DE3441932C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her­ stellung eines flüssigen Absorbates von einer Flüssigkeit und einem darin leicht löslichen gasförmigen Stoff. In der Technik kommt es häufig vor, daß Gasgemische mit Flüssigkeiten gewaschen werden, um eine Gaskomponente zu absorbieren. Dabei wird sich, je nach chemischer Affini­ tät und Flüchtigkeit, nicht bloß die eigentlich zu absor­ bierende, sondern auch eine andere Komponente etwas lösen.

Aus DE-OS 19 51 277 ist ein Verfahren bekannt, bei dem mehrere gasförmige Verunreinigungen von einer Flüssigkeit absorbiert und anschließend gemeinsam desorbiert werden, wobei die Flüssigkeit im Kreis geführt wird. Eine Trennung der Verunreinigungen wird auf diese Weise nicht erreicht.

Zur Entfernung der unerwünschten Komponenten stehen eine Reihe von physikalischen Trennverfahren zur Verfügung. So kann man tiefer siedende Komponenten von höher siedenden in Trennkolonnen durch Destillation, Rektifikation oder Strippen trennen. Es ist auch bekannt, diese Verfahren bei Überdrücken, bei Normaldruck, sowie unter Vakuum durchzu­ führen. Die leichter flüchtige Komponente wird bei diesen Trennverfahren durch Strippen oder Entspannen, z. B. unter Vakuum (meist am Kopf der Kolonne, z. B. durch eine Vakuum­ pumpe) entfernt. Dabei gerät sie, ggfs. auf dem Umweg über das Pumpensystem, in die Abluft und kann nur mit hohem apparativen Aufwand zurückgewonnen werden. Sowohl der Ver­ lust der Komponenten, wie die durch sie verursachte Um­ weltbelastung, sind unerwünscht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, aus einer bei der Absorption eines unter Druck stehenden Gasge­ misches primär anfallenden Flüssigkeit durch Ent­ spannung eine tiefer siedende (unerwünschte) Komponente abzutrennen, ohne andere gelöste Komponenten zu ent­ fernen. Dabei soll es nicht zu Produktverlust und ins­ besondere nicht zum Auftreten von Emissionen kommen und nach Möglichkeit weder zusätzliche Wärmeenergie noch mechanische Energie benötigt werden.

Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe.

Sie betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines flüssigen Absorbates von einer Flüssigkeit F und einem leicht lösli­ chen gasförmigen Stoff A, ausgehend von der Flüssigkeit F und einem unter einem Druck von über 1 bar stehenden gas­ förmigen Gemisch aus A und einem schwerlöslichen gasförmi­ gen Stoff B, bei dem man dieses Gemisch in einem ersten Reaktionsgefäß mit der Flüssigkeit F in innigen Kontakt bringt, man die nicht gelösten Anteile an gasförmigem Stoff B abführt, man die entstehende flüssige Phase aus F, A und geringen Anteilen B in einem zweiten Reaktionsgefäß entspannt, die dabei entbundenen Anteile an B (und ggfs. A) als Gasphase abzieht und ein flüssiges Absorbat aus F und A gewinnt, das frei ist von B. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte gasförmige Ge­ misch unter einem Druck von über 1 bar steht, man die ent­ stehende flüssige Phase aus F, A und geringen Anteilen B in einem evakuierten Gefäß entspannt, man das Vakuum durch eine Gasstrahlpumpe erzeugt, die betrieben wird durch das unter Druck stehende gasförmige Gemisch aus A und B und man das die Pumpe verlassende gasförmige Gemisch mit der Flüssigkeit F in innigen Kontakt bringt. Die Ausdrücke "leicht löslich" und "schwer löslich" kennzeichnen die Gaskomponenten bezüglich der Löslichkeit in F, insbesondere bei der Temperatur, bei der die Entspannung in dem zweiten Reaktionsgefäß stattfindet. Für den innigen Kontakt der Gasphase und der Flüssigphase werden bevorzugt Waschtürme oder Rieseltürme eingesetzt. Es ist von Vorteil, wenn die Löslichkeitsunterschiede so groß sind, daß bereits beim Auswaschen im ersten Reaktionsgefäß die Hauptmenge an dem gasförmigen Stoff B abgeführt werden kann. Bei geringeren Unterschieden in der Flüchtigkeit kann es erforderlich werden, die im zweiten Reaktionsgefäß entbundenen Anteile in mehrstufigen Trennsäulen oder Trennkolonnen aufzu­ trennen und nur die unerwünschte Komponente über eine Leitung in die Gasstrahlpumpe zu führen.

