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Verfahren zur Gewinnung bzw. Entfernung von Gasbestandteilen aus Gasen
durch regenerative Kühlung Die neuere Entwicklung der Gaszerlegungsverfahren durch
Anwendung von Kälte hat die Bedeutung des regenerativen Wärmeaustausches für diese
Zerlegungsverfahren mehr und mehr in den Vordergrund gerückt. Die besonderen Vorzüge
des regenerativen Arbeitens .sind :darin zu erblicken, daß in einem Regenerator
unvergleichlich viel größere Wärm:eaustauschfiächen untergebracht werden können
als ,in den bis vor kurzem allein gebräuchlichen zweiräumigen Röhrenwärmeaustauschern.
Infolgedessen ist :es möglich geworden, sehr viel. sparsamer hinsichtlich der zur
Kälteerzeugung notwendigen Energie zu arbeiten. Außerdem aber haben die Regeneratoren
den besonderen Vorteil, daß sich in ihnen ohne Schädigung des Wärmeaustausches .leichter
kondensierbare Stoffe in fester oder flüssiger Form absetzen können, die dann in
:der Kaltblaseperiode mit dem rückströmenden Kaltgas wieder ausgetrieben werden.
Dabei zeigt es sich, daß die etwa 1,5- bis 21ache Volumenmenge zum Austreiben der
abgeschiedenen Verunreinigungen benötigt wird; d. h. wenn man mit einem Gas von
:etwa 2 bis. g atü unter Abkühlung des[ Gases durch,die Regeneratoren geht, so kann
man die ausgeschiedenen Verunreinigungen mit derselben Gasmenge in der Kaltblaseperiode
bei normalem Druck wieder mit Sicherheit aus den Regeneratoren entfernen; dabei
würden die rückströmenden Gase auch schon unter Unterdruck verwendet.
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Es ist ferner vorgeschlagen worden, vor der Zerlegung van Gasgemischen,
wie Kokereigas, Leuchtgas :oder anderen brennbaren Gasgemischen, durch Tiefkühlung
in Gegenstromkühlern den zu zerlegenden Gasgemischen jene Bestandteile zu entziehen,
die bei der Abkühlung sich in fester Form abscheiden und zu einer baldigen Verstopfung
des Gastrenners führen würden. Die bisher notwendigen kostspieligen chemischen Reinigungsprozesse
sollen nach dem Verfahren dieses älteren Patentes dadurch vermieden werden, daß
die z. B. kohlensäure- und acetylenhaltigen Koksiofengase durch einen Regenerator
geleitet werden, der zuvor von den kalten Entspannungsgasen des Gas.zerlegungs.apparates
kaltgeblasen wurde. Dabei scheidet sich die Kohlensäure und das Acetylen ab, die
im Verlauf der anschließenden Kaltblaseperiode des Regenerators durch große Mengen
der im Zerlegungsapparat gewonnenen Gase wieder .aus den Regeneratoren ausgedampft
werden. Bei diesem bekannten Verfahren werden die Regeneratoren nur in zwei Perioden
gefahren, und es :erfolgt keine getrennte Wiedergewinnung bzw. bei nicht erwünschten
Gasbestandteilen keine Abtrennung
der zuvor in den Regeneratoren
ausgeschiedenen Gasbestandteile.
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Auch hat man schon vorgeschlagen, zur Ausscheidung von Dämpfen aus
Gasen däs, zu behandelnde Koksofengas unter solchee Temperatur- und Druckbedingungen
där@h zuvor kaltgeblasene Regenoratoren zu leiten; daß lediglich der Wasserdampf
und die Kohlensäure kondensiert werden, während die wertvollen Kohlenwasscrstofte,
wie Athylen, Propylen usw., nicht mit ausgewaschen werden. Ztun Wiederauftauen der
Kondensate werden bestimmte Fraktionen aus dem Koks-"u astrenner genommen, also
Gase von großem isättegehalt, und zur Aufrechterhaltung des Beharrungszustandes
dem Regenorator die notwendige Kältemenge dadurch zugeführt, da13 ein Teil des durch
Abkühlung vorgereinigten Koksofengases in den gleichen Regenorator zurückgeleitet
wird, während lediglich der Pest des vorgereinigten Frischgases in die Gegenströtner
des Koksgastrenners gebracht wird. Bei diesem Verfahren erfolgt das Wiederauftauen
der Kondensate zwar vermittels eines verhältnismäßig wärmeren Gases, jedoch weist
dieses Gas selbst eine tiefe Temperatur auf.
