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Verfahren zur Absorption von Schwefelwasserstoff, Kohlensäure und
anderen Gasbestandteilen Ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren für die Entfernung
von Kohlensäure beliebiger Konzentration aus Gasgemischen ist die Auswaschung aus
dem komprimierten Gase durch Druckwasser; dabei kann die Kohlensäure aus dem gesättigten
Wasser nach dessen Entspannung durch Belüftung wieder entfernt und das regenerierte
Wasser nach Kompression wieder zur Auswaschung verwendet werden. Enthält das zu
behandelnde Gas Schwefelwasserstoff, so muß dieser vor der Druckwasserwäsche auf
chemischem Wege, z. B. durch Raseneisenerzreiniger, entfernt werden, was besonders
bei hohen Schwefelwasserstoffkonzentrationen sehr große Kosten verursacht. Eine
gleichzeitige Auswaschung des Schwefelwasserstoffes und der Kohlensäure durch Druckwasser
ist nicht angängig, denn einmal ist eine genügend vollständige Entfernung des Schwefelwasserstoffes
infolge seines hohen Absorptionskoeffizienten durch Belüftung des Wassers sehr schwierig
und würde kostspielige Regenerierwerke erfordern, weiterhin tritt bei dieser Regenerierung
durch teilweise Oxydation durch den Luftsauerstoff Bildung von Schwefel ein, der
im Wasser suspendiert bleibt und leicht zu Verstopfungen Anlaß gibt, und schließlich
verursachen die bei der Belüftung ;frei werdenden Schwefelwasserstoffmengen eine
unzulässige Verseuchung der Atmosphäre. Eine chemische Entfernung des Schwefelwasserstoffes
aus den großen Wassermengen scheitert aus wirtschaftlichen und technischen Gründen.
Ein völliger Verzicht auf die Regenerierung des Wassers kann nur in ganz wenigen
Fällen in Frage kommen, da die Beseitigung der großen Mengen von übelriechendem
Abwasser schwierig ist-, ferner müssen genügende Mengen von billigem Frischwasser
zur Verfügung stehen.
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Durch die vorliegende Erfindung werden die angeführten Übelstände
vermieden und die Entfernung des Schwefelwasserstoffes auch von sehr hoher Konzentration
neben gleichzeitig vorhandener Kohlensäure durch Druckwasserwäsche unter Regenerierung
des Druckwassers ermöglicht, wobei der im Schwefelwasserstoff enthaltene Schwefel
auf einfache Weise gewonnen werden kann. Die Erfindung besteht darin, daß das Gas
durch zwei Waschtürme unter gleichem Druck im Gegenstrom zum Wasser, dessen Gesamtmenge
auf den zweiten Turm aufgegeben wird, hindurchgeführt wird und nur ein zur Lösung
der leichter löslichen Bestandteile, wie Schwefelwasserstoff, ausreichender Teil
des aus dem zweiten Turm abfließenden, mit Kohlensäure angereicherten Wassers ohne
Entspannung
auf den ersten Waschturm aufgegeben wird, und daß die aus den Türmen abfließenden
Wasseranteile getrennt abgeführt und für sich regeneriert werden. Dabei wird die
Behandlung des Schwefelwasserstoff- und kohlensäurehaltigen Gases mit Druckwasser
in zwei Waschtürmen durchgeführt und die auf den ersten Turm aufgegebene Wassermenge
so bemessen, daß der Schwefelwasserstoff vollständig ausgewaschen wird. In diesem
Turm geht nur ein Drittel der Kohlensäure in Lösung, während die restlichen zwei
Drittel erst in dem zweiten Turm entfernt werden. Da sich entsprechend den Absorptionskoeffizienten
des Schwefelwasserstoffes und der Kohlensäure die auf den Schwefelwasserstoff- und
den Kohlensäureturm aufgegebenen Wassermengen etwa wie i ::2 verhalten, kann die
Hauptmenge des Wassers, die nur noch Spuren von Schwefelwasserstoff enthält, ohne
weiteres in einfachen Gradierwerken belüftet und nach Austreiben der Kohlensäure
wieder verwendet werden.
