DE645604C

DE645604C - Process for the separation of compressible components from gas mixtures by cooling

Info

Publication number: DE645604C
Application number: DEF80661D
Authority: DE
Inventors: Thomas Fischer; Dr Rudolf Wendlandt
Original assignee: NIKODEM CARO DR; ALBERT R FRANK DR
Current assignee: NIKODEM CARO DR; ALBERT R FRANK DR
Priority date: 1930-06-26
Filing date: 1930-06-26
Publication date: 1937-05-31

Description

Verfahren zur Abscheidung von verdichtbaren Bestandteilen aus Gasgemischen durch Kühlung Um aus Gasgemischen durch Kühlung einen Bestandteil abzuscheiden, kühlt man im allgemeinen unter den Taupunkt. Dabei treten Kondensation und Nebelbildung im Gasraum auf, die die Abtrennung der flüssigen oder festen Bestandteile erschweren können. Außerdem muß dabei die ganze Gasmenge so weit gekühlt werden, daß sich der abzutrennende Bestandteil in ihr nicht mehr gasförmig aufhalten kann. Das gilt z. B. uneingeschränkt beim Abscheiden von Kondensat mit Hilfe einer Kolonne, deren Austrittstemperatur die Zusammensetzung des abziehenden Gasgemisches regelt. Wenn an Stelle der zu fraktionierter Kondensation, Rektifikation, Dephlegmation usw. benutzten Kolonnen Kühleinrichtungen mit Berieselung oder Metallkühler benutzt werden, gilt mehr oder weniger dasselbe.Process for separating compressible components from gas mixtures by cooling In order to separate a component from gas mixtures by cooling, one generally cools below the dew point. This leads to condensation and fog formation in the gas space, which complicate the separation of the liquid or solid components can. In addition, the entire amount of gas must be cooled so far that the component to be separated can no longer reside in it in gaseous form. This applies e.g. B. unrestricted when separating condensate with the help of a column whose The outlet temperature regulates the composition of the withdrawing gas mixture. if instead of condensation, rectification, dephlegmation, etc. used column cooling devices with sprinkling or metal cooler are used, more or less the same applies.

Das beanspruchte Verfahren beruht auf folgenden Erfahrungen. Kalte Flächen Überziehen sich unter Umständen mit Kondensat, welches den unmittelbar vor!beistreichenden Gasteilchen entstammt, ohne daß die Temperatur des passierten Gasgemisches auch nur annähernd bis zum Taupunkt erniedrigt ist. Es wurde festgestellt, daß sich durch die besondere Inbeziehungsetzung der einzelnen Kühlfaktoren, wie Kühlfläche, Kühltemperatur, Kühlgeschwindigkeit, Querschnitt usw., zueinander im Gasgemisch ein so starkes Partialdruckgefälle zur Kühlwand erzeugen läßt, daß die abzuscheidenden Bestandteile an diesen Kühlflächen fest oder flüssig niedergeschlagen werden und daß das aus dem Kühler abziehende Gasgemisch ungesättigt in hezug auf die abgeschiedenen Bestandteile ist.The claimed method is based on the following experiences. Cold Surfaces may be covered with condensate, which the immediately passing! Gas particles originate without affecting the temperature of the gas mixture that has passed is only approximately lowered to the dew point. It was found that through the special relationship between the individual cooling factors, such as cooling surface, cooling temperature, Cooling speed, cross section, etc., such a strong partial pressure gradient in relation to one another in the gas mixture to the cooling wall can produce that the components to be deposited on these cooling surfaces solid or liquid are precipitated and that the withdrawing from the cooler Gas mixture is unsaturated in relation to the separated constituents.

Da unter gewissen Umständen auch die bekannten Kühlverfahren ungewollt so arbeiten können, daß das abziehende Gasgemisch nicht vollkommen gesättigt in bezug auf den im Gasgemisch verbliebenen Teil der abzuscheidenden Bestandteile ist, so wird im Sinne der Erfindung unter ungesättigt ein Gasgemisch verstanden, das zu höchstens % gesättigt ist.Since, under certain circumstances, the known cooling methods are also unwanted can work so that the withdrawing gas mixture is not completely saturated in in relation to the part of the constituents to be separated remaining in the gas mixture, for the purposes of the invention, unsaturated is understood to mean a gas mixture which is at most% saturated.