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Das Problem, in den Regenoratoren abrfeschiedene wertvolle oder schädliche
Gasbestattdteite für sich ztt gewinnen, eine Aufgabe, die hauptsächlich für die
Gewinnung verhältnismäl>ig kleiner Gasmengen aus größeren, schwer kondensierbaren
Gasmengen von Bedeutung ist, war bis jetzt ungelöst geblieben. Beispielsweise ist
es bisher technisch nicht möglich gewesen, die schweren Kohlenwasserstoiie ans Naturgasen,
Spaltgasen oder Kohledestillationsbasen durch ein einfaches Regenerativverfahren
für sich abzuscheiden und gasförmig zu gewinnen.
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Es wurde nun gefunden, daß es möglich ist, nicht nur einen oder mehrere
Gasbestandteile aus einem Gasgemisch auszuscheiden, sondern diese Gasbestandteile
auch in reinem, verwendungsfähigem Zustand zu gewinnen, während bei den zuvor beschriebenen
Verfahren die in den zuvor kaltgeblasenen Regenoratoren aus Koksofengas ausgeschiedenen
Gasbestandteile, z. B. Wasserdampf und Kohlensäure, durch eine aus denn Koksgastrenner
gewonnene Fraktion aufgetaut werden, die mit den zuvor kondensierten Bestandteilen
verunreinigt wird. Beim Verfahren nach der Erfindung werden zwecks Abscheidung von
Gasbestandteilen die zu. zerlegenden Gase durch zuvor kaltgeblasene Regeiteratoren
geleitet, wobei sich die zti entfernenden Gasbestandteile in flüssiger oder fester
Form abscheiden. Anschließend werden zum Auftauen der in den kalten Regenoratoren
ausgeschiedenen Kondensate warme Gase, d. h. Gase von Rahmtemperatur, durch die
Regenoratoren geleitet. Die Anwendung der Gase von gewöhnlicher Temperatur hat f;den
großen technischen Vorteil, daß die f_4uv or ausgeschiedenen Kondensate, z. B. das
thylen aus dem Koksofengas, mit einem 'gleich zusammengesetzten Gase von Zimmerteinperatur,
in diesem Falle also mit Äthylen, aufgetaut werden können, so daß nicht nur eine
oder mehrere Gaskomponenten aus dem Gasgemisch ausgeschieden, sondern auch in reinem,
verwendungsfähigem Zustand erhalten werden.
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Während in den bisher üblichen Regeneratoranordnungen in zwei Perioden
gefahren wurde, wird erfindungsgemäß ein Dreifachzyklus gewählt. Die beiden Perioden
der bisherigen Kegeneratoranordnungenwar erstens die Kaltblaseperiode, in der das
Regeneratorsystem durch beispielsweise aus einer Expansionsmaschine kommendes Gas
kaltgefahren wurde, während in der zweiten Periode das abzukühlende Gas durch den
Regenorator geht. Um ununterbrochen arbeiten zu können, hat man für diese Anordnung
meist zwei kegeneratoren bzw. Regeneratorsätze gewählt, von denen der eine kaltgefahren
wurde, während der andere das warme Gas abkühlte. Nach einer gewissen Zeitdauer
wurden diese Regenoratoren miteinander durch Umschalten vertauscht. Scheiden sich
bei dieser Arbeitsweise Gasbestandteile aus dem warmen Gas bei der Abkühlung ab,
so ist es, wie oben angeführt, bisher üblich gewesen, diese in der Kaltblaseperiode
bei verringertem Druck und entsprechend vergrößertem Volumen mit den kalten Gasmengen
wieder aus den t Regenorator zu entfernen, d. h. aber mit anderen Worten, daß beispielsweise
bei der Luftzerlegung die aus der Luft abgeschiedene Kohlensäure bzw. der Wasserdampf
bei der Kaltblaseperiode wieder in die Luft bzw. die getrennten Bestandteile der
Luft hineinverdampfte. Eine Gewinnung der abgeschiedenen Bestandteile oder eine
Entfernung aus dem Gas waren, wie oben angeführt, mit den bisher üblichen Methoden
nicht durchführbar.
