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Verfahren zum Zerlegen vonfGasgemischen mittels fester Adsorptionsstoffe
Es ist eine Reihe von industriellen Gasgemischen bekannt, aus denen bestimmte wirtschaftlich
wertvolle Gas- bzw. Dampfbestandteile mittels adsorptiv wirkender fester Stoffe
in prinzipiell einfacher Weise lediglich durch ein aber oder Durchleiten des Gasgemisches
über oder durch das körnige feste Adsorbens gewinnbar sind. Häufig tritt dabei jedoch
praktisch der Fall auf, daß die Abtrennung des oder der zu gewinnenden Anteile des
Gasgemisches mittels der festen adsorptiven Stoffe nicht ohne weiteres gelingt,
weil beim Durchtritt des Gasstromes über oder durch das körnige Adsorbens neben
der adsorptiven Beladung desselben Nebenvorgänge auftreten, welche zur Abscheidung
fester oder flüssiger Produkte am Adsorbens führen, die die Oberfläche desselben
überziehen und dessen Wirkung daher mit der Zeit vernichten.
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So sind beispielsweise die bei der Schwelung von Brennstoffen entstehenden
Schwelgase durch einen mehr oder minder großen. vom angewandten Brennstoff und verwendeten
Schwelverfahren abhängigen Anteil an dampfförmigen Leichtölen ausgezeichnet, der
prinzipiell auf einfachste Weise durch Adsorption an Aktivkohle gewinnbar ist. Praktisch
ist jedoch das Verfahren einer solchen Gewinnung der Leichtöldampfanteile aus Schwelgas
mittels Aktivkohle auf die Dauer nicht durchführbar, weil im Schwelgas, abgesehen
von Substanzen in Nebelform, wie Teer, noch andere gasförmige Stoffe, beispielsweise
Schwefelwasserstoff. flüchtige organische oxydable Substanzen neben Sauerstoff oder
auch lediglich polvmerisierbare gasförmige Verbindungen enthalten sind, welche neben
der gleichzeitig vor sich gehenden adsorptiven Beladung der Aktivkohle mit den dampfförmigen
Leichtölanteilen durch eine reaktive Umsetzung an der Aktivkohleoberfläche zur Bildung
fester oder flüssiger : Produkte führen, die dann die Oberfläche der Rlitivkollle
überziehen und deshalb unwirksam machen können; so bedingt z. B. der 5 chwefelwasserstoff-
und Sauerstoffgehalt des Schwelgases infolge Umsetzung zu elementarem Schwefel und
Wasser eine Ausscheidung festen Schwefels und eventuell auch flüssigen Wassers an
der Kohleoberfläche, deren wirksame Oberfläche dadurch verkleinert wird; es bedingt
ein Gehalt an gewissen polymerisierbaren organischen Dämpfen das Auftreten einer
Verharzung an der KollleolJerfläche, also gleichfalls eine Schädigung der Açdsorptionsleistung
der Kohle.
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Es wurde nun gefunden, daß diese Störungen des Adsorptionsvorgangs
durch Herabsetzen der Temperaturen, bei denen die Adsorption vor sich geht, beseitigt
werden können. Kühlt man z. B. das leichtölhaltige und überdies schwefelwasserstoff-
und sauerstoffhaltige Schwelgas vor dem Eintritt in
die als körnige
Filterschicht ausgebildete Aktivkohlemasse genügend weitgehend ab, so zeigt sich,
daß die Aktivkohle nun nur den Leichtöldampfanteil des Gasgemisches, tmd zwar quantitativ,
zurückhalten kann, während sie die übrigen Gasbestandteile, vor allein den Schw,
e£elwasserstoff und Sanerstoff, vollsltändig unverändert hindurchtreten läßt Die
maximale Temperatur, die gemäß der Erfindung während des A dsorptionsvorgangs nicht
überschritten werden darf, liegt in vielen Fällen durchaus nicht besonders niedrig.
So genügt es, in dem eben gegebenen Beispiel bei entsprechend geringer Strömungsgeschwindigkeit
das zu behandelnde Gasgemisch auf etwa ob abzukiihlen. Bei der Wiedergewinnung des
Alkohols aus einem Gemisch von Alkoholdampf und Luft läßt sich die schädliche Oxydation
des Alkoholdampfes durch den Sauerstoff der Luft schon durch Vorkühlung etwa mit
Wasser (Leitungswasser von etwa 15°) beträchtlich herabdrücken.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, Gasgemische, die die Adsorptionskraft
der Adsorptionsmittel schädigende Bestandteile nicht enthalten, durch Adsorption
bei künstlich erniedrigsten Temperaturen zu zerlegen. Auch ist es bekannt, Benzolkohlenwasserstoffe
und Äthylen aus Destillationsgasen fossiler Brennstoffe dadurch abzuscheiden, daß
bei Temperaturen von z. B. - 600 C die Benzolkohlenwasserstoffe und ähnliche Bestandteile
von verhältnismäßig niedrigem Siedepunkt durch Kondensation niedergeschlagen wurden,
worauf dann die schwerer kondensierbarren Bestandteile der Destillationsgase durch
Adsorption bei ähnlich niedriger Temperatur gewonnen werden. Indessen hat man noch
nicht erkannt, daß die Herabsetzung der Temperatur allein schon genügt, um zu verhindern,
(laß durch gewisse Bestandteile, die in manchen adsorptiv zu behandelnden Gas-oder
Gasdampfgemischen enthalten sein könneu, an dem Adsorptionsmittel Nebenreaktionen
auftreten, durch die die Adsorptionskraft wesentlich geschädigt wird, Es werden
auch die Temperaturen, die gemäß der Erfindung eingehalten werden müssen, nicht
wie bei den bekannten Verfahren bedingt durch die Flüchtigkeit der zu aelsorbierenden
Stoffe, sondern sie richten sich nach der Natur der den Adsorptionsvorgang gefährdenden
Bestandteile der zu behandelnden. Gasgemische und liegen in vielen Fällen so hoch,
daß die bei den bekannten Verfahren angestrebte Erhöhung der Adsorptionsleistung
noch nicht oder zum mindesten nicht in dem beabsichtigten Maße eintritt. Das Verfahren
gemäß der Erfindung stellt sich also auch in beztig auf die Arbeit, die zur Kälteerzeugung
aufgewendet werden muß, wesentlich günstiger als die bekannten Verfahren.
