DE523114C - Trennung von Gasgemischen mit Hilfe eines dampffoermigen Diffusionsmittels - Google Patents

Description

• Trennung von Gasgemischen mit Hilfe eines dampfförmigen Diffusionsmittels Die wirtschaftliche Abtrennung einzelner Bestandteile aus Gas- oder Dampfgemischen, sei es zwecks Entfernung von unerwünschten oder zwecks Gewinnung von wertvollen Bestandteilen in reiner oder wenigstens möglichst konzentrierter Form, ist vielfach von großer technischer Bedeutung. Die hierfür bekanntenVerfahren, insbesondere diejenigen, die auf der Anwendung eines Lösungsmittels für die abzutrennenden Bestandteile beruhen, bedürfen meist kostspieliger und umständlicher Anlagen und führen oft, besonders wenn es sich um die Gewinnung von wertvollen Bestandteilen aus verdünnten Gemischen handelt, zu großen Verlusten an dem gewünschten Produkt oder all dem angewandten Lösungsmittel. Die auf der Diffusion des abzutrennenden Bestandteiles durch poröse Wände oder durch strömende Hilfsgase beruhenden Verfahren sind ebenfalls zu teuer. Bei den üblichen, auf der Anwendung eines gas- oder dampfförmigen Diffusionsmittels beruhenden Verfahren besteht der Nachteil, daß dieses Mittel in einer besonderen Vorrichtung erzeugt bzw. unter Druck gesetzt werden muß, um die gemäß den bisherigen Vorschlägen notwendige hohe Strömungsgeschwindigkeit des Diffusionsmittels zu erzeugen.
• Es wurde nun gefunden, daß man in vielen Fällen eine weitgehende Trennung von Gas-oder Dampfgemischen in wirtschaftlicher Weise erzielen kann, wenn man das Gasgeinisch im Diffusionsgefäß mit einer verdampfenden Flüssigkeit, der man eine möglichst große Oberfläche gegeben hat, unter solchen Bedingungen des Druckes und der Temperatur in Berührung bringt, daß ein Gemisch aus dem dabei entstehenden Dampf und dem in diesen Dampf hineindiffundierten Bestandteil des Gasgemisches entsteht, und das so entstandene Gemisch zwecks Befreiung des zu gewinnenden Bestandteiles von dem Dampf aus dem Bereich der verdampfenden Flüssigkeit fortleitet.
• Das Verfahren sei an Hand der beiliegenden Zeichnung, die eine für die Ausführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung schematisch darstellt, näher erläutert.
• Das zu trennende Gasgemisch wird am Boden des zylinderförmigen Gefäßes G, das mit dem Kühlrohr K und der dieses umgebenden, in Form eines Hohlzylinders angeordneten, aus Tonkugeln, Raschigringen o. dgl. bestehenden Füllung F versehen ist, mittels des mit Löchern versehenen Ringrohres eingeführt. Auf die mittels zweier Zylindermäntel N,, und N, aus Drahtnetz oder durchlochtem Blech o. dgl. zusammengehaltene Füllung läßt man aus der Zuführungsvorrichtung W z. B. warmes Wasser rieseln, das auf dem Wege von oben nach unten durch die Füllung zum Teil verdunstet, während der nicht verdunstete Teil durch A abläuft. Es läßt sich nun einerseits die Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Druck des mittels F_ eingeführten Gasgemisches, andererseits die Temperatur und die Menge des herunterrieselnden Wassers bzw. des durch K strömenden Kühlmittels leicht so regulieren, daß der in F entstandene Wasserdampf mit einer solchen Geschwindigkeit gegen .das Kühlrohr strömt und an ihm kondensiert wird, dar er einen großen oder den größten Teil des rascher in ihn diffundierten Bestandteils des zu trennenden Gasgemisches mit sich zum Kühlrohr führt. Das so aus dem Bereich des verdampfenden Wassers fortgeleitete und beim Entlangströmen am Kühlrohr K vom Wasserdampf befreite Gas wird durch die Abzugsrohre D entnommen, während der nicht diffundierte Bestandteil des Gasgemisches durch die Abzugsrohre C abgeführt wird.