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Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung, das eine Lösung für
das Problem der Gewinnung bzw. Entfernung solcher Gasbestandteile gibt, ist durch
die Anwendung von drei Fahrperioden derart gekennzeichnet, daß in der ersten in
üblicher Weise aus einer Expansionsmaschine oder einer sonstigen Kälte erzeugenden
Einrichtung kommendes Gas durch die Regenoratoren geleitet wird, die dabei auf den
nötigen Kältegrad gebracht werden, daß in der zweiten Periode das zu kühlende Gas
im Gegenstrom zu dem Gas der Kaltblaseperiode durch die Generatoren
geleitet
wird - zweckmäßig wählt man hierfür einen gegenüber der Kaltblaseperiode erhöhten
Druck --, und daß in der für das Verfahren charakteristischen dritten Periode die
in den Regeneratoren in der zweiten Periode zur Abscheidung gelangten Bestandteile
aus den Regere-` ratoren entfernt werden, indem durch die Regeneratoren im Gegenstrom
zu der Richtung, in der das Gas während der Abscheidung der betreffenden Bestandteile
ging, nunmehr warmes Gas von Raumtemperatur geleitet wird. Es ist zweckmäßig und
gegebenenfalls sogar notwendig, das warme Gas mit einem gegenüber der zweiten, nämlich
der Abscheideperiode ermäßigten Druck durch die Regeneratoren hindurchzuleiten.
Fernerhin hat :es sich als zweckmäßig bzw. notwendig herausgestellt, das Warmgas
in die Regeneratoren etwa an der Stelle einzuleiten, an der in der Abscheideperiode
die Abscheidung des betreffenden Gasbestandteiles praktisch beendet war. Zu diesem
Zwecke ist es vorteilhaft, die Regenerataren in der Strömungsrichtung, falls die
Abscheidung mehrerer Gasbestandteile in Frage kommt, zu unterteilen und die Einleitung
des Warmgases jeweils an der entsprechenden Unterteilungsstelle vorzunehmen. Das
Warmgas, das,- um es nochmals zu betonen, von der kälteren Seite her in den Regenerator
bzw. seine Unterteilungen eingeleitet wird, wärmt diese kältesten Stellen der Regeneratoren
auf, indem es sich selber abkühlt. Dadurch gelangen die dort abgeschiedenen Gasbestandteile,
die jg. .gewonnen bzw. entfernt werden sollen, zur Verdampfung und mischen sich
mit dem Warmgas, das nunmehr in wärmere Zonen des Regenerators gelangt, mit denen
es im Temperaturgleichgewicht steht, um darauf in noch wärmeren Zonen einen Teil
oder auch seine gesamte am kalten Ende des Regenerators aufgenommene Kältemenge
an einer anderen Stelle wieder an den Regenerator abzugeben. Das Gas wird zweckmäßig
an der nächsten Unterteilungsstelle zusammen mit den aus dem Regenerator nunmehr
entfernten Gasbestandteilen aus dem Regenerator abgezogen. Falls nur -ein .einziger
Gasbestandteil abzuscheiden war und daher eine mehrfache Unterteilung des Regenerators
nicht nötig war, so kann das Spülgas am Eintrittsende des Regenerators selbst praktisch
mit normaler Temperatur aus dem Regenerator abgezogen werden. Arbeitet man für die
Abtrennung verschiedener Gasbestandteile mit Unterteilung der Regenerato.ren, so
verläßt das. Spülgas den Regenerator mit einer für die betreffende Unterteilungsstelle
charakteristischen Temperatur. Es enthält also unter Umständen noch :einen nutzbar
zu machenden Kältevorrat. Dieser Kältevorrat kann beispielsweise in der Form für
den Prozeß gewonnen werden, daß man das Spülgas in - Hilfsregeneratoren einleitet,
an die es seine Kälte abgibt. Die Kälte aus den Hilfsregeneratoren wird dann mit
einem geeigneten Gas, beispielsweise dem Gas, das befreit von den abzuscheidenden
Bestandteilen in der ersten, nämlich der Kältblaseperiode die Regeneratoren warm
verläßt, durch Rückblasen dieses Gases aus den Hilfsregeneratoren wieder aufgenommen,
und die so abgekühlten Gasmengen werden an einer geeigneten Stelle, gegebenenfalls
nach Regelung ihrer Temperatur durch weitere Rückblasegasmeng:en, die nicht durch
die Hilfsregeneratoren gegangen sind, in den Prozeß zurückgeführt. Man kann diese
Rückblasegasmengen beispielsweise dazu verwenden, um das in der zweiten, der Abscheideperiode
die Regeneratoren verlassende und zur Expansionsmaschine gehende kalte Gas auf eine
für den Arbeitsvorgang in -der Expansionsmaschine geeignete Temperatur vorzuwärmen.
