DE2831564A1

DE2831564A1 - Gas-absorptionsverfahren

Info

Publication number: DE2831564A1
Application number: DE19782831564
Authority: DE
Inventors: Robert Stewart Eby; Michael Joe Stephenson
Original assignee: US Department of Energy
Current assignee: US Department of Energy
Priority date: 1977-07-18
Filing date: 1978-07-18
Publication date: 1979-02-01
Also published as: US4129425A; GB1583624A; JPS6117527B2; FR2397868A1; FR2397868B1; JPS5421962A; CA1090539A

Description

18. Juli 1978 78-R-3218

United States Department of Energy, Washington, D.C. 20545, V.St.A.

Gas-Absorptionsverfahren

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Gas-Absorptionsverfahren, d.h. Verfahren, bei denen eine Gasmischung mit einem flüssigen Absorptionsmittel (Lösungsmittel) in Kontakt gebracht wird, um vorzugsweise eine oder mehrere Komponenten der Mischung aufzulösen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf kontinuierliche Gas-Absorptionsverfahren, bei denen ein flüssigen Absorptionsmittel kontinuierlich durch ein System mit geschlossener Schleife zirkuliert und Gas-Absorptions-Gasdesorptions- und Absorptionsmittel-Regenerations-Zonen aufweist.

Die Erfindung ist beispielsweise auf Trennungen der Art anwendbar, wie sie im US-PS 3 762 133 vom 2. Oktober 1973 beschrieben ist. Das ebengenannten Patent beschreibt die Verwendung flüssiger Fluorkohlenwasserstoffe als bevorzugte Absorptionsmittel (Lösungsmittel) für ausgewählte Komponenten verschiedener Speisegasmischungen, wobei die ausgewählten Komponenten Xenon, Krypton, Sauerstoff, Jod, Methyljodid und die niedrigeren Oxide des Kohlenstoffs, Stickstoffs und Schwefels umfassen. Die typische Trennung erfolgt in einem geschlossenen System mit einer Vielzahl von in Serie geschalteten Säulen oder Kolonnen, durch welche das flüssige

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Absorptionsmittel kontinuierlich zirkuliert wird. Das System weist eine Absorptionskolonne, eine Fraktionierkolonne und eine Stripperkolonne auf, wobei die beiden letztgenannten Kolonnen an ihren oberen Enden mit zur Abgabe von desorbierten Gasen mit Kondensator enthaltenden Systemen ausgestattet sind, während sie an ihren unteren Enden Lösungsmittel-Rückkocher aufweisen. Der Flüssigkeits-Absorptionsmittelausfluß der Absorberkolonne wird normalerweise vor Einführung in die Fraktionierkolonne erhitzt. Typischerweise werden die drei Kolonnen bei merklich unterschiedlichen superatmosphärischen Drücken betrieben, und es sind demgemäß Druckreduzierventile in den Flüssigkeits-Strömungsleitungen zwischen den Kolonnen erforderlich. Der Druck in der Stripperkolonne ist wesentlich niedriger als der in der Absorberkolonne, so daß eine Pumpe mit hohem Druckverhältnis erforderlich ist, um das flüssige Lösungsmittel vom Stripper zum Absorber rückzuführen. Die Speisegasmischung wird in den Absorber eingeführt, wo sich die ausgewählte Komponente bevorzugt in dem flüssigen Absorptionsmittel auflöst, und wird im Absorptionsmittel zurückgehalten, wenn es durch die Fraktxoniervorrichtung und in den Stripper gelangt. Abhängig von seiner Löslichkeit relativ zu anderen im Absorptionsmittel aufgelösten Gasen wird die ausgewählte Komponente entweder im Stripper desorbiert und als ein Gas von dort abgezogen oder verbleibt in dem Flüssigkeits-Absorptionsmittelausfluß vom Stripper und wird darauffolgend daraus wiedergewonnen, wie beispielsweise durch Destillation.

Gas-Absorptionsverfahren der eben beschriebenen Art machen die Verwendung von Prozess-Systemen erforderlich, die nicht so kompakt, einfach und zuverlässige wie gewünscht sind. Dies liegt hauptsächlich an der Verwendung einer großen Anzahl von Systemkomponenten sowie von Steuersystemen dafür. Als ein spezielles Beispiel sei angegeben, daß die Fraktionierkolonne (unter anderem) folgendes erforderlich macht: Ein Druckreduzierventil in der Leitung, die flüssiges Absorptionsmittel vom Absorber zur Fraktionierkolonne leitet; ein System zur Erhitzung des Flusses in dieser Leitung auf eine ausgewählte Temperatur; eine Flash-Kammer in dieser Leitung; eine Differenzdruck-Anzeigevorrichtung

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für die Flüssigkeit in der Kolonne; ein Druckreduzierventil in der Abgasleitung zur Steuerung des Kolonnendrucks; ein einen Kondensator enthaltendes System zum Ablassen desorbierter Gase; ein Kühlsystem für den Kondensator; einen Lösungsmittelrückkocher und Rückkochererhitzer- und Pegelsteuer-Systeme. Ein weiterer Nachteil des konventionellen Systems besteht darin, daß eine Pumpe mit hohem Druckverhältnis erforderlich ist, um das flüssige Lösungsmittel vom Stripper zum Absorber rückzuführen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das Druckreduzierventil zwischen dem Absorber und dem Fraktionator (Fraktioniersäule) die Tendenz hat, sich mit Eis zu verstopfen, wenn eine merkliche Menge an Wasserdampf im Speisegase zum Absorber vorhanden ist. Die Nachteile der üblichen Gas-Absorptionssysteme verdienen besondere Beachtung bei Anwendungsfällen, wo das Speisegas radioaktive Komponenten enthält, weil in einem solchen Fall die Prozesszuverlässigkeit von höchster Wichtigkeit ist und das gesamte System in einer sogenannten "heißen Zelle" untergebracht sein muß, wo der vorhandene Raum kostbar ist und die Reparatur oder das Ersetzen von Systemkomponenten schwierig ist.

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, ein neues Gas-Absorptionsverfahren vorzusehen, bei dem ein flüssiges Absorptionsmittel für eine ausgewählte gasförmige Komponente aufeinanderfolgend geleitet wird durch eine Absorptionszone, eine Zwischen-Kontaktzone und eine Stripperzone, wobei die ausgewählte Komponente als ein Gas an einem ausgewählten Abzugspunkt in der Zwischenzone konzentriert wird. Weiterhin bezweckt die Erfindung, ein Gas-Absorptionsverfahren anzugeben, welches in einem verhältnismäßig einfachen System durchgeführt werden kann, das durch eine erhöhte Zuverlässigkeit gekennzeichnet ist. Ferner bezweckt die Erfindung, ein Gas-Absorptionsverfahren anzugeben, bei dem ein flüssiges Absorptionsmittel sukzessive durch eine Absorptionszone, eine Zwischen-Kontaktzone und eine Stripperzone geleitet wird, wobei die Betriebsdrücke in den drei Zonen annähernd gleich sind und die Betriebstemperaturen der Absorptions-

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zone und des Einlaßteils der Zwischenzone im wesentlichen die gleichen sind.

Weitere Vorteile ergeben sich aus dem folgenden.

