DE481127C - Verfahren zum Zerlegen von Gasgemischen mittels fester Adsorptionsstoffe - Google Patents

Description

• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Das Überschreiten der gemäß der Erfindung einzuhaltenden Arbeitstemperatur kann verhindert werden durch Kühlung des zu behandelnden Gas- oder Gasdampfgemisches oder des Adsorptionsmittels oder beider.
• Besonders vorteilhaft ist die im folgenden beschriebene Ausführungsform der Erfindung.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Erfindungsgemäß nutzen daher die beiden beschriebenen Verfahren die Temperaturkoeffizienten entgegengesetzten Vorzeichens der adsorptiven Beladung und der reaktiven Umsetzung in besonders wirksamer Weise praktisch aus.
• 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.
• 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.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Zerlegen von Gas-oder Gasdampfgemischen u. dgl., die neben mehr oder weniger adsorbierbaren Bestandteilen Stoffe enthalten, die in Berührung mit dem Adsorbens den Adsorptionsvorgang störende chemische Umsetzungen erfahren, mittels fester Adsorbentien, dadurch gekennzeichnet, daß die die Adsorptionsleistung störenden chemischen Reaktionen im wesentlichen unterdrückt werden durch Herabsetzung der Temperatur, bei der der Adsorptionsvorgang stattfindet, in der Weise, daß die Grenzen der Arbeitstemperatur bedingt werden durch die Natur der Stoffe, die die Adsorption gefährden können.
2. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß man die Einwirkung des zu behandelnden Gasgemisches auf das feste Adsorbens bei gewöhnlicher Betriebstemperatur ohne besondere Vorkühlung, aber nicht direkt, sondern mittels eines Gaskreislaufes vornimmt, durch welches Mittel die Adsorptionszone entsprechend der gesteigerten Gasdurchtrittsgeschwindigkeit verbreitert und das Aufreten von erheblichen Temperatursteigerungen infolge Adsorptionswärme verhindert wird, zum Zwecke, die adsorptive Beladung uneingeschränkt, und zwar bis zur vollen Gleichgewichtsbeladung, vor sich gehen zu lassen, die Kontaktreaktion jedoch infolge des Vermeidens der Erreichung entsprechend hoher Temperaturen praktisch zu unterdrücken.
3. 3. Verfahren nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur vollen Ausnutzung der adsorptiv gewinnbaren Anteile des vorliegenden Gasgemisches eine Reihe von Gaskreislaufsystemen hintereinaudergeschaltet angewendet wird, wobei zweckmäßig die verschiedenen Gaskreislaufantriebseinrichtungen mechanisch gekuppelt und überdies noch die adsorptiven Filter in Form eines Schachtes angeordnet sind.
4. 4. Verfahren nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die körnige adsorptive Masse in einem Schacht im Gegenstrom zum System des Gaskreislaufes diskontinuierlich oder kontinuierlich bewegt wird.