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Bei der Ausspülperio:de hat es sich als besonders zweckmäßig und in
vielen Fällen notwendig erwiesen, das Spülgas, wie schon oben ausgeführt, unter
gegenüber der zweiten, nämlich der Abscheideperiode wesentlich erniedrigtem Druck
zu verwenden. Es gelingt so, in den Regeneratoren abgeschiedene Gasbestandteile,
beispielsweise Äthylen, bei der Behandlung von Koksofengas mit dem gleichen Gas,
nämlich Äthylen, aus den Regeneratoren wieder auszutreiben. Bläst man beispielsweise
die Regeneratoren mit warmem Äthylen von etwa '%,o Atm absolutem Druck aus, so verdampft
dieses warme Äthylen das im Regerer ator abgeschiedene Äthylen und führt es aus.
dem Regenerator hinaus. Hiermit ist der Weg charakterisiert, Gasbestandteile als.
solche aus dem Gas zu gewinnen. Handelt es sich um schädliche Gasbestandteile, so
kann man irgendein. wertloses Fremdgas zur Ausspülung der Regeneratoren benutzen,
beispielsweise kann man irgendwelche Gase, abgeschiedene Kohlensäure- und Schwefelwasserstoffmengen
mit Luft aus den Regeneratoren entfernen. Auch aus anderen Gründen, beispielsweise
Gründen der Weiterverarbeitung, kann @es zweckmäßig sein, beliebige andere Gase
zur Ausspülung zu .verwenden. Es ist weiterhin möglich, die aus den Regeneratoren
in der Abscheidepehode entweichende Gase in an sich bekannten Vorrichtungen weiterzuzerlegen,
beispielsweise so aus Koksofengas Wasserstoff und Methan zu gewinnen. Man erreicht
den besonderen Vorteil, unter Vermeidung einer Vorreinigung und unter Gewinnung
aller
wertvollen Bestandteile die Koksgaszerlegung durchführen zu können.
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An Hand der beiliegenden Zeichnung sei die Arbeitsweise des Verfahrens
beispielsweise erläutert. Die drei Regeneratoren I, 11,
111 sind in
die Abschnitte Ia, II), 1,# bzw. I Ia, I 1h, Ih und IIIa, Hhb, H1e unterteilt. In
der ersten Periode wird der Regenerator I mit Gas, das aus der Expansionsmaschine
E kommt, in der Pfeilrichtung h-1,1 kaltgefahren. Das kalte Gas wärmt sich an und
verläßt den Regeneratorteil Ia praktisch ohne Kälteinhalt. Während dieser Zeit geht
durch den Regenerator 1I in der Pfeilrichtung IIa-Ih von dem Kompressor I@ beispielsweise
Koksgas von 1,5 atü. Das Koksgas geht nach Verlassen des Regeneratorteiles Ih durch
den Wärmeaustauscher A in die Expansionsmaschine E und strömt nach Abkühlen in dieser
Expansionsmaschine durch den Regenerator 1 in der beschriebenen Weise aus. Die Regeneratoren
seien so unterteilt, was jederzeit durch entsprechende an sich bekannte Rechnungen
durchführbar ist, daß sich während der Abscheideperiode in den Teilen Ia bzw. Ih=
bzw. IIIa im wesentlichen das im Koksgas enthaltene Wasser praktisch quantitativ
abscheidet, während in den Stücken 1v bzw. Ih' bzw. IIIL der im Koksgas enthaltene
Schtvefelwasserstoff, die Kohlensäure und die schweren KohlenwasserstofFe bis zum
Propylen zur Abscheidung gelangen. In den Regeneratorteilen Ic bzw. Ih bzw. IIIe
soll dann im wesentlichen das Äthylen abgeschieden werden. Diese Abscheidung geschieht,
wie ausgeführt, in der zweiten Periode. In der dritten Periode, in der sich in dem
angegebenen Beispiel der Regenerator III mit denn Unterteilen IIIa, IIIh, IIh befindet,
werden die Gasbestandteile aus den Regeneratorteilen entfernt. Durch Regenerator
1I1' tritt in der im Beispiel angegebenen Pfeilrichtung aus dem Gasometer G II mittels
der Vakuummaschine V 11 1 auf etwa 11(i Atm Unterdruck gebrachtes warmes,
praktisch aus Äthan und Äthylen bestehendes Gas ein. Der Regeneratorteil III, wird
angewärmt; das in ihm abgeschieden gewesene Äthylen wird verdampft und geht nunmehr
mit dem Spüläthylen in den Hilfsregencrator V, in dem es seine Kälte abgibt. Das
angewärmte Gas geht durch die Vakuummaschine V III wieder in den Gasometer G 11
zurück. Die aus dem kegeneratorteil III,' ausgespülte Äthylenmenge kann als Produktian
aus dem Gasometer G 11
abgezogen werden. Ähnlich wird in den Re--1t3
#t1 IIIv, in dem die schweren Kohlenwasserstofte, d. h. Propylen und höhere Kohlenwasserstoffe,
ferner die Kohlensäure und der Schwefelwasserstoff des Koksgases abgeschieden sind.