Zusammenfassung der Erfindung. Die Erfindung kann wie folgt zusammengefaßt werden: In einem Verfahren, bei dem eine flüssige Phase aus einer ersten Flüssigkeit-Gas-Kontaktzone entzogen wird und nach unten durch zweite und dritte Flüssigkeits-Gas-Kontaktzonen läuft, weist die Flüssigphaseneingangsgroße zur zweiten Zone ein flüssiges Absorptionsmittel auf, das in Lösung eine ausgewählte Gaskomponente und mindestens ein weniger lösliches Verdünnungsgas enthält, wobei die Flüssigphaseneingangsgroße in der zweiten Zone in Kontakt gebracht wird mit einer wärmeren, nach oben fließenden Gasphase, abgeleitet aus der dritten Zone, und wobei die erwähnte Gasphase Dampf aus dem flüssigen Absorptionsmittel aufweist und eine kleinere Menge an Gas desorbiert aus dem flüssigen Absorptionsmittel, und wobei das Wiedergewinnungsverfahren für die Komponente als Gas folgendes vorsieht:

a) Aufbau einer Spitzenkonzentration der erwähnten Komponente in einem Abschnitt der zweiten Zone durch 1) Aufrechterhaltung der Temperatur der Flüssigphaseneingangsgroße zur zweiten Zone auf einen hinreichend niedrigeren Wert als die Temperatur der Gasphaseneingangsgröße in die zweite Zone zur Bewirkung in diesem Abschnitt einer Kondensation einer Hauptfraktion oder eines Hauptanteils des hinauffließenden Absorptionsmittel-Dampfes in den erwähnten Abschnitt und 2) Aufrechterhaltung unterhalb dieses Abschnitt von Strippingfaktoren von weniger als 1 für die erwähnte Komponente und für Gase, die weniger löslich sind als die Komponente, während oberhalb des Abschnitts Strippingfaktoren aufrechterhalten werden von mehr als 1 für die Komponente und weniger als 1 für weniger lösliche Gase und b) Abziehen von Gas reich an der erwähnten Komponente aus dem erwähnten Abschnitt.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

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Fig. 1 ein schematisches Diagramm eines Systems zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 eine graphische Darstellung des Temperaturprofils und des Kryptonkonzentrationsprofils für einen Zwischen-Kontaktabschnitt 11 einer drei Zonen aufweisenden gepackten Säule (Kolonne) 7 der Fig. 1;

Fig. 3 eine Einzelheit eines Teils der Kolonne 7 in abgewandelter Form zur Durchführung eines abgewandelten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Das Verfahren ist allgemein bei Gasabsorptionsverfahren zur Entfernung ausgewählter Komponenten aus Speisegasmischungen anwendbar. Das Verfahren verwendet eine neueTechnik zur Konzentrierung einer ausgewählten Komponente der Speisegasmischung in einem ausgewählten Teil einer Kontaktzone, die in üblichen Verfahren normalerweise als die Fraktionierzone oder die Zwischenstripperzone bezeichnet wird. Die neue Konzentrationstechnik kann in bereits bekannten Absorptionssystemen verwendet werden, die zwei oder mehrere gesonderte Flüssigkeits-Gas-Kolonnen verwenden, wobei aber der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Technik darin besteht, daß die Prozessoperationen in einer einzigen Flüssigkeit-Gas-Kontaktvorrichtung ausgeführt werden können, die aufeinanderfolgende Kontaktzonen besitzt, die mit praktisch dem gleichen Druck arbeiten.

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert teilweise auf einer Erkenntnis im Laufe einer Krypton-Wiedergewinnung, die mit einem Drei-Kolonnen-Gas-Absorptionssystem der im oben genannten Patent beschriebenen Art erfolgte. Das flüssige Absorptionsmittel oder Lösungsmittel war dabei Dichlordifluormethan (CCl₂F₂) und das Speisegas besteht im wesentlichen aus Stickstoff, Sauerstoff,

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Kohlendioxid ( CO₂) und Spurenmengen an radioaktivem Krypton-85 (0,1 ppm) und Xenon. Die Konstruktionswerte für die Kolonnentemperaturen und -drücke waren die folgenden: Absorber 300 psig und -25°F; Fraktioniervorrichtung 35 psig und 37,5°F; Stripper 10 psig und 1°F. Sämtliche Kolonnen oder Säulen enthielten eine

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Ao

Drahtmaschenpackung. Wie üblich, enthielt die das flüssige Lösungsmittel vom Absorber zur Fraktioniervorrichtung leitende Leitung eine Flashkammer, und es war eine elektrische Heizvorrichtung vorgesehen, um die Flüssigkeitseingangsgröße zur Flashkammer auf annähernd 33 F zu erhitzen.

Im Laufe des erwähnten Wiedergewinnungsvorgangs brannte der Heizer in der Leitung zur Flashkammeraus. Der Betrieb wurde jedoch ohne den Heizer fortgesetzt, was zur Folge hat, daß die Flüssigkeitseingangsgröße zur Oberseite der Fraktioniervorrichtung eine deutlich niedrigere Temperatur (-25⁰F) als üblich hatte. In unerwarteter Weise bewirkte diese Betriebsart eine Konzentration des Kryptons als Gas in einem schmalen Abschnitt oder Band des gepackten Teils der Fraktionierkolonne. Diese unerwartete Kryptionkonzentration in diesem Abschnitt erfolgte in einem Ausmaß, daß das Kryptonkonzentrationsprofil für die Fraktioniervorrichtung in diesem Abschnitt seinen Spitzenwert erhielt.

Dieser Effekt war in deutlichem Gegensatz zu vorherigen Operationen der Fraktioniervorrichtung; in diesen Operationen war ein größerer Prozentsatz in den desorbierten Gasen vorhanden, die von der Oberseite der Fraktioniervorrichtung abgelassen werden, wobei der Rest zur Stripperkolonne durch das flüssige Absorptionsmittel transportiert wird, ohne daß sich ein Kryptonaufbau in der Fraktionierkolonne ergibt. Der Abschnitt, in dem sich das Krypton konzentrierte, war mit einem Abstand von ungefähr 6 Zoll gegenüber dem Boden des gepackten Teils der Säule oder Kolonne angeordnet und erstreckte sich nach oben über etwa 36 Zoll hinweg. Die darauffolgende Untersuchung zeigte, daß in diesem gleichen Abschnitt ein großer Teil des hochströmenden heißen (37°F) Absorptionsmitteldampfes vom Fraktioniervorrichtungsrückkocher kondensiert wurde durch die Wärmeaustauschung mit der kalten (-25⁰F) nach unten fließenden Flüssigkeit von der Oberseite der Fraktioniervorrichtung aus, auf welche Weise sich ein steiler Temperaturgradient über den Abschnitt hinweg ausbildete. Das heißt, die Temperatur der Flüssigkeitsphase lag hinreichend unterhalb derjenigen der Gasphase, um die Massenkon-

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densation des nach oben strömenden Absorptionsmitteldampfes zu bewirken.