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Aus dem im ersten Turm 3 verwendeten gesättigten Wasser werden bei
Entspannung auf Atmosphärendruck bereits etwa 30 °/o des Schwefelwasserstoffes in
hoher Konzentration abgegeben, der z. B. in bekannter Weise in Clausöfen in elementaren
Schwefel übergeführt werden kann. Die Entfernung des noch im Wasser gelösten Schwefels
erfolgt zweckmäßig in der Hauptsache durch eine Vakuumpumpe, die den erhaltenen,
noch höherprozentigen Schwefelwasserstoff ebenfalls den Clausöfen zuführt. Die geringe
noch im Wasser verbleibende Schwefelwasserstoffmenge kann ohne große Kosten durch
chemische Mittel entfernt werden, als welche Behandlung des Wassers mit Eisenoxyd
oder Einleiten von Schwefeldioxyd, das durch Verbrennung eines Teiles des erhaltenen
Schwefels erzeugt werden kann, genannt seien.
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Die Entspannung des mit Gas gesättigten, aus den. Waschtürmen kommenden
Druckwassers erfolgt zweckmäßig in Turbinen unter teilweiser Rückgewinnung der zur
Kompression erforderlichen Energie, wobei die Turbinen mit der Wasserpumpe auf der
gleichen Welle sitzen.
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Bei hohen Kohlensäure- und Schwefelwasserstoffgehalten des verarbeiteten
Gases erreicht besonders bei Verwendung von weichem Wasser die Wasserstoffionenkonzentration
des kohlensäurehaltigen Wassers so hohe Werte, daß Metalle, die mit dem Wasser in
Berührung sind, z. B. die Wandungen der Waschtürme, deren Füllmaterial oder die
Leitungsrohre, sehr stark angegriffen werden; dabei wirkt gerade die gleichzeitige
Anwesenheit von Kohlensäure, Schwefelwasserstoff und Sauerstoff besonders korrosionsfördernd.
Wenn auch bereits Schutzüberzüge der verwendeten Metalle, z. B. mit Asphalt, oder
die Wahl von Füllkörpern aus Steingut oder Porzellan teilweise Abhilfe schafft,
so lassen sich nach vorliegendem Verfahren die Korrosionen vollständig vermeiden,
wenn man dem Wasser Stoffe in solcher Konzentration zusetzt, daß die Wasserstoffionenkonzentration
auf den Wert von etwa io-' vermindert wird. Besonders haben sich für diesen Zweck
Alkalien als geeignet erwiesen, die bereits in den geringen Konzentrationen von
i bis 2 Gewichtsprozenten die gewünschte Wirkung haben. Da das Wasser einen geschlossenen
Kreislauf beschreibt, findet ein Verbrauch dieser Stoffe nur so weit statt, als
die unvermeidlichen Wasserverluste durch Zufuhr von Frischwasser ersetzt werden
müssen. In den Fällen, wo an die Druckwasserwäsche ein Gaszerlegungsverfahren durch
Tiefkühlung angeschlossen ist, bei dein in bekannter Weise Natronlauge zur Feinreinigung
von Kohlensäure verwendet wird, stehen die notwendigen Alkalien in reichlicher Menge
in der verbrauchten Lauge zur Verfügung.
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Das vorstehend beschriebene Verfahren kann sinngemäß auch für die
Entfernung anderer leicht in Wasser löslicher giftiger oder aggressiver Gase oder
Dämpfe aus Gasgemischen Anwendung finden, z. B. für die selektive Absorption von
Schwefeldioxyd und Kohlensäure, wobei auch mehr als zwei Waschtürme verwendet werden
können.
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Die Durchführung des Verfahrens sei an dem Beispiel der Entfernung
von Schwefelwasserstoff und Kohlensäure aus Braunkohlenschwelgas mit einem Gehalt
von etwa 7,5 °/o HZ S und 30 °/o CO, an Hand der Patentzeichnung erläutert.
