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Verfahren zur Durchführung katalytischer Gasreaktionen Die Erfindung
bezieht sich auf ein neues Verfahren zur Durchführung katalytischer Gasreaktionen,
bei denen verhältnismäßig geringe Mengen indifferenter Gase in den unter Druck umlaufenden
Gasgemischen enthalten sind.
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Die indifferenten Gase nehmen an den gewünschten Reaktionen nicht
Teil und vermindern dieWirtschaftlichkeit des Arbeitsganges. Das ist besonders dann
der Fall, wenn nach der Abführung der Reaktionsprodukte die zurückbleibenden Gase
zwecks weiterer Reaktion umlaufen. Dabei häufen sich die ursprünglich in sehr geringer
Menge vorhandenen indifferenten Gase allmählich an.
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Bei der synthetischen Herstellung von Ammoniak aus synthetischen und
atmosphärischem Stickstoff reichern sich beispielsweise die umlaufenden Gase allmählich
mit dem zusammen mit dem Stickstoff eintretenden Argon und dem zusammen mit dem
Wasserstoff eintretenden Methan in dem Maße an, wie der reine Stickstoff und Wasserstoff
in Form von Ammoniak entfernt werden. Den zurückbleibenden, noch nicht umgewandelten
Gasen werden neue Gase mit Argon und Methan zugeführt, so daß das nun umlaufende
Gasgemisch einen höheren Gehalt an indifferenten Gasen besitzt.
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Um die indifferenten Gase zu entfernen, bedient man sich bekanntlich
der Lösung derselben in einem geeigneten Lösungsmittel, als welches sich hier beispielsweise
Kerosin eignet. Es würde theoretisch möglich sein, diese Behandlung bei den Reaktionsgasen
vorzunehmen oder aber die Umlaufgase derselben zu unterwerfen. In letzterem Falle
könnte man entweder alle indifferenten Gase aus den Umlaufgasen entfernen oder dieselben
bis auf einen gleichbleibenden geringen Restgehalt an indifferenten Gasen reinigen.
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Die Behandlung der Reaktionsgase und die restlose Beseitigung der
indifferenten Gase aus den Umlaufgasen sind mit Rücksicht auf den sehr kleinen Gehalt
der Reaktionsgase an indifferenten Gasen (nämlich nur 0,5
°@o) für die Praxis
unbrauchbar.
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Der Weg, die Umlaufgase bis auf einen gleichbleibenden geringen Restgehalt
von den indifferenten Gasen zu befreien, ist dagegen bereits ernstlich vorgeschlagen
und in der Praxis versucht worden. Man hat auf diese Weise die Gase der Kohlehydrierung
mittels nichtflüchtiger Lösungsmittel von Methan befreit und die soweit gereinigten
Gase in den Hydrierungsprozeß zurückgebracht. Diese Arbeitsweise unterscheidet sich
schon dadurch grundsätzlich vom Erfindungsgegenstande, daß bei ihm das
01 einen der normalen Bestandteile bildet.
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Eine Einrichtung zur Ausübung des bekannten Verfahrens zeigt einen
einfachen Kreislauf, aus welchem an einer Stelle die Reaktionsprodukte entfernt
werden. Zwischen
dieser Stelle und dem Reinigungsapparat werden
dann die frischen Gase zugeführt.
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Vorliegende Erfindung beschreitet demgegenüber einen anderen Weg.
Hinter der Stelle des Hauptkreislaufs, an welcher die Reaktionsprodukte abgeführt
werden, schließt die Erfindung einen N ebenschluß an und legt in diesen den Reinigungsapparat.
Der Hauptkreislauf wird durch die Hauptzirkulationspumpe aufrechterhalten. Mittels
einer zweiten Zirkulationspumpe entnimmt die Erfindung hinter dem Apparat zur Entfernung
der Reaktionsprodukte eine Teilmenge der katalv sierten Gase und führt diese in
den Nebenschluß durch den Reinigungsapparat, tun dann die gereinigte Teilmenge wieder
in den Hauptkreislauf einzuführen, welchem mittels der Gaszuführungspumpe die frischen
Gase unmittelbar zugeleitet werden.
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Während das bekannte Verfahren im Hauptkreislauf die Reinigung an
den gesamten Umlaufgasen vornimmt, bewirkt also die Erfindung die Reinigung im N
ebenschluß nur an einer Teilmenge der Umlaufgase.
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Die Teilmenge soll im nachfolgenden als Abblasegas bezeichnet werden,
und zwar aus folgendem Grunde.
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Man hat bereits vorgeschlagen, den Gehalt der Umlaufgase an indifferenten
Gasen dadurch auf einen geringen Restgehalt zurückzuführen und auf diesem zu erhalten,
daß man aus dem Hauptkreislauf hinter der Austrittsstelle der Reaktionsprodukte
eine Teilmenge der Umlaufgase abblies. Diese Abblasegase ließ man entweder einfach
entweichen, also völlig unausgenutzt verlorengehen, oder aber man benutzte sie lediglich
als Brennstoff. Eine bessere Verwertung kannte man bis jetzt nicht. Vor allen Dingen
war kein Weg bekannt, um die wertvollen Bestandteile der Abblasegase, also in erster
Linie ihren Gehalt an wertvollem Reaktionsgas, wiederzugewinnen.