Es wurde festgestellt, daß die Dampfkondensation, die sich durch den Wärmeaustausch zwischen den gegeneinanderströmenden Flüssigkeits- und Gas-Phasen ergibt, an jeder Stelle entlang der Länge der Franktioniervorrichtung erzeugt werden kann, dadurch daß man die relativen Temperaturen und/oder Strömungsraten der zwei Phasen einstellt. Die Position der Dampf-Kondensationszone war am empfindlichsten gegenüber Änderungen der Lösungsmittelströmungsrate. Beispielsweise konnte bei. einer konstanten Kolonnenbelastung (d.h. konstantes δ P) der Dampfkondensationseffekt ein oder zwei Fuß nach unten oder oben bewegt werden, lediglich durch entsprechende Vergrößerung oder Verkleinerung der Flüssigkeitsströmungsrate durch die Kolonne um 10%. Wenn wiederum die Aufkochrate vergrößert wurde, so konnte der Dampfkondensationseffekt im gleichen Abschnitt der Kolonne dadurch gehalten werden, daß man die Flüssigkeitsströmung um eine ausgewählte Größe erhöht. Wenn die Bedingungen geändert wurden, um den Dampfkondensationseffekt zu einem unterschiedlichen Abschnitt der Kolonne hin zu bewegten, so bewegte sich die Spitzenkonzentration des Kryptons zu diesem Abschnitt.

Mit dem oben beschriebenen Drei-Kolonnen-System durchgeführte Experimente bestätigten, daß hohe Kryptonkonzentrationsfaktoren erhalten werden können durch a) Aufrechterhaltung von Strippingfaktoren von weniger als 1 für Krypton und Gase weniger löslich als Krypton in dem Teil der Säule oder Kolonne unterhalb des Kryptonkonzentrationsabschnitts, und b) Aufrechterhaltung von Strippingfaktoren von mehr als 1 für Krypton und weniger als 1 für weniger lösliche Gase in dem Teil der Fraktioniervorrichtung oberhalb dieses Abschnitts. (Der Ausdruck "Strippingfaktor" bezieht sich auf L/kG, wobei L und G die jeweiligen molaren Strömungsraten der nach unten fließenden Flüssigkeit und des nach oben fließenden Gases (Absorptionsmitteldampf und desorbierte Gase sind, während k der Gleichgewichtsverteilungskoeffizient für eine spezielle Komponente ist, die der Beziehung y=kx genügt, wobei y der Molanteil der Komponente in der Gasphase ist, während

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χ der Molanteil der Komponente in der Flüssigkeitsphase ist.) Das heißt also, daß hohe Kryptonkonzentrationsfaktoren dann erreicht werden können, wenn genug Strippingstufen unterhalb des Dampfkondensationsabschnitts sind, um praktisch alle der aufgelösten Gase aus dem flüssigen Absorptionsmittel herauszustrippen, daß ferner genug Kontaktstufen oberhalb des Abschnitts sind, um die Wiederauflösung des Krypton, aber nicht des weniger löslichen Stickstoffs und Sauerstoffs, zu bewirken. Wenn die Fraktioniervorrichtung unter solchen Bedingungen arbeitet, so wurde der Dampfkondensationsabschnitt als ein Kryptonabnahmeabschnitt verwendet. Es wurde eine übliche Gasabzugsvorrichtung verwendet, um an Krypton reiches Gas aus diesem Abschnitt zu entnehmen, und die Konzentration des Kryptons in dem abgezogenen Gas hing teilweise von der Abzugsrate ab.

Auf der Basis der oben diskutierten Erkenntnisse wurde ein verbessertes Gasabsorptionsverfahren konzipiert, welches vorzugsweise in einem System mit geschlossener Schleife erfolgt, und zwar unter Verwendung einer Gas-Flüssigkeits-Kontaktkolonne oder -säule. Der Ausdruck "Kolonne" oder "Säule" umfaßt jede vertikal angeordnete Gas-Flüssigkeits-Kontaktvorrichtung.

Beispiel I

Fig. 1 zeigt ein solches System ausgelegt für die Trennung des Spaltproduktes Krypton-85 vom Abgas einer Kernbrennstoffelement-Wiederaufbearbeitungsanlage. Die Zusammensetzung der Speisegaseingangsgröße zum System ist in Fig. 1 gezeigt, und zwar zusammen mit einem beispielhaften Satz von Konstruktionsparametern für das Gas-Absorptionsverfahren.

Das System 5 ist - vgl. dazu Fig. 1 und Tabelle 1 - ausgelegt für eine Speisegasströmungsrate von 0,58 engl. Pfund Mol/h. Das System weist, wie gezeigt, eine geschlossene Schleife auf, durch welche irgendein geeignetes flüssiges Lösungsmittel für Krypton, beispielsweise Dichlordifluormethan (CCl₂F₂),kontinuierlich in der gezeigten Richtung zirkuliert wird. Die Schleife enthält

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eine Vertikalkolonne 7 mit drei gesondert gepackten Zonen, die als die obere Absorptionszone 9, die Zwischen-Kontaktzone 11 und die untere Stripperzone 13 bezeichnet sind. (Der Ausdruck "Zwischenzone" umfaßt die gesamte Zone, die sich vom oberen Ende der Stripperzone zu einem Speisegaseinlaß 12 erstreckt.) Die verschiedenen Zonen enthalten die üblicherweise in industriellen Kolonnen enthaltenen Drahtmaschenpackungen. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist ein System 14 vorgesehen, um intermittierend oder kontinuierlich Gas vom zuvor erwähnten Kr-Abnahmeabschnitt 24 der Zwischenzone 11 abzuziehen. Die Lage dieses Abschnitts in der Zone 11 kann durch Routineverfahren, wie beispielsweise durch Probeläufe und die Entnahme von Gasproben oder die Vornahme von Strahlungsmessungen längs Zone 11, vorbestimmt werden. Das Abzugssystem 14 weist irgendwelche geeigneten Mittel auf, um das hinaufströmende Gas im Abschnitt 24 zu unterbrechen und zurückzuhalten; beispielsweise kann ein umgekehrter napfartiger Gaskollektor 16 verwendet werden, dessen Inneres zu einer Gasabzugsleitung 16 hin gelüftet oder abgelassen ist. Die Leitung enthält ein automatisches Strömungssteuerventil 20, welches dann geöffnet ist, wenn die Kryptonkonzentration in der Leitung einen ausgewählten Wert erreicht, der die strahlungsempfindliche Steuervorrichtung 22 für das Ventil betätigt. Ein Gasabzugssystem dieser Art ist in US-PS 3 887 339 vom 3. Juni 1975 beschrieben. Wenn gewünscht, können kleinere Einstellungen hinsichtlich der Prozessvariablen vorgenommen werden, um die Position der Konzentrationsspitze bezüglich des Gaskollektors 160 zu optimieren.

Das untere Ende der Kolonne 7 ist mit einem üblichen elektrisch beheizten Rückkocher 15 verbunden, um den Flüssigkeitslösungsmittelausfluß von der Stripperzone aufzunehmen und einen Teil des Lösungsmittels in Dampf umzuwandeln,.der nach oben durch den Stripper fließt. Die Stripperzone ist mit einem größeren Durchmesser als die Zone 9 und die Zone 11 ausgelegt, um dessen relativ hohe Lösungsmittelrückkochrate unterzubringen. Wie in

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Fig. 1 gezeigt, ist irgendeine geeignete Pumpe 17, wie beispielsweise eine übliche Zentrifugalpumpe oder Turbine vorgesehen, um heißes, regeneriertes flüssiges Lösungsmittel vom Boden des Rückkochers zum oberen Ende der Kolonne 7 rückzuführen. Wie in der Tabelle angegeben, arbeiten die drei Zonen der Kolonne auf annähernd dem gleichen subatmosphärischen Druck (7,78 Atmosphären); demgemäß braucht die Pumpe 17 nur die Schwerkraft der Säule zu überwinden. Eine Kühlvorrichtung 19 ist an der Auslaßleitung der Pumpe 17 vorgesehen, um das rückgeführte Lösungsmittel auf -25°F der Konstruktionstemperatur für die Absorptionszone abzukühlen.

