-
Verfahren zur Befreiung von Gasen von Benzol Bei den üblichen Verfahren
zur Benzolauswaschung z. B. aus Koksofengas durch Waschöl verbleiben etwa 4 bis
5 g Benzol in i cbm des Gases. Dieses Benzol besteht nur zu einem Teil aus C,;H,;
und enthält je nach der Herkunft des Gases wechselnde Mengen von anderen flüchtigenDämpfen,
wie ungesättigte oder carbozyklische Kohlenwasserstoffe, Naphthalin und selbst Spuren
von Anthracen. Dieses Benzol scheidet sich bei der Zerlegung des Koksofengases durch
partielle Verflüssigung (z. B. zwecks Gewinnung von Wasserstoff) bei der Abkühlung
in fester Form aus und verstopft nach einer gewissen Betriebsperiode die Kühlrohre
des Trennungsapparates, so daß der Betrieb unterbrochen und der Apparat angewärmt
werden muß, um das Benzol usw. abzuschmelzen und zu entfernen. Da der Prozeß der
Zerlegung des Koksofengases, beispielsweise zur Wasserstoffgewinnung für die Ammoniaksynthese,
meist vollkommen kontinuierlich erfolgen muß, bedeutet die Betriebsunterbrechung
eines Zerlegungsapparates eine empfindliche Störung des Betriebes, die nur durch
Aufstellung kostspieliger Reserveaggregate verhindert werden kann, dann aber immer
noch durch die erforderlichen Umschaltvorrichtungen den Betrieb bedeutend- kompliziert.
-
Es ist vorgeschlagen worden, die Abscheidung des Benzols durch Tiefkühlung
unter Zusatz so großer Mengen eines Lösungsmittels -Toluolzu bewirken, daß die Kondensation
in flüssiger Form erfolgt und eine Ausscheidung in fester Form verhindert wird.
Der hierbei erforderliche beträchtliche Toluolzusatz ist mit erheblichen Kosten
verknüpft, zu denen noch hohe Betriebskosten kommen infolge des großen Kältebedarfes
für die Abkühlung der Toluolmengen auf die benötigte tiefe Temperatur. Ein weiterer
Nachteil dieses Verfahrens ist, daß das Benzol in einem Gemisch mit viel Toluol
ausgeschieden wird, so daß also zur Reingewinnung des Benzols ein besonderer Destillationsprozeß
erforderlich ist.
-
Demgegenüber wird nach vorliegendem Verfahren das Benzol in verhältnismäßig
reiner Form gewonnen, und alle Schwierigkeiten der bisherigen Verfahren werden dadurch
umgangen, daß man den Gegenstromwärmeaustauscher, in dem das Koksofengas heruntergekühlt
wird, an einer Stelle unterbricht, an welcher die Hauptmenge des Benzols abgeschieden
ist. Im Falle einer Verstopfung durch sich fest ausscheidendes Benzol braucht nur
der erste Teil des Gegenstromkühlers umgewechselt zu werden, wogegen im übrigen
Teil des Kühlers sowie in dem eigentlichen Zerlegungsapparat Verstopfungen nicht
zu befürchten sind und der Betrieb unverändert weitergehen kann.
-
Durch Versuche wurde nämlich gefunden, daß bei Koksofengas mittlerer
Zusammensetzung eine Benzolmenge von etwa o,o5 g/cbm, bezogen auf entspanntes Gas,
von den gleichzeitig vorhandenen und bei tiefer Temperatur sich ausscheidenden schweren
Kohlenwasser
stoffen, insbesondere denen der Olefinreihe und carbozyklischen
Reihe, bei den in Frage kommenden Temperaturen vollständig in Lösung gehalten wird.
Diese Zahl verschiebt sich naturgemäß mit wechselnder Zusammensetzung des Koksofengases
und ist außerdem von dem angewendeten Zerlegungsdruck abhängig.