Eine wesentliche Maßnahme zur Durchführung des neuen Verfahrens gegenüber dem bisherigen Verfahren läßt sich kurz dahingehend formulieren, daß man im allgemeinen die Eintrittstemperatur des Kühlmittels möglichst weit unter der Gasaustrittstemperatur halten wird, während sonst das Kältemittel im allgemeinen möglichst weit ausgenutzt werden sollte .und daher eine Gasaustrittstemperatur näher der Kühltemperatur erwünscht war.An essential measure to carry out the new procedure opposite The previous process can be briefly formulated to the effect that in general the inlet temperature of the coolant as far below the gas outlet temperature as possible will hold, while otherwise the refrigerant is generally used as far as possible should be .and therefore a gas outlet temperature closer to the cooling temperature is desirable was.

Sollen z. B. bei x Atm. aus einem 5oo° C heißen Gemisch von Luft mit 11,2- Volumprozent Wasserdampf, also einem Taupunkt von q.8° C, s14 des Wassergehaltes entfernt werden, so kann die Austrittstemperatur des Gasgemisches aus dem Kondensatfänger oberhalb q.8° C bleiben, .z. B. 8o° C .betragen, wenn das Partialdruckgefälle anfangs z. B. 0,2 Atm./cm, nach Abscheidung von 3/4 des Wasserdampfes entsprechend weniger beträgt. Man kann für diesen nur zur Erläuterung beschriebenen einfachsten Fall z. B. Alumi-@ niumrohre von io inin lichter Weite und i rK Länge verwenden, die mit Kühlwasser von« 2° C im Gegenstrom gekühlt sind. Ein solche= Kondensatfängerwürde. wenn das Kondensat an der Kühlfläche in gleicher Richtung mit dem Gasstrom fließt, in der Stunde pro qm Kühlfläche 81 flüssiges Wasser liefern, während das mit dem Taupunkt 22,5° C abziehende Gasgemisch noch 8o° C aufweist. Es ist also nicht einmal in die Nähe des ursprünglichen Taupunktes von q8° C gebracht «-orden.Should z. B. at x Atm. from a hot mixture of air at 5oo ° C 11.2 volume percent water vapor, i.e. a dew point of q.8 ° C, s14 of the water content can be removed, the outlet temperature of the gas mixture from the condensate trap stay above 8 ° C, e.g. B. 8o ° C. If the partial pressure gradient is initially z. B. 0.2 atm./cm, corresponding to the separation of 3/4 of the water vapor is less. For this one can be described as the simplest only for explanation Case z. B. Use aluminum tubes with a clear width and a length of i rK, which are cooled with cooling water of 2 ° C in countercurrent. Such a = condensate trap. if the condensate on the cooling surface flows in the same direction as the gas flow, deliver 81 liquid water per hour per square meter of cooling surface, while that with the Dew point 22.5 ° C withdrawing gas mixture still has 80 ° C. So it's not even brought close to the original dew point of q8 ° C.

Bei höherem Wasserdampfgehalt im eintretenden oder austretenden Gasgemisch können evtl. z. B. weitere oder konische Rohre oder andere Rohrlängen oder Kühlplatten gewählt werden, bei geringerem Wassergehalt z. B. tiefere Temperaturen der Kühlwände usw. Kondensat und Kühlwasser können in besonderen Fällen mit oder gegen d:ie Richtung des Gasstromes bewegt «-erden oder quer dazu verlaufen, und die Kühlflächen können auch von kaltem Kondensat oder von Kühlflüssigkeit gebildet werden. Alle Angaben über Temperatur und Betriebsdaten gelten daher hier und im folgenden nur für das betreffende Beispiel, und die besondere Anordnung ergibt sich aus den jeweiligen Anforderungen.With a higher water vapor content in the entering or exiting gas mixture can possibly z. B. more or conical pipes or other pipe lengths or cooling plates be chosen, with a lower water content z. B. lower temperatures of the cooling walls etc. Condensate and cooling water can in special cases with or against the direction of the gas flow moves «-earth or run transversely to it, and the cooling surfaces can can also be formed by cold condensate or by cooling liquid. All information about temperature and operating data therefore only apply here and in the following to the relevant example, and the particular arrangement results from the respective Requirements.