Wie in Fig. 1 gezeigt, wird das in die Säule einzuführende Speisegas in einen Kompressor eingegeben, um das Gas auf den Betriebsdruck der Säule zu bringen. Nach der Kompression wird das Speisegas auf die Absorptionszonentemperatur durch Hindurchleitung durch einen Kühler 23 abgekühlt. Das gekühlte Speisegas wird in die Kolonne durch Einlaß 12 eingeführt, und zwar an einem Punkt gerade unterhalb der Absorptionszone 9, von wo s.us das Gas dann nach oben durch diese Zone fließt, um so im Gegenstrom das rückgeführte flüssige Lösungsmittel zu kontaktieren. Annähernd 95% des Kryptons im Speisegas lösen sich im Lösungsmittel auf und werden in die Zwischenzone 11 geführt. Das nicht gelöste Krypton und der größte Teil der weniger löslichen Speisegasbestandteile (beispielsweise Stickstoff und Sauerstoff) werden am oberen Ende der Säule abgelassen, um entfernt zu werden.

Wie oben beschrieben, bewirkt das hinabströmende kalte in die Zone 11 eintretende Lösungsmittel die Kondensation eines Hauptanteils des warmen nach oben strömenden Lösungsmitteldampfes aus der Stripperzone 13. Mit den speziellen Betriebsbedingungen gemäß Tabelle I erfolgt diese Kondensation in einem relativ schmalen Abschnitt 24 der Zone 11, dessen Position bezüglich des Bodens des gepackten Abschnitts in der Tabelle angegeben ist. Wie zuvor beschrieben, erfolgt in diesem Abschnitt die Konzentration des Kryptons (zusammen mit dem mehr löslichen Xenon und Kohlenstoffdioxid, wenn im nach unten strömenden flüssigen Lösungsmittel enthalten und wenn ein hinreichender Stripperdampffluß aufrechterhalten wird).

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/r

Fig. 2 zeigt wie die Kryptonkonzentration in typischer Weise im Bereich des steilen Temperaturgradienten G seinen Spitzenwert erreicht, was sich aus der oben beschriebenen Kondensation des Lösungsmitteldampfes ergibt. In Fig. 2 bezieht sich "Zählerverhältnis" auf das Verhältnis der Gammazählungsrate von Kr-85 an der angegebenen Position zu der am Flüssigkeitseinlaßende der Zone 11 (100 Zoll oberhalb des Bodens der Zone). Diese Messungen wurden mit üblichen Instrumenten vorgenommen, d.h. einem externen Abtast-Gammaszintillationsdetektor und mit Gammastrahlenspektroskopie-Vorrichtungen. Jeder der gezeigten Kryptonkonzentrationspunkte repräsentiert die Gesamtkryptonmenge an diesem Punkt. In sämtlichen Teilen der Zone 11, einschließlich des zuvor erwähnten Abschnitts 24, befindet sich ein Teil des Krypton in Lösung und ein Teil außer Lösung. Wie oben erwähnt, wurde erkannt, daß das Krypton,und jedes andere vorhandene lösbare Gas,aus diesem Abschnitt als ein konzentriertes gasförmiges Produkt abgezogen werden kann, und zwar mittels einer üblichen Gasprobennahme oder Abführeinrichtung, wie beispielsweise dem System 14 (Fig. 1). Es wurde ebenfalls, wie oben erwähnt, erkannt, daß die Spitzenkonzentration des Kryptons stets im Bereich 24 (Fig. 1 und 2) auftritt, wo eine lokalisierte Dampfkondensation in der beschriebenen Weise induziert wird, was den Entzug kryptonreichen Gases aus dem Abschnitt gestattet.

Wie in Tabelle 1 gezeigt, werden die Strippingfaktoren in dem Teil der Zone 11 oberhalb des Abschnitts 24 auf Werten gehalten, die die Wiederauflösung des sich von Zone 24 nach oben bewegenden gasförmigen Kryptons bewirken, aber nicht die Wiederauflösung der weniger lösbaren desorbierten Gase (Stickstoff, Sauerstoff) aus der Stripperzone hervorrufen. Die Strippingfaktoren unterhalb Abschnitt 24, d.h. dem unteren Teil der Zone 11 und Zone 13, stellen sicher, daß praktisch das ganze in der zum Stripper nach unten fließenden Flüssigkeit aufgelöste Gas desorbiert wird. Das sich ergebende regenerierte flüssige Lösungsmittel wird vom Rückkocher zur Absorptionszone durch die Pumpe 17, wie beschrieben, .rückgeführt.

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Wie in Fig. 1 gezeigt, weist das System 7 verschiedene Standardsteuersysteme auf. Diese umfassen Strömungssteuermittel 25 zur überwachung des Speisegasflusses und zum Betrieb eines Steuerventils 27 zur Aufrechterhaltung der Strömung auf einem vorgewählten Wert; Drucksteuermittel 29 zum Abfühlen des Gasdrucks am oberen Ende der Säule und zum Betrieb eines Steuerventils 31 zur Regulierung der Gasabzugsrate vom oberen Ende der Säule; Differenzdruckanzeigemittel 33 am Zwischenabschnitt 11; Differenzdrucksteuermittel 37 zum Abfühlen der Druckdifferenz an der Stripperzone und den Betriebsheizersteuermitteln 39 (beispielsweise einem gesteuerten Silicium-Gleichrichter), um so die elektrische Eingangsgröße zum Heizer für den Rückkocher 15 zu regulieren; Pegelsteuermittel 41 zum Abfühlen des Flüssigkeitspegels im Rückkocher und zum Betrieb eines Steuerventils 43 zur Aufrechterhaltung eines ausgewählten Pegels oder Niveaus an flüssigem Lösungsmittel im Rückkocher; Strömungssteuermittel 45 zum Abfühlen der Strömungsrate von der Pumpe 17 und zum Betrieb eines Steuerventils 47 zur Regulierung dieser Strömungsrate; und Mittel 49 zum Abfühlen der Temperatur des Abflusses vom Lösungsmittelkühler 19 und zum Betrieb eines Ventils 51 in einer Kühlschleife 53 zur Aufrechterhaltung der Temperatur in dem Ausfluß auf einem vorgewählten Wert, und schließlich ein Produktabzugssystem 14 der zuvor beschriebenen Art. Ein Druckdifferenz-Alarm 55 ist an dem Absorptionsabschnitt 9 vorgesehen.

Tabelle I zeigt die Zusammensetzung des Produktgases, welches man beim Betrieb des beschriebenen Systems 7 erhält. Wie in der Tabelle angegeben, werden Kryptonkonzentrationsfaktoren von ungefähr 2000 bis 5000 erhalten. Das Produktgas wird intermittierend abgezogen, immer dann, wenn die Kryptonkonzentration einen vorgewählten Wert,bestimmt durch die erwähnte auf Strahlung ansprechende Steuervorrichtung 22, übersteigt. Es sei bemerkt, daß die Zwischenzone 11 der Säule bei einem beträchtlich höheren L/G-Verhältnis arbeitet als die anderen Zonen. Dies liegt zum Teil an der Kondensation in Abschnitt 24 von einem Hauptanteil des hochströmenden Absorptionsmitteldampfes aus der Strippingzone.