Beispiele für Gas/Flüssigkeits-Systeme, die erfindungs­ gemäß zu flüssigen Absorbaten führen können, sind:
Salzsäure/Fluorkohlenwasserstoffe sowie Schwefelsäure aus SO₂/SO₃ und Wasser.

Damit die Trennung im zweiten Reaktionsgefäß zufrieden­ stellend verläuft, ist es vorteilhaft, wenn der schwer lösliche gasförmige Stoff B einen höheren Dampfdruck auf­ weist als das flüssige Absorbat aus F und A. Falls der aus dem unter vermindertem Druck stehenden zweiten Reaktionsgefäß entweichende Gasstrom noch nennenswerte Anteile an F enthält, so kann man durch Auskondensieren (z. B. mit Hilfe eines Dephlegmators) die Flüssigkeit F zurückhalten. Ebenso kann man in dem evakuierten Gefäß oberflächenreiche Einbauten anbringen (z. B. Füllkörper), und so die Trennleistung verbessern.

In vielen technischen Prozessen wird als Flüssigkeit F Wasser eingesetzt werden. Beispielsweise kann man ein gasförmiges Gemisch aus Chlorwasserstoff und Chlor­ kohlenwasserstoffen (mit einem Siedepunkt unter 100°C, insbesondere unter 30°C) mit flüssigem Wasser in innigen Kontakt bringen und schließlich einerseits gasförmig die Chlorkohlenwasserstoffe und andererseits wäßrige, von Chlorkohlenwasserstoffen freie Salzsäure gewinnen.

Ein Verfahren zur Reinigung von wäßriger Salzsäure, die durch Absorption von verunreinigtem Chlorkohlenwasser­ stoff in Wasser enthalten wurde, läßt sich aus Ullmanns Encyclopädie, 4. Auflage, Band 20, Seite 370, ableiten. Bei diesem Verfahrensschema wird jedoch nicht unter ver­ mindertem Druck gearbeitet. Dies macht es erforderlich zum Austreiben die Temperatur zu erhöhen. Im Beispiel wird die Erfindung anhand der Herstellung von wäßriger Salzsäure näher erläutert.

Das skizzierte erfindungsgemäße Verfahren ist besonders dann vorteilhaft, wenn das primär anfallende gasförmige Gemisch bereits unter einem Druck von über 1 bar steht und nicht erst komprimiert werden muß. Unabhängig davon, wird die mechanische Energie des unter Druck stehenden Gases benutzt, um eine Vakuumpumpe zu betreiben.

Eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht dar­ auf, daß die mechanische Energie der unter Druck stehenden Flüssigkeit F ausgenutzt wird. Bei diesem Verfahren zur Herstellung eines flüssigen Absorbates aus einer Flüssig­ keit F und einem leicht löslichen gasförmigen Stoff A aus­ gehend von der unter Druck stehenden Flüssigkeit F, und einem gasförmigen Gemisch aus A und einem schwer löslichen gasförmigen Stoff B, bringt man zunächst dieses Gemisch in einem ersten Reaktionsgefäß mit der Flüssigkeit F in innigen Kontakt, führt die nicht gelösten Anteile an gas­ förmigem Stoff B ab, entspannt die entstehende flüssige Phase aus F und A (und geringen Anteilen B) in einem zwei­ ten Reaktionsgefäß, wobei die dabei entbundenen Anteile an B (und ggfs. A) als Gasphase abgezogen werden und ein flüssiges Absorbat aus F und A gewonnen wird, das frei ist von B. Diese Variante ist dadurch gekennzeichnet, daß man die flüssige Phase aus F, A und geringen Anteilen B in einem evakuierten Gefäß entspannt, man das Vakuum durch eine Flüssigkeitsstrahlpumpe erzeugt, die betrieben wird durch die unter Druck stehende Flüssigkeit F und man die Flüssigkeit, die die Pumpe verläßt, in innigen Kontakt bringt mit dem gasförmigen Gemisch aus B und ggfs. A. Auch bei dieser Variante wird bevorzugt als Flüssigkeit F flüssiges Wasser eingesetzt. Beispielsweise kann man auch hier ein gasförmiges Gemisch von Chlorwasserstoff und Chlorkohlenwasserstoffen (mit einem Siedepunkt unter 100°C) mit flüssigem Wasser waschen und schließlich einerseits gasförmig Chlorkohlenwasserstoff und anderer­ seits wäßrige Salzsäure, die frei ist von Chlorkohlen­ wasserstoff, gewinnen.