• Zur Erzielung einer scharfen Trennung des Gasgemisches ist es gegebenenfalls vorteilhaft, dem eingeführten Gasgemisch oder auch den nicht diffundierten abziehenden Bestandteilen eine zyklonartige Bewegung zu erteilen, was am besten durch Zu- bzw. Abführungsrohret die gegen die vertikale Zylinderachse geneigt sind, geschieht. Um einen eventuellen störenden Einfluß der Strömung des eingeführtenGasgemisches auf die Diffusionsvorgänge zu verhindern, kann es nützlich sein, durch in geeigneter Weise an der Ummantelung der Füllung angeordnete Netze, Prallbleche o. dgl. die Strömung in feine Wirbel aufzulösen. An die Stelle des Kühlrohres K kann auch ein Rohrbündel oder eine zweckmäßig in dichten Spiralen gewickelte Rohrschlange treten. Die Befreiung des abgetrennten Bestandteiles vom Flüssigkeitsdampf kann auch durch Ad- oder Absorption des Dampfes bewirkt bzw. gefördert werden, indem man z. B. die Kühlvorrichtung durch ein herunterrieselndes, den Dampf ad- bzw. absorbierendes festes oder flüssiges Mittel ersetzt oder zwischen der Kühlvorrichtung und derVerdunstungsvorrichtung eineSchicht eines solchen Mittels anordnet. Das zu trennende Gasgemisch wird zweckmäßig auf die Temperatur der zu verdunstenden Flüssigkeit oder besser einige Grade höher vorgewärmt; dies kann auf beliebigem Wege und unter Verwendung der durch Wärmeaustausch zurückzugewinnenden fühlbaren Wärme der die Vorrichtung verlassenden Gase und Flüssigkeiten erfolgen. Diese Wärme kann gewünschtenfalls auch zur Erwärmung der vorteilhaft im Kreislauf geführten, zu verdunstenden Flüssigkeit herangezogen werden.
• Das Verfahren kann, wenn ein Arbeitsgang nicht ausreicht, leicht im Kreislaufbetrieb oder in mehreren Stufen oder auch unter Anwendung beider Maßnahmen ausgeführt werden. Das stufenweise Arbeiten erfolgt derart, daß bei der wiederholten Behandlung jeweils die Arbeitsbedingungen, wie Temperatur, Strömungsgeschwindigkeit der Gase und der herabrieselnden Flüssigkeit oder Art dieser Flüssigkeit, geändert <<erden, was insbesondere bei der Behandlung von Gasgemischen mit mehr als zwei Bestandteilen in Betracht kommt.
• Das vorliegende Z'erfaliren hat sich beispielsweise für die Trennung von Kohlenoxydwasserstoffgemischen als sehr geeignet erwiesen; ferner seien die Abtrennung von Acetylen und ähnlichen Kohlenwasserstoffen aus wasserstoffhaltigen Gasen und die Befreiung von technischem Wasserstoff von Verunreinigungen, wie Edelgasen, Oxvden des Kohlenstoffs, 1Ietlian u. dgl., als Beispiele erwähnt.
• Die Trennung derartiger Gemische kann man noch wirkungsvoller gestalten, wenn man als zu verdunstende Flüssigkeiten solche wählt, die gegenüber einem oder mehreren der abzutrennenden Bestandteile ein besonderes Lösungsvermögen aufweisen. In manchen Fällen sind die üblichen organischen Lösungsmittel, z. B. Äther, Alkohole, Aceton, Benzol u. dgl., vorteilhaft anwendbar.
• Durch die vorliegende Erfindung werden die den bisher bekannten Verfahren eigenen Nachteile, die auf die Anwendung hoher Flüssigkeitsschichten und hoher Drucke beim Lösen von Gasen in Flüssigkeiten oder auf die großen Widerstände und die Verstopfungsgefahr bei der Verwendung von festen Diffusionszellen zurückzuführen sind, vermieden. Das neue Verfahren bedarf bei größter Wirksamkeit nur eines geringen Energie- und Wärmeaufwandes, da die teureKompressionsarbeit wegfällt und in den meisten Fällen schon verhältnismäßig niedrige Temperaturen für die Verdampfung genügen, um hinreichende Mengen Dampf zu erzeugen.