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Λ,

Ein wichtiges Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, eine hinreichende Differenz bei den Temperaturen und Strömungsraten der Flüssigkeits- und Gas-Eingangswerte in die Zwischenzone aufrechtzuerhalten, um die lokalisierte Kondensation eines Hauptanteils des darin nach oben strömenden Absorptionsmitteldampfes zu bewirken. Die Betriebsbedingungen sollten von solcher Art sein, daß die nach oben und nach unten laufenden Wärmeflüsse in der Säule sich im Gleichgewicht befinden, wie dies in Tabelle II des Beispiels I gezeigt ist. Bei dem Auslegen des erfindungsgemäßen Verfahrens für eine spezielle Anwendung ist es zweckmäßig, zuerst den Lösungsmittelfluß zu berechnen, der erforderlich ist, um den notwendigen Anteil der löslichen Komponente im speziellen Verfahrensabgas aufzulösen,und sodann berechnet man die Größe des Absorberdurchmessers und die Höhe dementsprechend. Sodann wird die Minimalmenge des erforderlichen Dampfstrippers berechnet, um hinreichend viel der aufgelösten Komponente aus dem Lösungsmittel zu entfernen. Als nächstes wird eine Berechnung der Dampfmenge angestellt, die die nach unten fließende Flüssigkeit kondensieren kann, wenn diese von der Absorbertemperatur auf die Rückkochertemperatur erhitzt wird. Wenn die Dampfmenge, die kondensiert werden kann, größer ist als das Minimum, so wird der größere der beiden Werte verwendet und die Konstruktion oder Auslegung liegt fest. Wenn der berechnete Wert kleiner ist als das Minimum, dann werden andere Parameter, wie beispielsweise der Systemdruck und die Absorbertemperatur, eingestellt. Alternativ kann ein "in-line"-Dampfkondensator (in Fig. 3 mit 57 bezeichnet und im folgenden erläutert) verwendet werden, um die Extrawärme herauszuziehen. Dies gibt dem Verfahren einen zusätzlichen Freiheitsgrad. Wenn die Endpunkte der Säule festgelegt sind, so kann das Zwischenzonen-L/V-Verhältnis/ und infolgedessen die Zwischenzonen-Strippingfaktoren, für jede Komponente berechnet werden. Wenn diese Faktoren größer sind als 1 für die mehr löslichen Komponenten und weniger als 1 für die weniger löslichen Komponenten, dann reichen die Verfahrensbedingungen aus, um die gewünschte Innensaulenkonzentration der löslichen Gaskomponenten vorzusehen. Wenn nicht, werden die Prozess-

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A*

parameter geändert oder ein alternatives Lösungsmittel wird ausgewählt.

Die in Tabelle I angegebenen Konstruktionsparameter sind nicht notwendigerweise die Optimalwerte. Die Tabelle I basiert auf einer Speisegasströmungsrate von 0,58 engl. Pfund Mol/h. Wenn diese Strömungsrate beispielsweise O,43 engl. Pfund Mol/h wäre, so würde dies ein Absorptionszonen-L/G-Molverhältnis von 15 zur Folge haben, welches seinerseits eine Gesamtkryptonentfernung von annähern 99% zur Folge hätte. In einigen Fällen kann das Krypton enthaltende Speisegas für System 7 Jod oder Methyljod als Verunreinigungen enthalten. Diese Verunreinigungen bleiben in dem in den Rückkocher eintretenden flüssigen Lösungsmitteln gelöst. Um einen merklichen Aufbau dieser Verunreinigungen in dem Lösungsmittel zu verhindern, kann ein Teil des Rückkocherbodensatzes abgezogen werden, von Jod und Methyljodid getrennt werden und zur Pumpe 17 rückgeführt werden. Die Trennung kann durch verschiedene übliche Verfahren erreicht werden, beispielsweise durch den Destiallationsvorgang, der in Spalte 17 des oben genannten U.S. Patents beschrieben ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat bedeutende Vorteile, verglichen mit bekannten Gas-Absorptionsverfahren. Da das erfindungsgemäße Verfahren in einer einzigen Säule ausgeführt werden kann, deren verschiedene Zone auf praktisch dem gleichen Druck arbeite, ist das erfindungsgemäße System als Ganzes beträchtlich kleiner und einfacher. Verglichen beispielsweise mit dem üblichen Drei-Säulen-Verfahren, welches oben einleitend erläutert wurde, eliminiert das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Fraktioniervorrichtung-Säulen-Hilfsmittel: 1) Das Absorber-Flüssigkeits-Pegelsystem; 2) das System zur Erhitzung des Flüssigkeitslösungsmittelabflusses von der Absorbersäule; 3) die Flashkammer in der Lösungsmitteleinspeisungsleitung zur Fraktioniervorrichtung; 4) das Druckreduzierventil zwischen dem Absorber und der Fraktioniervorrichtung; 5) die Flüssigkeitspegelanzeigevorrichtung für die Fraktioniervorrichtung; 6) das Kondensator enthaltende System

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zum Ablassen desorbierten Gases aus der Fraktioniervorrichtung; 7) den Fraktionierdruck-Steuer- und Gasrückführ-Kreis; 8) den Rückkocher für die Fraktioniervorrichtung; 9) das Heizersteuersystem für den Fraktionierrückkocher; 1o) das Kondensator enthaltende System zum Ablassen desorbierten Gases aus dem Stripper. Es ist klar, daß die Eliminierung dieser Komponenten nicht nur die Kapitalkosten verringert, sondern auch die Systemzuverlässigkeit beträchtlich fördert. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Rückführpumpenanforderungen merklich vermindert sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Eliminierung des obenerwähnten Absorber-zu-Fraktioniervorrichtung-Druckreduzierventils es möglich macht, in zufriedenstellender Weise bei höheren Konzentrationen des Wasserdampfes im Speisegas zu arbeiten.

Die Erfindung ist nicht durch irgendeine Theorie hinsichtlich des Mechanismus beschränkt, der bewirkt, daß die ausgewählte Komponenten (beispielsweise glasförmiges Krypton) sich in einem schmalen Abschnitt in der Zwischenzone 11 des erfindungsgemäßen Verfahrens konzentriert. Vermutlich ist diese Konzentration aber eine Folge der wiederholten Desorption und Absorption dieser Komponente, was in den Zonen unterhalb und oberhalb des Abschnitts erfolgt.

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde im Hinblick auf die Wiedergewinnung von Krypton aus einem speziellen Speisegas beschrieben, und zwar unter Kontaktierung des Speisegases mit flüssigen CCl₂F-, um bevorzugt Krypton zu absorbieren, wobei aber der Fachmann erkennt, daß das erfindungsgemäße Verfahren allgemein auf die Absorption von gasförmigen Komponenten anwendbar ist. Im allgemeinen kann dort, wo ein spezielles flüssiges Lösungsmittel verwendet wurde, um eine spezielle Komponente aus einem Speisegas mittels des üblichen Mehrsäulenverfahrens wiederzugewinnen, das gleiche Lösungsmittel verwendet werden, um diese Komponente mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wiederzugewinnen. Beispielsweise kann dieses Verfahren ausgeführt werden mit irgendeinem flüssigen Fluorkohlenwasserstoff- oder flüssigem Kohlenwasserstoff-Absorptionsmittel mit ausreichender Selektivität, Kapazität und Stabilität für die Wiedergewinnung einer speziellen Komponente aus den

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Speisegasmischungen.

