben den größten T®il ihrer Kalt© an das einziehende Gasgemisch ab, wodurch dieses bereits vorgekllhlt wird.
Bei üblichen Umgebungsbedingungen hat das Oasgeraiseh ein© Temperatur von oa. ^O0C und eine relative Feuchtigkeit von oa. 50 - 60 #. Damit ist der Partlaldruck
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j; des Wasserdampfes im Gasgemisch aber wesentlich größer als ' der Wasserdampfdruck des höchstens O0C warnen Eises am Boden dee Rücklaufkondensators. Aus der herrschenden Teildruokdifferens heraus wird bereits in der Eissehüttung ein erheblicher Teil des mit dem ankommenden G&egemiaeh mitge- ! führten Wasserdampfes kondensiert und ausgeschieden. Somit Il ergibt sich als weiterer Vorteil, daß sieh von vorneherein ' weniger Wasser in Form von Eis innerhalb des Wärmeaus-
1 tauschers ablagern kann.
Es hat sioh gezeigt, daß die entstehenden Eis-Ij stücke, innerhalb des Rücklaufkondensators ungehindert naqh unten fallen können, wenn der minimale Abstand zwischen dem
'' Querschnitt für die Restgasfraktion und einem Querschnitt j ·
Ϊ für ein Kältemittel mindestens so groß 1st, wie etwa der j1
jl 1*5 - 2-fache Durchmesser des Querschnitts für die Res t gas-I fraktion.
|l Das in dem Querschnitt nach dem Dampfstoß ver-
; bleibende kondensierte Wasser wird, während die Rohrwandung
. noch warm ist, nach dem Umschalten vom Abgas bzw. vom i Produktgas herausgeblasen. Verbleibende Restfeuchtigkeit
! wird ebenfalls vom Produktgas entfernt, da dieses nach
Durchströmen des kalten Außenraumes des RUcklaufkondensators j1 in jedem Falle ausreichend trocken ist. Selbst im Inneren
ι der Rohrschlange gegebenenfalls entstehende Eispartikel j, werden auf diese Weise mit der Zeit entfernt.
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Da die Regenerierzeit gemäß dem Verfahren nur einige Minuten beträgt, ist es von Vorteil, wenn während dieser Zeit die Kälteanlage nicht ausgeschaltet, d.h. der Rücklaufkondensator weiter gekühlt wird. Die Kälteverlusta, die sich dadurch ergeben, daß das am Kopf des Rücklaufkondensators anfallende, gereinigte Oas, nunmehr kalt in die Atmosphäre abgegeben wird, fallen wegen der Kürze der Regenerierteit nicht ins Gewicht und sind wesentlich billiger als die Anordnung eines zusätzlichen Gasometers.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders vorteilhaft zur Rückgewinnung des Benzins aus einem Banzin-Luftgemlsoh, welches aufgrund der Luftfeuchtigkeit zusätzlich noch rait Wasserdampf angereichert ist, oder zur Rückgewinnung von Lösungsmitteln aus einem aus Lösungsmittel, Wasserdampf und Luft bestehenden Gasgemisch.
Konstruktiv besonders einfach läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren durchführen, wenn die Abkühlung des Gasgemisches in einem Rücklaufkondensator erfolgt, wobei die Kälte durch ein in einer oder mehreren Kälteschlangen verdampfendes Kältemittel zur Verfügung gestellt wird und die Anwärmung der gereinigten Restgasfraktion in einer oder mehreren Produktsanlangen erfolgt.