• Es ist zwar bereits bekannt, die Abtrennung von Gasen aus .einem Gasgemisch durch Diffusion derart durchzuführen, daß man die zu trennenden Gase in ein Diffusionsmittel mit technisch leicht veränderbarem Aggregatzustand hinein diffundieren läßt, wobei das Diffusionsmittel während des Diffusionsvorganges im gasförmigen Zustand gehalten und nach der Diffusion in den flüssigen bzw. festen Aggregatzustand übergeführt wird. Die bei dem vorliegenden Verfahren wesentliche und die Trennung von Gasgemischen, insbesondere wenn sie im technischen Maßstab ausgeführt werden soll, sehr vereinfachende Maßnahme, nämlich die Erzeugung des Diffusionsmittels durch Verdampfung einer Flüssigkeit am Ort des Diffusionsvorganges selbst, wurde aber bei dieser bekannten Arbeitsweise nicht angewandt.
• Beispiel i Ein aus 7a"/" Wasserstoff und 28"/" Stickstoff bestehendes Gasgemisch wurde mit etwa Atmosphärendruck durch die oben beschriebene, mit etwa 9o° heißem Wasser beschickte Vorrichtung geleitet. Durch die Vorrichtung, die für eine Gasmenge von 8 Liter/Minute und für Atmosphärendruck gebaut war, strömten in der Minute 1z ccm Heißwasser. Durch einmaliges Durchleiten wurde ein aus 8z"/" Wasserstoff und i8"/" Stickstoff bestehendes Gasgemisch in einer Ausbeute von i 5 °/" des in die Vorrichtung geschickten Gasgemisches erhalten. Die Druckdifferenz zwischen dem durch E eingeleiteten und dem aus D entweichenden Gasgemisch betrug etwa i mm Wassersäule.
• Aus dem in Beispiel ? gewonnenen Gas wurde in einem weiteren Diffusionsprozeß ein Gas von etwa 92 0/, Wasserstoff mit Ausbe fiten von .40 '/, und mehr gewonnen.
• Beispiel Aus einem aus :250/" Kohlensäure und 751 Wasserstoff bestehenden Gasgemisch wurde bei einmaligem Durchleiten durch die Vorrichtung unter ähnlichen Bedingungen wie den im Beispiel i genannten und ebenfalls unter Anwendung von heißem Wasser bzw. von Wasserdampf als Diffusionsmittel. in einer Ausbeute von 15'j" ein Gemisch aus 9i"/" Wasserstoff und 9"/" Kohlensäure erhalten, also eine Anreicherung des Wasserstoffs um i6"/" erzielt.
• Beispiel 3 Wurde bei der Arbeitsweise gemäß Beispiel 2 heißer Alkohnl bzw. Alkoholdampf als Diffusionsmittel an,- gewandt, so erhält man aus dem dort genannten Gasgemisch bei einmaligem Durchleiten in einer Ausbeute von 15"/, ein Gemisch aus 88/" Wasserstoff und i2"/" Kohlensäure.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Trennung von Gasgemischen mit Hilfe eines dampfförmigen Diffusionsmittels, gekennzeichnet durch die Erzeugung des Dampfes an der Diffusionsstelle.
2. 2. Vorrichtung zurAusführung des Verfahrens gemäß Anspruch i, gekennzeichnet durch ein mit Zu- und Abführungsorganen für das zu trennende Gasgemisch bz w. die abgetrennten Bestandteile versehenes, zweckmäßig zylindrisches Gefäß, in dem sich eine in Form eines Hohlzylinders gestaltete gasdurchlässige Vorrichtung für die Erzeugung des Dampfes befindet, in deren Innerem eine Kühlvorrichtung zur Kondensierung des Dampfes angebracht ist.