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DieErfindung zeigt nun einen solchenWeg, indem sie vorschlägt, die
Abblasegase oder Nebenschlußgase mit einem geeigneten Lösungsmittel zu behandeln
und sie nach der im Nebenschluß erfolgten Reinigung wieder in den Hauptkreislauf
einzuführen. Das neue Verfahren bietet gegenüber dem bei derKohlehydrierung bekannten
Verfahren der Behand-Jung der Umlaufgase erhebliche Vorteile.
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Das Umlaufgas möge 2o ooo cbm pro Stunde betragen, 95 % Reaktionsgas
und 5 °/a indifferente Gase enthalten.
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Wenn man nach dem bekannten Verfahren das Umlaufgas behandeln will,
so möge in einem gegebenen Falle theoretisch i cbm Lösungsmittel erforderlich sein,
um die indifferenten Gase unter dem Druck zu absorbieren, dem das Umlaufgas unterliegt.
In der Praxis hat sich aber diese Lösungsmittelmenge als viel zu gering erwiesen,
um die große Umlaufgastnenge (2o ooo cbm) reinigen zu können. Vielmehr ist dazu
in Wirklichkeit etwa die zehnfache Menge (io cbm Lösemittel) notwendig.
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Für das Verfahren gemäß Erfindung würden bei stündlicher Einführung
von i ooo cbm Reaktionsgas mit o,5 °1o indifferenten Gasen etwa ioo cbm Abblasegas
in den Nebenschluß überzuführen sein. Es hat sich nun gezeigt, daß für diese verhältnismäßig
kleine Gasmenge die. theoretische Lösemittelmenge von i cbm für das ganze Umlaufgas
genügt, um die Abblasegase so weit zu reinigen, daß der gleiche Reinheitsgrad im
Hauptkreislauf erzielt wird, zu dessen Herbeiführung man bei der Behandlung der
Umlaufgase io cbm Lösungsmittel anwenden muß.
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Das bekannte Verfahren erfordert große Hochdruckwaschtürme, große
Lösungsmittelmengen und einen großen Kraftaufwand zum Einblasen des Lösungsmittels,
ferner entstehen große Verluste an wertvollem Reaktionsgas. Das gereinigte Gas _
ist stark mit Kerosindampf gesättigt, greift den Katalyten an, und durch die Zersetzung
des Kerosins steigt der Methangehalt bemerkenswert.
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Das neue Verfahren erfordert nur sehr kleine Waschtürme, sehr kleine
Lösemittelmengen und einen geringen Kraftaufwand zum Einblasen des Lösungsmittels.
Da nur 1/"o der Umlaufgasmenge mit Kerosindampf wieder in den Arbeitsgang zurückkehrt,
wird dieser durch das Umlaufgas so stark verdünnt, daß nur eine belanglose Methanbildung
und praktisch keine Beeinflussung des Katalyten erfolgt. Es tritt also die überraschende
Tatsache ein, daß eine gegen Kontaktgift so empfindliche Reaktion, wie es beispielsweise
die Ammoniaksynthese ist, vollkommen einwandfrei ohne Verminderung der Wirksamkeit
des Katalysators verläuft.
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Diese erheblichen technischen Fortschritte werden dadurch erreicht,
daß nach dem neuen Verfahren eine Teilmenge der Umlaufgase, welche aus dem Hauptkreislauf
nicht mehr wirklich abgeblasen, sondern mittels eines Nebenschlusses abgezweigt
und in diesem mit einem nichtflüchtigen Lösungsmittel, wie z. B. Kerosin, in an
sich bekannter Weise behandelt wird, um sie von den indifferenten Gasen zu befreien,
worauf sie 'in den Hauptkreislauf wieder eingeführt wird.
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Das Lösungsmittel, z. B. Paraffinöl oder Kerosenöl, umfaßt zweckmäßig
die vom Rohpetroleum stammenden und gewöhnlich für Leuchtzwecke benutzten Ölfraktionen.
Der Siedepunkt des Öles liegt zweckmäßig zwischen i7o und 300° C.
Beispiel
Die Umlaufgase einer Ammoniaksyntheseanlage, die beispielsweise unter Zoo atü arbeitet,
möge etwa 5 °/o indifferenter Gase enthalten. Ihre Menge betrage 2o ooo cbm pro
Stunde, die im Hauptkreislauf umlaufen.
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Hiervon werden ungefähr ioo cbm Abblasegase pro Stunde durch einen
Nebenschluß zum Hauptkreislauf abgezweigt und mit etwa i cbm pro Stunde Kerosin
behandelt, um die indifferenten Gase zu entfernen.
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Die Temperatur kann normal sein oder vorteilhaft etwas niedriger,
beispielsweise ungefähr o° C. Eine besondere Kühlung der Absorptionstürme ist aber
nicht erforderlich, da die Lösungswärme vernachlässigt werden kann. Das gewaschene
und noch unter dem Druck von Zoo atü stehende Abblasegas wird in die Ammoniaksynthese,
also in den Hauptkreislauf, wieder eingeführt.
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Das Waschöl kann in geeigneter Weise weiterbehandelt werden.