Das obengenannte US-Patent 3 762 133 diskutiert die Brauchbarkeit flüssiger Fluorkohlenwasserstoffe allgemein als Absorptionsmittel. Es kann auch flüssiges Wasser verwendet werden. Unter Bezugnahme auf das obige in Beispiel I beschriebene Krypton-Wiedergewinnungsverfahren sei bemerkt, daß eine gute Wiedergewinnung erhalten werden könnte mit zahlreichen flüssigen Absorptionsmitteln, abgesehen von CCl₂F₃, wie beispielsweise mit CCl₃F, C₂Cl₂F-, CCl₄, N₃O und Keroson. Im folgenden seien einige wenige Beispiele der großen Vielfalt von Komponenten angegeben, die durch das eriindungsgemäße Verfahren aus den Speisegasmischungen entfernt werden können: Kr, Xe, HUS, COS, N₃, CH₄, O₃, Ar, Rn und niedrigeren Oxide des Kohlenstoffs, Stickstoffs und Schwefel (d.h. Oxide mit ein oder zwei SauerstoLfatomen). Dem Fachmann ist klar, daß zur Bestimmung der Eignung eines speziellen Absorptionsmittels für die Wiedergewinnung einer ausgewählten Komponente Routine-Versuche erforderlich sind. Abhängig vom speziellen Anwendungsfall kann der Betriebsdruck im erfindungsgemäßen Verfahren sich ändern von annähern 1 bis 100 Atmosphären. Die Absorptionszonentemperatur liegt vorzugsweise im Bereich von -200°F bis 500⁰F. Es wurde festgestellt, daß mindestens in einigen Anwendungsfällen das Speisegas nicht vor der Einführung in die Absorptionszone gekühlt werden braucht, da der Effekt des Einführens warmen Speisegases lediglich darin besteht, daß die effektive Länge der Absorption um eine relativ kleine Größe verkürzt wird.

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Tabelle (Absorptionsmittel

Betriebsdruck, Atmosphären Betriebstemperatur,⁰F

L/G-Molverhältnis Säulendurchmesser, Zoll Höhe der gepackten Säule, Fuß Säulenpackung

Lösungsmittelaufkochung, engl.Pfund Mol/h Speisegaszusammensetzung

Molprozent: 0,1 ppm Kr

Speisegas, Strömungsrate, Engl. Pfund Mol/h Lösungsmittelströmungsrate, Engl. Pfund Mol/h Gesamtkryptonentfernung, % Kryptonkonzentrations faktor Produktgaszusammensetzung, 5,o%

Absorp	Zwischen	Stripper
tions-	zone 11	zone 1 3
zone 9
7,78	7,78	7,78
-25	-25 (oben)	9o
	9o (unten)
10	4o	3,3
3	3	6
12	6	6
Draht	Draht	Draht
maschen	maschen	maschen
96,5% N; 2,9% 0,	, 0,3% Ar;	0,3% CO₀

o,58

9,1 95 ooo -

₂; 7,6%O₂; 1,4% Ar;

5 ooo 42,3% CO₂

Molprozent:

Produktgaszusammensetzung, Molprozent,auf lösungsmittelfreier Basis⁴":

43,7% CCl₂F₂; 27o ppm Kr

8,88% N₂; 13,5% O₂; 2,48% Ar; 75,1% 480 ppm Kr

Strippingfaktor für Kr oberhalb Kr-Abnahmeabschnitt: 2,7 Strippingfaktor für N₂ oberhalb Kr-Abnahme: 0,66

Strippingfaktor für Kr unterhalb Kr-Abnahmeabschnitt: 0,13 Strippingfaktor für N₂ unterhalb Kr-Abnahme: 0,06 Position der Kr-Abnahme in Zone 11; 6 Zoll oberhalb des Bodens der Packung

Lösungsmittel entfernt, wie beispielsweise durch die Hindurchleitung des Produktgases durch einen geeigneten Molekularsieb (beispielsweise Type 13x, hergestellt von der Davision Chemical Company, Linde Division, Union Carbide) oder aktivierte Holzkohle.

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"ORIGINAL INSPECTED

- 1-β- -

Tabelle II

Wärmegleichgewicht basierend auf CCl-F₂, welches in die Zone 11 eintritt und diese verläßt.

Wärmeinhalt der in Zone 11 eintretenden flüssigen Phase

(-25 F, 9,1 engl.Pfund Mol/h):

Wärmegehalt der die Zone 11 verlaßenden flüssigen Phase

(90° F, 13,1 engl. Pfund Mol/h):

Wärmeinhaltsänderung der flüssigen Phase

(4,ο engl. Pfund Mol/h):

Wärmeinhalt der in Zone 11 eintretenden Dampfphase

(9o^öF, 4,1 engl. Pfund Mol/h):

Wärmeinhalt der die Zone 11 verlassenden Dampfphase

(32⁰F, 0,1 engl. Pfund Mol/h):

Wärmeinhaltsänderung der Dampfphase (-4,o engl. Pfund Mol/h):

-34oo Btu/h
45 poo Btu/h 41 9oo Btu/h

-42 4oo Btu/h

5oo Btu/h -41 9oo Btu:h

Beispiel II

Im folgenden wird ein weiteres Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben, und zwar angewandt auf die Wiedergewinnung gasförmigen H₃S, COS und CS- in konzentrierter Form aus den Verbrennungsgasen, erzeugt aus Kohle durch verschiedene Vergasungaver fahr en. Bei dieser Anwendung kann das Absorptionssystem ähnlich Fig. 1 ausgebildet sein. Das flüssige Absorptionsmittel für die wiederzugewinnenden Schwefelkomponenten ist das Kühlmittel 114 (C₂Cl₂F₄). Die Tabellen III und IV geben die Konstruktionsparameter und Bedingungen für das Verfahren an. Das H₂S und COS wird in konzentrierter gasförmiger Form am Abnahmeabschnitt 24 aus Zone 11 entzogen, wie dies unter Bezugnahme auf Beispiel I beschrieben wurde. (Es sei bemerkt, daß in diesem Falle - beispielsweise bei einer Atmosphäre Druck, CS₀ bei 115°F siedet, wohingegen R-114 bei 38,4 F siedet - das CS₂ weniger flüchtig ist als das Lösungsmittel und infolgedessen verbleibt CS₂ im Lösungsmittel während des Strippervorgangs. Diese Komponente kann in effektiver Weise aus dem rezirkulierenden Lösungsmittel entfernt werden durch einen DestillationsVorgang, wie er beispielsweise in Spalte 17 des erwähnten ü.S.-Patents beschrieben ist.) Verschiedene andere

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flüssige Absorptionsmittel können bei diesem speziellen Anwendungsfall des Verfahrens verwendet werden, um Schwefel aus Brennstoff gasen zu entfernen, Beispiele sind Kühlmittel-113 (C₂Cl₃F₃) und Kühlmittel-11 (CCl₃F).