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Das im Kompressor i komprimierte Gas tritt nach Entfernung der Kompressionswärme
im Kühler 2 in den Turm 3 ein, der bei q. mit der zur Auswaschung des Schwefelwasserstoffes
notwendigen und durch Ventil 5 geregelten Druckwassermenge gespeist wird; das Druckwasser
verläßt den Turm durch Leitung 6 und wird in der Turbine 7 auf annähernd Atmosphärendruck
entspannt. Das vom Schwefelwasserstoff praktisch befreite Gas, das noch etwa 24
°/o Kohlensäure enthält, tritt sodann in den Turm 8 ein, der durch Leitung io mit
dem zum Auswaschen der Kohlensäure notwendigen Druckwasser beschickt wird, von dem
eine durch Ventil 9 geregelte Menge, die etwa doppelt so groß ist wie die auf Turm
3 aufgegebene Wassermenge, nach Verlassen des Turmes 8 in der Turbine 24 auf Atmosphärendruck
entspannt
wird. Das schwefelwasserstoff- und kohlensäurefreie Gas
verläßt den Turm 8 durch Leitung i i und kann z. B. direkt als Ferngas verwendet
oder in einem Tiefkühlprozeß weiterzerlegt werden. Das bei der Entspannung in der
Turbine 7 frei gewordene, etwa 25 °/, H.S enthaltende Gas wird in dem Abscheider
12 abgetrennt und das darin gesammelte Wasser durch Ventil 13 in den Abscheider
14 entspannt, in dem durch die Vakuumpumpe 15 der Rest des Schwefelwasserstoffes
aus dem Wasser praktisch vollständig entfernt wird. Die aus dem Abscheider i2, und
aus der Vakuumpumpe 15 erhaltenen schwefelwasserstoffreichen Gase werden vereinigt
und zwecks Gewinnung des Schwefels beispielsweise Clausöfen zugeführt. Die Entfernung
der letzten Spuren Schwefelwasserstoff aus dem Wasser kann beispielsweise in dem
Rieselturm 16 stattfinden, der mit Eisenoxyd beschickt ist. Das regenerierte Wasser
wird mit dem Behälter i7 gesammelt.
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Die bei der Entspannung des aus dem Turm 8 kommenden Wassers in der
Turbine 2_1 erhaltene etwa 75prozentige Kohlensäure wird in dem Abscheider 18 abgeschieden
und das Wasser durch die Pumpe i9 auf das Gradierwerk 20 gefördert, in dem das Austreiben
der noch im Wasser gelösten Kohlensäure durch Belüftung erfolgt. Das regenerierte
Wasser sammelt sich in dem Behälter 2i und wird zugleich mit dem in Behälter
17 erhaltenen Wasser durch die Turbopumpe 22 angesaugt und auf den zur Waschung
benötigten Druck gefördert. Die Pumpe 22 sitzt-mit den Turbinen 7 und 24 sowie dem
Antriebsmotor 23 auf der gleichen Welle, so daß der in den Turbinen zurückgewonnene
beträchtliche Teil der Kompressionsarbeit ohne Verluste auf die Pumpe übertragen
wird.
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Die Ausführung des Verfahrens sowie die Anordnung der einzelnen Apparateteile
kann natürlich auch in anderer Weise als in dem Beispiel beschrieben, erfolgen,
insbesondere kann z. B. die chemische Regenerierung im Rieselturm 16 durch Einleiten
von gasförmigem S02, das durch Verbrennen eines Teiles des gewonnenen Schwefels
erhalten wurde, in das Wasser erfolgen. Ferner kann an Stelle der Vakuumpumpe 15
für die Entfernung des Schwefelwasserstoffes aus dem in 14 gesammelten Wasser das
im Abscheider 18 abgetrennte sehr kohlensäurehaltige Gas Verwendung finden. Die
Türme 3 und 8 können vorteilhaft übereinander angeordnet werden.