-
Zur Abscheidung der Hauptmenge des Benzols verwendet man zweckmäßig
einen Vorkühlen der aus mehreren Ästen besteht, von denen einer stets im Betrieb
ist, während die anderen gleichzeitig aufgetaut werden; meist wird es genügen, zwei
auswechselbare Aste vorzusehen.
-
Die Durchführung des Verfahrens werde an Hand beiliegender Abb. =
erläutert; Das von dem Kompressor A angesaugte und auf den gewünschten Druck geförderte
Koksofengas wird nach Entziehung der Kompressionswärme in dem Wasserkühler B in
den Vorkühler C eingeführt. Es tritt z. B. durch das Dreiwegventil i in den aufzutauenden
(linken) Ast ein und geht durch den Abscheider D von unten in den (rechten) Ast
des Kühlers. Die aus dem Trennungsapparat E austretenden kalten Zerlegungsprodukte
strömen in entgegengesetzter Richtung nur durch einen (rechten) Ast des Kühlers
und kühlen das Koksofengas auf die gewünschte Temperatur. Dabei scheidet sich das
Benzol usw. in fester Form im Kühler aus.
-
Das von der Hauptmenge des Benzols befreite Gas tritt durch das Ventil
e aus dem Kühler aus und wird dem Trennungsapparat E zugeführt, in welchem es nach
weiterer Abkühlung auf tiefe Temperatur in der gewünschten Weise zerlegt wird. (Der
Einfachheit halber ist in der Abbildung nur eine Säule des Trennungsapparates gezeichnet.)
Nach einer gewissen Zeit wird mittels der Ventile x, 2 und 3 die Strömungsrichtung
der Gase in dem Vorkühler umgekehrt. Dabei wird durch das warme eintretende Koksofengas
das in dem einen (rechten) Ast des Kühlers abgeschiedene Benzol abgetaut und in
dem Abscheider D gesammelt. Die Abkühlung des Koksofengases und Abscheidung des
Benzols findet nunmehr in dem anderen (linken) Kühlerast statt. Es ist also auf
diese Weise ein vollkommen kontinuierlicher Betrieb des Zerlegungsapparates möglich.
-
Eine Abart des Verfahrens besteht darin, den Vorkühler mit einem geeigneten
Lösungsmittel von tiefem Schmelzpunkt zu berieseln und auf diese Weise auch das
in dem ersten Teil des Gegenstromkühlers sich abscheidende Benzol in Lösung zu halten.
Dabei wird gleichzeitig eine vollkommenere Entfernung des Benzols erreicht, da der
Dampfdruck des Benzols in der verdünnten Lösung geringer ist als der der festen
Substanz. Als geeignetes und billiges Lösungsmittel erwies sich z. B. der bei der
Benzolgewinnung mittels des Waschölverfahrens vor der eigentlichen Benzolfraktion
anfallende bis etwa -E- 40 ' C siedende Vorlauf, der einen sehr tiefen Schmelzpunkt
besitzt. In gleicher Weise können als Lösungsmittel auch andere Flüssigkeiten, wie
z. B. Äthyläther, benutzt werden, sofern sie nur ein genügendes Lösungsvermögen
und einen genügend tiefen Schmelzpunkt besitzen.
-
Die im Abscheider des Vorkühlers gesammelte Benzollösung wird in bekannter
Weise durch Rektifikation in Benzol und das leichter siedende Lösungsmittel getrennt
und die Waschflüssigkeit mittels einer Pumpe dem Prozeß wieder zugeführt.
-
Die Abkühlung des Lösungsmittels auf die gewünschte Temperatur erfolgt
zweckmäßig durch die im Trennungsapparate abgeschiedenen höheren Kohlenwasserstoffe
- C,H4, C,H, und Homologe -, wobei diese gleichzeitig verdampft werden.