Es ist auch möglich, gleichzeitig die mechanische Energie des unter Druck stehenden Gases und der unter Druck stehenden Flüssigkeit F auszunutzen. Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist also dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte gasförmige Gemisch aus A und B einen Druck von über 1 bar auf­ weist und man für die Erzeugung des Vakuums sowohl eine Gasstrahlpumpe verwendet, die betrieben wird durch das unter Druck stehende gasförmige Gemisch aus A und B so­ wie durch einen Flüssigkeitsstrahler, der betrieben wird durch die unter Druck stehende Flüssigkeit F.

Wenn man eine große Regelbreite des Vakuums erreichen will, so ist es vorteilhaft, jeweils mehrere Strahlpumpen (insbesondere 2 bis 5 Pumpen) parallel zu schalten.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren (Einsatz eines unter Druck stehenden Gasgemisches) wird kein Heizdampf ge­ braucht und keine zusätzliche Antriebsenergie für das Vakuumsystem. Die Apparatur läßt sich einfach aufbauen und es treten keine Ausbeuteverluste auf.

Beispiel

Bei der Methanchlorierung fällt nach Kondensation der hochsiedenden Anteile ein Gasgemisch an, das in der Hauptsache aus Chlorwasserstoff besteht und nur wenig niedrig siedende Chlorkohlenwasserstoffe enthält. Die Auf­ arbeitung wird erläutert an Hand der Figur. Das unter einem Druck von 5 bar stehende Gas gelangt über Lei­ tungen 1 und 1a zum Gasstrahler 10. Dieser Strahler dient zur Erzeugung des Vakuums. Das Gas verläßt den Gasstrahler über Leitung 11 und gelangt so in die Wasch­ kolonne 3. In Leitung 11 beträgt der Druck nur noch ca. 1,4 bar. Leitungen 1 und 11 sind zusätzlich durch das Druckreduzierventil 2 und Leitung 1b verbunden.

In Kolonne 3 wird das durch 11 eintretende Gas mit Wasser gewaschen, das am Kopf der Kolonne (3) über Leitung 4 eintritt. Dabei bildet sich heiße Salzsäure, die noch Chlorkohlenwasserstoffe gelöst enthält. Am Kopf von 3 wird über Leitung 5 ein Gemisch von Chlorkohlenwasserstoff und Wasserdampf (mit Spuren HCl) abgezogen. Die wäßrige Säure wird am Sumpf der Kolonne (3) abgezogen und über Leitung (6) und das Druckreduzierventil 12 auf den Kopf der Füllkörpersäule 7 aufgegeben. Diese Säule stellt das zweite Reaktionsgefäß dar. Beim Entspannen in (7) wird Flash-Dampf gebildet. Die Chlorkohlenwasserstoffe werden hierbei aus der Säure ausgetrieben und am Kopf der Kolonne 7 abgeführt. Die große Füllkörperoberfläche begünstigt das Austreiben der Chlorkohlenwasserstoffe. Der Druck in (7) liegt bei 400-600 mbar. Am Sumpf der Kolonne 7 wird über Leitung 13 31%ige Salzsäure abgezogen.