Wie zuvor erwähnt, ist dieses Verfahren allgemein für Gasabsorptionsanwendungsfälle geeignet. Beispielsweise kann das Verfahren verwendet werden, um Kohlenstoffdioxid aus Luft zu entfernen, bevor letztere in eine Kryogenanlage zur Erzeugung von Argon, Sauerstoff und Stickstoff durch Verflüssigungsdestillation eingegeben wird. Wiederum ist das Verfahren zur Wiedergewinnung von Helium aus Gasmischungen anwendbar. Es kann beispielsweise verwendet werden, um gereinigtes Helium aus einem Speisegas wiederzugewinnen, welches aus Erdgas und Stickstoff besteht. Das Speisegas wird in die Absorptionszone einer Säule der in Fig. 1 gezeigten Art eingeführt, und zwar unter Verwendung von beispielsweise flüssigem CCl₃F als Absorptionsmittel. Anders als bei den Beispielen I und II können die Prozessbedingungen derart ausgewählt werden, daß im wesentlichen das ganze Methan und der ganze Stickstoff sich in dem nach unten fließenden Absorptionsmittel auflösen und, wie beschrieben, abgezogen werden, wohingegen praktisch reines gasförmiges Helium am oberen Ende der Säule abgezogen wird. Helium und Wasserstoff sind die am wenigsten löslichen, aller soweit bearbeiteten Komponenten.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 sei bemerkt, daß bei einigen ga Gas-Abosprtionsanwendungsfällen eine derart hohe Dampf-Aufkochrat 4e im Stripep erforderlich ist, daß der Wärmegehalt des nach · oben fließenden Lösungsmitteldampfes beträchtlich den Wärmeinhalt des nach unten fließenden flüssigen Lösungsmittels übersteigt. Eine solche Situation kann dort auftreten, wo man die Konzentrationen hochlöslicher Gase (beispielsweise Xenon oder Kohlendioxid) so niedrig als möglich im regenerierten Lösungsmittel halten möchte. Um ein Wärmegleichgewicht durch die ganze Säule hindurch aufrechtzuerhalten, kann ein Kondensator 57 innerhalb der Säule zwischen dem Abschnitt 24 und der Stripperzone angeordnet werden, um einen ausgewählten Teil des nach oben fließenden Lösungsmitteldampfes zu kondensieren. Der Kondensator 57 kann, wie gezeigt, ein Teil einer Schleife (Kreislauf) sein,

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die eine übliche externe KühlVersorgung 61 und ein Kühlmittelströmungssteuerventil 35 aufweist, wobei das letztgenannte Ventil 35 durch eine Steuervorrichtung 69 positioniert wird, die zum Abfühlen des Differenzdrucks an Zone 11 dient. Durch Kondensierung eines ausgewählten Anteils (Fraktion) des nach oben fliessenden Dampfes entfernt der Kreislauf 61 hinreichend viel Wärme zur Aufrechterhaltung der Druckdifferenz an Zone 11 auf einem Wert entsprechenden einem exakten Wärmegleichgewicht an der Säule. Wenn gewünscht, kann die Kühlbelastung des Kondensators eingestellt werden, um die Position des erwähnten Abschnitts 24 zu trimmen, um so kleinere Einstellungen in der Position der Kryptonkonzentrationsspitze bezüglich des Produktgaskollektors 16 vorzunehmen.

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11,2	11,2	11,2
1oo	Ισο/193	193
3,47	15,5	2,71
1o	1o	16
Draht maschen	Draht- maschen	Draht- maschen

Tabelle III (Absorptionsmittel R-114 (C₂Cl₂F₄)

Absorptions- Zwischen- Stripzone 9 zone 11 perzone 13

Betriebsdruck, Atmosphäre Betriebstemperatur, F
L/G Molverhältnis
Säulendurchmesser, Zoll
Säulenpackung

Höhe der gepackten Säule, Fuß 15 6

Lösungsmittelaufkochung,
engl. Pfund Mol/h — — 44,8

Speisegaszusammensetzung, Mol-%: 80,0% CH₄; 1o,o% H₃; 9,9% CO

5oo ppm H₉S; 25o ppm COS; 25o ppm

^CS2

Speisegasströmungsrate,
engl. Pfund Mol/h 15,6

Losungsmittelströmungsrate, engl. Pfund Mol/h 78,ο

Gesamtschwefelentfernung, % >99 Schwefelkonzentrationsfaktor: 2oo-1ooo Produktgaszusammensetzung: 10,6%· H₃S; 5,3o% COS; o,o12% CS₂

3,33% CH₄; o,o7% CO; 0,04% H₃; 8o,7%R-114

Produktgaszusammensetzung,

lösungsmittelfreie Basis: 54,8% H₉S; 27,4% COS; o,o62% CS₉;

172% CH 37% CO o22% H

54,8% H₉S; 27,4% COS; o,o6 17,2% CH₄; o,37% CO; o,22%

Strippingfaktoren für
H₉S, COS, CS₉ oberhalb des SShwefelabnanmeabschnitts: 3,76; 5,94; 1o3

Strippingfaktoren für CH., CO, H₉ oberhalb Schwefelabnahmeabschnitt: o,9o1; o,525; o,o912

Strippingfaktoren für H₉S,

COS, CS₉ unterhalb ₊

Schwefelabnahmeabschnitt: o,4o2; o,644; 8,87

Strippingfaktoren für CH₄, CO, H₉ unterhalb Schwefelabnahmeabschnitt: o,138; o,o925; o,o16o

Position des Schwefelabnahmeabschnitts in Zone 11: 12 Zoll oberhalb des Packungsbodens

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- 22- -

CS- wird nicht aus dem Lösungsmittel herausgestrippt.

Tabelle IV

Wärmegleichgewicht basierend auf C₃Cl₂F₄ eintretend in Zone 11 und diese verlassend

Wärmeinhalt der in die Zone 11 eintretenden Flüssigphase (10O⁰F, 78,ο engL. Pfund Mol/h):

Wärmeinhalt der die Zone 11 verlassenden flüssigen Phase (19o°F_# 121 engl. Pfund Mol/h):

Warmeinhaltsanderung der flüssigen Phase (+43,2 engl. Pfund Mol/h):

Wärmeinhalt der in die Zone 1'. eintretenden Dampfphase (193°F, 44,8 engl. Pfund Mol/h):

Färmeinhalt der die Zone 11 verlassenden Dampfphase
(11o°F, 1,86 engl. Pfund Mol/h):

Wärmeinhaltsänderung der Dampfphase (-43,2 engl. Pfund Mol/h):

-5ooo Btu/min

13 5oo Btu/min + 85oo Btu/min

-8800 Btu/min

3oo Btu/min -85oo Btu/min

Zusammenfassend sieht die Erfindung ein Gas-Absorptionsverfahren zur Wiedergewinnung einer gewünschten Komponente aus einer Speisegasmischung, die die gewünschte Komponente enthält, vor. Bei der bevorzugten Ausbildung der Erfindung werden die Prozessvorgänge in einem geschlosenen Schleifensystem ausgeführt, und zwar einschließlich einer Gas/Flüssigkeits-Kontaktiersäule mit einer oberen, einer Zwischen- und einer unteren Kontaktzone. Ein flüssiges Absorptionsmittel für die gewünschte Komponente wird durch den Kreislauf oder die Schleife zirkuliert, läuft nach unten durch die Säule, wird regeneriert, von einem Rückkocher abgezogen und sodann wieder in die Säule rückgeführt. Ein neuartiges Verfahren wird dabei verwendet, um die gewünschte Komponente in einem schmalen Abschnitt der Zwischenzone zu konzentrieren. Dieses Verfahren sieht vor, daß die Temperatur der Flüssigphasen-Eingangsgröße zur Zwischenzone auf einem hinreichend niedrigeren Wert gehalten wird als die Temperatur der Gasphaseneingangsgröße zur