-
Eine Ausführung dieses Verfahrens sei an Hand von Abb. 2 erläutert:
Das komprimierte Gas wird hinter dem Wasserkühler B bei i in die gekühlte Waschsäule
C geführt und in dieser durch die von 3 nach q. strömenden kalten Zerlegungsprodukte
auf die gewünschte Temperatur gekühlt und gleichzeitig durch Berieselung mit der
bei 3 auf die Säule aufgegebenen kalten Waschflüssigkeit vom Benzol befreit. Nach
Austritt aus der Säule C durchläuft das Koksofengas den Gegenstromwärmeaustauscher
E des Zerlegungsapparates, wird dort durch die aus dem Trennungsapparat F austretenden
kalten Zerlegungsprodukte weiter abgekühlt und tritt in die Säule des Trennungsapparates
ein. (Der Einfachheit halber wurde nur eine Säule gezeichnet.) Die flüssig abgeschiedenen
schweren Kohlenwasserstöffe sammeln sich in dem Verdampfungsgefäß unter der Säule,
während die leichter siedenden Anteile bei 2 austreten und im Gegenströmer E sowie
der Waschsäule C ihre Kälte abgeben. Die sich bei 5 in der Waschsäule sammelnde
Lösung des Benzols wird bei 6 in eine mit Dampf beheizte und mit wassergekühltem
Kondensator versehene Rektifikationssäule aufgegeben und dort zerlegt. Das Benzol
sammelt sich bei 7, während das Lösungsmittel flüssig bei 8 von der Pumpe H angesaugt
wird, die es durch die Verdampferschlange 9 drückt und wieder auf die Waschsäule
C fördert. In 9 wird das Lösungsmittel durch das Gemisch der aus dem Koksofengas
abgeschiedenen Kohlenwasserstoffe stark abgekühlt, wobei gleichzeitig die Verdampfung
dieser Kohlenwasserstoffe erfolgt, die durch io den Trennungsapparat verlassen.
-Zur Vereinfachung der Darstellung sind die zu der Säule G gehörenden Wärmeaustauscher
weggelassen.
-
Statt das Lösungsmittel in flüssiger Form auf den Vorkühler aufzugeben,
kann man auch
so verfahren, daß man das Lösungsmittel dampfförmig
dem Gase zusetzt, also z. B. sich das Koksofengas mit dem flüssigen Lösungsmittel
sättigen läßt, so daß sich das Benzol im Vorkühler gleichzeitig mit dem Lösungsmittel,
also in flüssigem Zustande abscheidet.
-
Soll das Benzol quantitativ entfernt werden, was bei kohlenwasserstoffarmen
Gasen notwendig sein kann, so sieht man zweckmäßig einen weiteren Rieselkühler hinter
dem Vorkühler vor, in dem eine weitere Waschung mit tiefer siedenden Kohlenwasserstoffen,
z. B. Äthylen und Propylen, bei tieferer Temperatur erfolgt. Diese Kohlenwasserstoffe
haben gleichzeitig die Eigenschaft, Kohlensäure zu lösen, so daß die bei der Zerlegung
von Koksofen-gas sonst notwendige und kostspielige Absorptionseinrichtung für Kohlensäure
ganz oder zum Teil fortfallen kann.
-
Ein besonderer Vorteil des vorstehend beschriebenen Verfahrens besteht
darin, daß unter Umständen- eine vorherige Benzolwäsche des Gases mit Waschöl ganz
fortfallen kann, da bei höheren Benzolgehalten ein großer Teil bereits bei der Kompression
flüssig abgeschieden wird, während der Rest leicht auf die beschriebene Weise entfernt
werden kann.
-
Es sei ausdrücklich bemerkt, daß das Verfahren in gleicher Weise,
wie vorstehend für Koksofengas als Beispiel beschrieben, für die Entfernung von
Benzol und ähnlichen Kohlenwasserstoffen mit hohem Schmelzpunkt aus anderen Gasgemischen
Anwendung finden kann, z. B. Leuchtgas, Schwelgas, Bergingas oder Ölgas.