Am Kopf der Kolonne (7) wird ein Gasgemisch abgezogen, das hauptsächlich niedrig siedende Chlorkohlenwasser­ stoffe neben Wasserdampf und Chlorwasserstoff enthält. Durch den mit Wasser gekühlten Dephlegmator (8) wird die Hauptmenge des Wasserdampfes kondensiert. Das restliche Gas wird über Leitung (9) in den Gasstrahler (10) gesaugt. Die desorbierten Gase gelangen so wieder in den Rohgasstrom und durchlaufen erneut die weitere Aufar­ beitung.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung eines flüssigen Absorbates von einer Flüssigkeit F und einem leicht löslichen gasförmigen Stoff A, ausgehend von der Flüssigkeit F und einem gasförmigen Gemisch aus A und einem in F schwer löslichen gasförmigen Stoff B, wobei man dieses Gemisch in einem ersten Reaktionsgefäß mit der Flüssigkeit F in innigen Kontakt bringt, man die nicht gelösten Anteile an gasförmigen Stoff B abführt, die entstehende flüssige Phase aus F und A und ge­ ringen Anteilen B in einem zweiten Reaktionsgefäß ent­ spannt, die dabei entbundenen Anteile an B (und gegebenenfalls A) als Gasphase abzieht und ein flüssi­ ges Absorbat aus F und A gewinnt, das weitgehend frei ist von B, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte gasförmige Gemisch unter einem Druck von über 1 bar steht, man die entstehende flüssige Phase aus F, A und geringen Anteilen B in einem evakuierten Gefäß entspannt, man das Vakuum durch eine Gasstrahlpumpe erzeugt, die be­ trieben wird durch das unter Druck stehende gasförmige Gemisch aus A und B und man das die Pumpe verlassende gasförmige Gemisch mit der Flüssigkeit F in innigen Kontakt bringt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der schwerlösliche gasförmige Stoff B einen höheren Dampfdruck aufweist als das flüssige Absorbat aus F und A.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den aus dem evakuierten Gefäß entweichenden Gas­ strom aus B (und gegebenenfalls A) abkühlt und man etwa vorhandene Anteile an F auskondensiert.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Flüssigkeit F Wasser einsetzt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man ein gasförmiges Gemisch von Chlorwasserstoff und Chlorkohlenwasserstoffen mit flüssigem Wasser in innigen Kontakt bringt und schließlich einerseits gasförmig Chlorkohlenwasserstoffe und andererseits wäßrige Salz­ säure, die frei ist von Chlorkohlenwasserstoffen, ge­ winnt.

6. Verfahren zur Herstellung eines flüssigen Absorbates aus einer Flüssigkeit F und einem leicht löslichen gasförmigen Stoff A ausgehend von der unter Druck stehenden Flüssigkeit F, und einem gasförmigen Gemisch aus A und einem schwerlöslichen gasförmigen Stoff B, wobei man dieses Gemisch in einem ersten Reaktionsge­ fäß mit der Flüssigkeit F in innigen Kontakt bringt, man die nicht gelösten Anteile an gasförmigen Stoff B abführt, die entstehende flüssige Phase aus F und A (und geringen Anteilen B) in einem zweiten Reaktions­ gefäß entspannt, die dabei entbundenen Anteile an B (und gegebenenfalls A) als Gasphase abzieht und ein flüssiges Absorbat aus F und A gewinnt, das frei ist von B, dadurch gekennzeichnet, daß man die flüssige Phase aus F, A und geringen Anteilen B in einem eva­ kuierten Gefäß entspannt, man das Vakuum durch eine Flüssigkeitsstrahlpumpe erzeugt, die betrieben wird durch die unter Druck stehende Flüssigkeit F und man die Flüssigkeit, die die Pumpe verläßt, in innigen Kontakt bringt mit dem gasförmigen Gemisch aus B und gegebenenfalls A.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Flüssigkeit F flüssiges Wasser einsetzt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man ein gasförmiges Gemisch von Chlorwasserstoff und Chlorkohlenwasserstoffen mit flüssigem Wasser wäscht und schließlich einerseits gasförmig Chlorkohlen­ wasserstoff und andererseits wäßrige Salzsäure, die frei ist von Chlorkohlenwasserstoff, gewinnt.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte gasförmige Gemisch aus A und B einen Druck von über 1 bar aufweist und man für die Er­ zeugung des Vakuums auch eine Gasstrahlpumpe verwen­ det, die betrieben wird durch das unter Druck stehende gasförmige Gemisch aus A und B.