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Zone, um so eine Kondensation des Hauptteils des nach oben strömenden Absorptionsmitteldampfes zum Abschnitt zu bewirken. Dadurch wird ein steiler Temperaturgradient in dem Abschnitt aufgebaut. Die Strippingfaktoren unterhalb dieses Abschnitts werden derart ausgewählt, daß sichergestellt ist, daß praktisch alle Gase in dem nach unten strömenden Absorptionsmittel aus dem Abschnitt desorbiert werden. Die Strippingfaktoren oberhalb des Abschnitts werden ausgewählt, um die Rückauflösung der gewünschten Komponente, aber nicht der weniger löslichen Verdünnungsgase, sicherzustellen. Infolgedessen wird eine Spitzenkonzentration der gewünschten Komponente in dem Abschnitt aufgebaut und an dieser Komponente reiches Gas kann von dort abgezogen werden. Das neue Verfahren sieht wichtige Vorteile vor. Der Hauptvorteil besteht darin, daß die Prozessvorgänge in einer einzigen Säule durchgeführt werden können, in der die Kontaktxerungszonen auf im wesentlichen dem gleichen Druck arbeiten. Verglichen mit den bekannten Gas-Absorptionsverfahren kann das erfindungsgemäße Verfahren somit in einem System durchgeführt werden, welches beträchtlich einfacher, kompakter und zuverlässiger ist.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren, bei welchem eine flüssige Phase aus einer ersten Flüssiggaskontaktzone abgezogen wird, um eine bevorzugte Absorption einer ausgewählten Komponente einer Speisegasmischung in einem flüssigen Absorptionsmittel zu bewirken, und wobei diese flüssige Phase nach unten durch zweite und dritte Flüssigkeits/Gas-Kontaktzonen verläuft, und wobei die Flüssigphaseneingangsgröße zur zweiten Zone ein Flüssigkeitsabsorptionsmittel enthält, welches in Lösung eine ausgewählte gasförmige Komponente und mindestens ein weniger lösbares Verdünnungsgas enthält, wobei die Flüssigkeitsphaseneingangsgröße in der zweiten Zone mit einer wärmeren, nach oben fliessenden Gasphase,abgeleitet aus der dritten Zone, in Kontakt gebracht wird, und wobei die Gasphase Dampf aus dem flüssigen Absorptionsmittel aufweist und eine geringere Menge ans Gas desorbiert aus dem flüssigen Absorptionsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wiedergewinnung der erwähnten Komponente als ein Gas folgendes vorgesehen ist: a) Aufbau einer Spitzenkonzentration der erwähnten Komponente in einem Abschnitt der zweiten Zone durch

1) Aufrechterhaltung der Temperatur der Flüssigkeitsphaseneingangsgröße zur zweiten Zone auf einem hinreichend niedrigeren Wert als die Temperatur der nach oben strömenden aus der dritten Zone abgeleiteten Gasphaseneingangsgröße zur zweiten Zone zur Bewirkung,in dem erwähnten Abschnitt, der Kondensation eines Hauptteils des nach oben in den erwähnten Abschnitt fließenden Absorptionsmitteldampfes, und

2) Aufrechterhaltung unterhalb des Abschnitts von Strippingfaktoren von weniger als 1 für die erwähnte Komponente und für Gase weniger löslich als die Komponente, während oberhalb des Abschnitts Strippingfaktoren aufrechterhalten werden, die größer sind als 1 für die Komponente und kleiner als 1 für die weniger löslichen Gase, und

b) Abziehen eines an der erwähnten Komponente reichen Gases von dem Abschnitt.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsphaseneingangsgröße zur zweiten Zone sich auf einer Temperatur im Bereich von annähernd -200°F bis 500⁰F befindet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten, zweiten und dritten Zonen gebildet werden durch die obere, die Zwischen- und die untere Zone einer einzigen Flüssiggaskontaktsäule.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die obere, die Zwischen- und die untere Zone der Säule auf annähernd dem gleichen superatmosphärischen Druck gehalten werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Absorptionsmittel aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Fluorkohlenwasserstoffe, Kohlenwasserstoffe und Wasser.

6. Verfahren zur Wiedergewinnung einer ausgewählten Komponente aus einer Speisegasmischung, die diese Komponente enthält, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Vorsehen einer Flüssigkeit-Gas-Kontaktsäule, die eine obere Zone, eine Zwischenzone und eine untere Zone definiert,

b) Durchleiten eines Stromes eines flüssigen Absorptionsmittels für die erwähnte Komponente nach unten durch die Zonen der Säule, wobei diese Zonen auf annähernd dem gleichen superatmosphärischen Druck gehalten werden und mindestens ein Teil der unteren Zone auf dem Siedepunkt für das erwähnte Absorptionsmittel gehalten wird, und zwar auf dem in der Säule vorherrschenden Druck,

c) gegenstrommäßiges Inkontaktbringen des flüssigen Absorptionsmittels mit der Speisegasmischung in der oberen Zone,

d) gegenstrommäßiges Inkontaktbringen des sich ergebenden mit Gas angereicherten flüssigen Absorptionsmittels mit desorbierten Gasen und absorbiertem Dampf, abgeleitet aus der unteren Zone, in der Zwischenzone,

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e) gegenstrommäßiges Inkontaktbringen in der unteren Zone von flüssigem Absorptionsmittel aus der Zwischenzone mit Absorptionsraitteldampf und desorbierten Gasen, erhalten durch Sieden des flüssigen Absorptionsmittels, welches durch die untere Zone geströmt ist,

f) Aufrechterhaltung der Temperaturen und Strömungsraten der Gegenstrom-Flüssigkeits- und Gas-Phaseneingangsgrößen zur Zwischenzone auf Werten, die in einem Abschnitt der Zwischenzone die Kondensation eines Hauptanteils des nach oben strömenden Absorptionsmitteldampfes in den Abschnitt bewirken, wobei unterhalb dieses Abschnitts Strippingfaktoren aufrechterhalten werden von weniger als 1 für die erwähnten Komponenten und für die Gase, die weniger geeignet sind als die erwähnte Komponente, während oberhalb des erwähnten Abschnitts Strippingfaktoren aufrechterhalten werden von mehr als 1 für die erwähnte Komponente und weniger als 1 für Gase, die weniger löslich sind als die erwähnte Komponente, auf welche Weise die Komponente in dem erwähnten Abschnitt konzentriert wird, und

g) Abziehen des mit der erwähnten Komponente angereicherten Gases aus dem Abschnitt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Absorptionsmittel aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Fluorkohlenwasserstoffe, Kohlenwasserstoffe und Wasser.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Zone der Säule auf einer Temperatur im Bereich von annähernd -200⁰F bis 500⁰F gehalten ist.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme entfernt wird aus einer Zone der Säule angeordnet zwischen der unteren Zone und dem erwähnten Abschnitt durch Kondensieren eines Teils des nach oben strömenden Absorptionsmitteldampfes in der Zone und Übertragung der Kondensationswärme auf eine Wärmefalle außerhalb der Säule.

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10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das aus diesem Abschnitt abgezogene Gas abgenommen wird durch einen umgekehrten napfartigen Gaskollektor, der in dem Abschnitt angeordnet ist.

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