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Weit®re Erläuterungen der Erfindung sind d©m in Figur schematisch dargestellten Ausführung®bsi®ρiel zu entnehmen«
11 GeraMß der Figur wird ©in zu behandelndes
j! Benzin-Luftgemisch,, das aufgrund der vorherrschenden i! Luftfeuchtigkeit auch mit Wasserdampf angereichert ist B '! über Leitung 1 der Anlage zugeführt und im Kompressor 2 ;' auf geringen Überdruck verdichtet s üb©y die Leltungon 5 und k strömt das Gssgemisjeh in den RuoklaufkoHaenoat©^ 5a in dem ©s einer kontinuierlichen Abkühlung untersoggn wird. Im Zuge dieser Abkühlung kondensiert fsunlchst ein Teil des Wasserdampf©s auSj, der über di® Leifcungsn k und 6 in das SammslgGfSß 7 fliegtο Das nioht auskondensierfeG Wasser lagert sieh bei einer tieferen TQiap^rattir als Eis 8 auf dar Auß®nflüeh© d®r fr©dykfcs©hl©ng© 9 s-bo Im ob@renfl doh«, kälteston B©r©ich des || kondensieren vorwiegend di@
jj Bensinj aus und fließen ebenfalls in das
!: Die am Kopf d©r Säule anfallQn<3®fl nunm@hr von höhers i©dend@n B©standteilen b©fx°©it<s über Leitung 1O5 das geöffnet© Ventil 11 und die Leitung 12_ in die Produktsohl©nge 9 eing©sp©istD im Mrs^austausch' j j mit dam im AußQnraua 13 des Rücklauf kondensator© auf- i steigenden Gasgerais©h angewärmt imd ©©hllQßliöh' Π L®itung©n 14 und 15 sowl© dae g©öffn©to ¥©atil Io
j-' der Anlag© g©drü©kto
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AKTIENGESELLSCHAFT
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Di@ la RUoklaufkondensator 5 erforderliohe Kälte wird durch ein© Im geschlossenen Kältekreis 17 geführtes Kältemittel, ZoB0 R 22^ gur Verfügung gestellt, welches in der Kältastation 18 ¥©rflüssigt und in der KEltasehlange 19 des Rücklaufkond®nsators 5.verdampft wirdo Da der größte Kältebedarf im oberen Bereich des Rücklauf kondarysators s in dem dar gi^ßt® Teil der Kohlenwasserstoff© aus kondensiert j; vorliegt ρ' befindet sieh d@r größte Teil der Kälteüber- :i tragungsflEehQß t€l® durch di© (Schlange 20 angedeutet 9 im ©b©r@n BaFSiali dos Rücklaufkondensatorso Di© Gesarataustausohfläoh© der Kaltesohlang© selbst beträgt nur 10 - 20 c/o der Austausühflloh® der Produktsehlang© 9ß da der Wärmeübergang "worn in der KMlteschlange 19* wid hier besonders im Bereich 2O3 verdampfenden Kältemittel wesentlich besser isfc als der iffessübaFgaag ^on dsr in d©F Produktschlange strSaiendeiif, ?j@ifcg©hond gereinigten Luft«. Diese Auslegung führt dazu, daß das baira Abkühlen d®s 3inzi©henden Gases ansfrierende Wassor sish vorwiegend auf der Außenseite Produkts©hlasig© absetzt 0
- Sobald diese Eisschicht eine nioht mehr tolerierbare Di@ke erroishfe hat ρ erfolgt öiQ Regenerierung des Rücklauf-Iso-adensatQFiSο His^gw ii©pd©n di© V©ntil© 16 und 11 geschlossen
j und dl© Vastile 2I13 22 und 29 ggöffaeto Aus dem Dampf behälter
2J3.D in ä@si Ifasssp iiiifefe©!® der Hoisimg 2k verdampft
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1 wird nunmehr ein'kurzzeitiger heißer Dampfstoß ütosr das ge- ]. öffnete Ventil 21 und die Leitung 14 in di© Produktsohlang© J 9 geschickt, der aufgrund des guten Wärm©loitwiraa*g©ns
j der metallischen Produktschlange 9 und des gchl@eht®n· !Wärmeleitvermögens des Eises 8 zu einer schnellen Anwärmung der Produktschlange und aufgrund des relativ
i großen thermischen Ausdehungskoeffizlenten &u einer starken Ausdehnung der Produktechlange führt» Hierdurch wird die
; spröde Eisschicht 8, die nur eine Festigkeit von etwa
i1 P
i.r 10 kp/cm besitzt, an vielen Stellen aufgesprengt= Da die
'i\ Bindungskrafte innerhalb der Eisschicht größer sind als ,'■ die Bindungs kraft e zwischen Eisschicht ynd äußerer Oberp fläche der Produktschlange 9* platzt das Eis ohne Spuren
Ij zu hinterlassen ab und fällt in Form einzelner Stücke ■■ innerhalb des. Außenraumes 12 des Rücklauf kondensators ! nach unten. Im unteren Bereich des Rücklaufkondensators werden die Eisbrocken 25 mittels einer mit öffnungen ver-
; sehenen Auffangvorrichtung 26 aufgefangen und im direkten i Wärmeaustausch mit warmem, über die Leitung 5 und k eini; ziehendem Gasgemisch geschmolzen.