aus dem Gasometer G I warmes, durch die Vakuummaschine V Il gleichfalls auf 1/"
Atm Unterdruck jgebrachtes Propylen in der Pfeilrichtung eingeführt. Die «-armen
Gase nehmen hier ebenso wie im Regeneratorteil IIh die abgeschiedenen Gasbestandteile
auf, geben ihre Kälte an den Hilfsregenerator IV ab und gehen von hier durch die
Vakuummaschine V II in eine Vorrichtung W, in der beispielsweise durch Waschen mit
geeigneten alkalischen Lösungsmitteln oder auch in anderer geeigneter Weise die
Kohlensäure und der Schwefelwasserstoff abgetrennt werden. Die so erhaltenen Renngase
gehen in den Gasometer G I, von dem sie als Produktion abgezogen %%-erden können.
Die Hilfsregeneratoren IV und V, die bei der Ausspülperiode kaltgefahren «erden,
«erden im Wechselbetrieb mit den Hilfsregeneratoren IV" und Va mit einem Gas, das
keine oder praktisch keine in der Kälte abscheidbaren Bestandteile enthält, zweckmäßig
aber mit dem Gas, das in dem angegebenen Beispiel die Reg@eneratorgruppe 1 verläßt
und mittels des Turbokompressors T in der benötigten Menge angesaugt wird, nach
der Abkühlung wieder warmgefahren. Diese hierbei abgekühlten Rückblasegasmengen
gehen in den Wärmeaustauscher A, wobei durch die Zusatzleistung Z ihnen noch warmes
Rücklaufgas zugemischt werden kann. In dem Wärmeaustauscher A wärmen sie die zur
Expansionsmaschine gehenden. Kaltgase aus der Regeneratorgruppe 11 so weit an, daß
ein einwandfreier Betrieb der Expansionsmaschine ohne Abscheidung flüssiger Bestandteile
unter Erreichung des notwendigen K,äJtegrades erreicht wird, und werden dann de
aus der Expansionsmaschine kommenden Gasen zugesetzt. Die Einregulierung der Temperatur
der Rückblasegase vor dem W ärmeaustauscher A durch den Zusatz von warmem Rücklaufgas
mittels der Leitung Z erfolgt zur Aufhebung der sonst vorhandenen starren Kupplung
der aus den Hilfsregeneratoren abgeführten Wärmemenge mit den in dem Wärmeaustauscher
A benötigten Wärmemengen. Der Regeneratorteil HIa, in dem in vorliegendem Beispiel
die Abscheidung des Wassers erfolgt, wird beispielsweise durch Luft aus der Leitung
L, die mit der Vakuummaschine V I auf Unterdruck gebracht werden kann, ausgespült.
Durch die Leitung B kamt der nicht als Rücklaufgas benutzte Anteil des Gesamtgases
entnommen werden. Die Hilfsregeneratoren IV, IVT und V, Va können auch durch zweiräumige
Wärmeaustauscher, wie sie prinzipiell für den vor der Expansionsmaschine A befindlichen
Wärmeaustauscher angegeben sind, ersetzt werden.