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Das Überschreiten der gemäß der Erfindung einzuhaltenden Arbeitstemperatur
kann verhindert werden durch Kühlung des zu behandelnden Gas- oder Gasdampfgemisches
oder des Adsorptionsmittels oder beider.
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Besonders vorteilhaft ist die im folgenden beschriebene Ausführungsform
der Erfindung.
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Das zu trennende Gasgemisch, also beispielsweise das angegebene Schwelgas,
wird ohne besondere Vorkühlung, also bei gewöhnlicher Betriebstemperatur, einer
als Filterschicht ausgebildeten Masse des festen Adsorbens zugeführt. Erfindungsgemäß
erfolgt jedoch die Zuführung des Gasgemisches zur Aktivkohle nicht direkt, sondern
als Zuspeisung zu einem Gaskreislauf, der aus einer geeigneten Gasumlaufsvorrichtung
und dem adsorptiven Filter aufgebaut und ursprünglich mit einem beliebigen Gasgemisch
gefüllt wird.
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Speist man das zu trennende Gasgemisch im Strömungssinne vor dem aktiven
Filter in den Gaskreislauf ein und führt den eingespeisten Gasüberschuß dahinter
wieder ab, so bewirkt man dadurch, daß das zu behandelnde Gas gemisch mit erheblich
gesteigerter Geschwindigkeit durch das aktive Filter hindurchgeführt wird. Man findet
dann, daß eine glatte Abtrennung der adsorptiv aufnehmbaren Gasbestandteile eintritt,
ohne daß eine reaktive Umsetzung an der Oberfläche des festen Adsorbens erfolgt.
Die Steigerung der Gasgeschwindigkeit bedingt offenbar, daß die adsorptive Beladungszone,
die bei den üblichen geringen Gasgeschwindigkeiten erfahrungsgemäß infolge der kleinen
Gas- und der großen Adsorptionsgeschwindiglceit sehr schmal ist, sich in der Strömungsrichtung
des Gases erheblich ausdehnt, wodurch die auftretende Adsorptionswärme, statt in
einer dünnen Schicht zusammengehalten zu bleiben, auf ein einstellbares, beliebig
großes Kohlevolumen verteilt werden kann, wodurch das Austreten hoher Temperaturen
in der Zone adsorptiver Beladung verhindert und damit der Eintritt störender Nebenreaktionen,
der eine höhere als die gewöhnliche Betriebstemperatur erfordert, an der Oberfläche
des Adsorbens vermieden werden kann.
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Schaltet man eine Reihe solcher Gaskreisläufe bintereinander, wobei
überdies die Kreisläufe mittels ihrer Antriebsvorrichtungen zweckmäßig mechanisch
gekuppelt sein können, so erhält man dadurch eine Anordnung, welche sich hinsichtlich
der Höhe der erreichbaren adsorptiven Beladung des Adsorbens von einer Anordnung
ohne Gaskreislauf nicht unterscheidet; es sind lediglich die
genannten
Adsorptionszonen entsprechend der Gasgeschwindigkeit verbreitert, die erforderlichen
Mengen festen Adsorbens größer; dafür ist selbstverständlich aber auch die Gesamtaufnahmeleistung
der vorgegebenen Menge des Adsorbens entsprechend größer.
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Eine zweckmäßige Form der Anordnung von Filterschichten aus körnigem
Adsorhens für ein System hintereinandergeschalteter Gaskreisläufe erreicht man dadurch,
daß man in einem vertikalen Schacht durch entsprechende Gaszu-und-abführungen im
Strömungssinne hintereinandergeschaltete Filterschichten schafft; diese können dann
bei Bewegung des körnigen Adsorbens im Schacht im Gegenstrom zum System der Gaskreisläufe
wandern.
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Offenbar erreicht man also auch auf diese zweite angegebene Weise
ohne jede Vorkühlung bei passender Betriebstemperatur die volle dieser Temperatur
entsprechende adsorptive Beladung des Adsorbens unter Ver meidung des Auftretens
der angegebenen störenden Nebenreaktionen, die zu einer Schädigung der Oberfläche
des Adsorbens, zumindest bei längerem Gebrauche, führen müssen.
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Erfindungsgemäß nutzen daher die beiden beschriebenen Verfahren die
Temperaturkoeffizienten entgegengesetzten Vorzeichens der adsorptiven Beladung und
der reaktiven Umsetzung in besonders wirksamer Weise praktisch aus.
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Es hat sich insbesondere als zweckmäßig ergeben, für Verfahren der
vorbeschriebenen Art eine gut wärmeleitende aktive Substanz, z. B. eine bestimmte
Sorte von Aktivkohle, als Adsorbens zu wählen, da durch die Wärmeableitung des Adsorbens
selbst der angestrebt Zweck noch besser erfüllt wird.
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Im Zusammenhang damit ist es weiter zweckmäßig, die Regenerierung
solcher wärmeleitender, also auch elektrisch leitender adsorptiver Massen zwecks
Abtrennung und Gewinnung der adsorbierten Produkte mittels elektrischer Stromwärme
vorzunehmen.