Nach Beendigung des Regeneriervorganges", der
,! in der Regel nur wenige Minuten dauert, wird wieder auf !,Normalbetrieb umgeschaltet, d.h. die Ventile 21, 22 und ; werden geschlossen und die Ventile 16 und 11 geöffnet.
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LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
- W-
Die nunmehr wieder über die Leitungen, 10, 27 und 12 in die Produktschlange 9 einziehende, gereinigte, kalte und trockene Luft aus dem oberen Bereich des Rücklaufkondensators treibt den während des Regenerierens in der Produktschlange kondensierten Wasserdampf aus und trocknet das Innere der Produktschlange vollständig.
Es hat sich gezeigt, daß während des Regenerierens der Betrieb.des RUoklaufkondensators aufrecht gehalten werden kann, wobei in diesem Falle jedoch die gereinigte Luft in kaltem Zustand über die Leitungen 10 und 28 sowie das geöffnete Ventil 29, direkt in die Atmosphäre abgeblasen wird.
Das im Sammelgefäß 7 anfallende Gemisch aus Wasser und Kohlenwasserstoffen wird einer Wasserabtrennungsvorrichtung 30 zugeführt, aus der das Wasser über Leitung
31 und die zurückgewonnen Kohlenwasserstoffe über Leitung
32 abgezogen werden.
7 Patentansprüche
1 Blatt Zeichnungen
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ji ·/.

Claims (1)

  1. LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
    |l (H 771) H 73/75
    ii La/Kr
    ' 4.10.1973
    Patentans prüche
    1. Verfahren zum Abtrennen der höher als Luft siedenden Komponenten aus einem aus Wasserdampf, Kohlenwasserstoffen und Luft bestehenden Gasgemisch, wobei die Kohlenwasserstoffe und ein Teil des Wasserdampfes in einem gekühlten Wärmeaustauscher auskondensieren und der Rest des Wasser dampf es' an der Außenfläche eines separaten Querschnitts, in dem die gereinigte Restgasfraktion wieder angewärmt wird, ausgefroren werden und wobei in zeitlichen Abständen eine Regenerierung des Wärmeaustauschers erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Regenerierung des Wärmeaustauschers durch kurzzeitiges Einleiten eines heißen Dampfstromes in den Querschnitt durchgeführt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das beim Regenerieren anfallende Eis im unteren Bereich des Wärmeaustauschers aufgefangen wird und daß das Gasgemisch durch und/oder über das Eis geleitet wird.
    509817/0057
    LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
    23501U
    . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet» daß die Erhitzung des Querschnitts auf eine mittlere Temperatur erfolgt, die unter der Schmelztemperatur des Eises liegt.
    4, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - J5# dadurch gekennzeichnet« daß die innere Trocknung des Querschnitts durch die gereinigte Restfraktion vorgenommen wird.
    5· Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Wärmeaustauschers der Abstand zwischen dem Querschnitt für die Restgasfraktion und einem weiteren Querschnitt für ein Kältemittel mindestens 1,5 nal so groß gehalten wird wie der Durohmesser des Querschnitts für die Restgasfraktion.
    6. Verfahren naoh einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß während der Zeit des , Regenerieren die Kühlung des Wärmeaustauschers mittels in einem weiteren Querschnitt verdampfendem Kältemittel aufrechterhalten wird«
    7· Verfahren naoh einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß während des Regeneriervorganges die Restgasfraktion in kaltem Zustand aus der Anlage abgezogen wird.
    509817/0057
DE19732350114 1973-07-20 1973-10-05 Verfahren zum zerlegen eines aus wasserdampf, kohlenwasserstoffen und luft bestehenden gasgemisches Pending DE2350114A1 (de)

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