DerVorteil derbeanspruchtenßetriebsweise besteht zunächst in einer erheblichen Verminderung der benötigten Kühlfläche; sie bringt die Kondensatabscheidung unter Bedingungen, wie sie bisher nur bei Kondensation reinen Dampfes vorlagen. Wenn im vorstehenden Beispiel mit Kühlwasser von 2° C bis auf 2a,5° C gekühlt werden sollte, so würde die Temperaturdifferenz zwischen Gas-und Kühlwasser zuletzt nur 2o° C betragen, und die Kühlfläche müßte entsprechend groß sein. Ein weiterer Vorzug besteht in vielen Fällen darin, daß weniger Wärme an die Kühlwände abgegeben «erden muß. Man kann von solchen Vorrichtungen Gebrauch machen z. B. zur Entfernung oder Gewinnung flüchtiger Bestandteile, zur Rückgewinnung von Lösungsmitteln, zur Fraktionierung, Rektifikation u. dgl.The advantage of the mode of operation as claimed is, first of all, one considerable reduction in the required cooling surface; it brings the condensate separation under conditions that were previously only available in the case of condensation of pure steam. If in the above example the cooling water is used to cool from 2 ° C to 2a, 5 ° C should, the temperature difference between gas and cooling water would only last 20 ° C, and the cooling surface should be correspondingly large. Another advantage in many cases consists in the fact that less heat is given off to the cooling walls got to. You can make use of such devices z. B. for removal or Extraction of volatile components, for the recovery of solvents, for fractionation, Rectification and the like

Grundlegende Bedeutung besitzt das neue Verfahren, wenn chemische Reaktionen vor sich gehen bzw. ein chemisches Gleichgewicht sich einstellt. Diese Vorgänge lassen sich durch die Temperatur ausschlaggebend beeinflussen. So kann man z. B. aus heißen wasserhaltigen NO-Gemischen durch Vermeidung tiefer Temperaturen für das gesamte Gasgemisch ein salpetersäurefreies oder salpetersäurearmes Kondensat herausfangen, wenn dies auf eine andere Art durchaus nicht gelingt. Nach den obigen Ausführungen geschieht das außerdem mit einem Minimum an .,Niihlfläche. In diesen Fällen ist es oft be-:@onders von Vorteil, das gebildete Kondensat .schon bei Verlassen der Kühlfläche jeder wei-@@ren Einwirkung des Gasstromes zu entziehen, um eine Rückverdampfung oder einen unerwünschten chemischen Vorgang o. dgl. auszuschließen. Das kann z. B. geschehen, indem der Gasstrom bzw. die Teilströme um i8o° gewendet werden, oder z. B. dadurch, daß zwei Rohre mit gegebenenfalls konischen Enden bz«>. verschiedenen Durchmessern ineinandergesteckt «-erden, derart, daß der Gasstrom im engeren Rohr geradeaus ohne Zugverlust fortstreicht, während das Kondensat ebenso an der Wand des weiteren Rohres fortläuft. Es läßt sich auch gut verwirklichen, wenn das Kondensat quer zum Gasstrom herabläuft, und «-o es nützlich ist, kann diese Trennung durch mechanische Einrichtungen bewirkt «-erden.The new process is of fundamental importance if chemical Reactions take place or a chemical equilibrium is established. These Processes can be decisively influenced by the temperature. So can one z. B. from hot water-containing NO mixtures by avoiding low temperatures a condensate free or low in nitric acid for the entire gas mixture catch out if this does not succeed in any other way. According to the above This is also done with a minimum of sewing surface. In these In some cases, it is often advantageous to remove the condensate that has formed as soon as it is left to remove any further influence of the gas flow from the cooling surface in order to re-evaporate or to exclude an undesirable chemical process or the like. This can be B. happen by turning the gas flow or the partial flows by i8o °, or z. B. in that two tubes with optionally conical ends bz «>. different Diameters plugged into one another «- earth in such a way that the gas flow in the narrower tube straight on without loss of draft, while the condensate also on the wall of the further pipe continues. It can also be achieved if the condensate runs down across the gas stream, and «-o it is useful, this separation can through mechanical equipment causes «-earth.

Ein Betriebsbeispiel bietet z. B. ein Metallrohrkühler, der aus 200° C warmen Stickoxyden gemäß den Lehren der Erfindung wäßriges Kondensat abscheidet. Diese Temperatur haben Stickoxyde der Ammoniakverbrennung, wenn ihr Wärmeinhalt im Dampfkessel ausgenutzt wurde. Mit nur 5qm Kühlfläche/t verbrannten Ammoniaks lassen sich 3/4 des Reaktionswassers gvolumprozentiger Stickoxyde mit so wenig Salpetersäuregehalt abscheiden, daß damit die Endabsorption der Stickoxyde gespeist werdenkann, während die Stickoxyde selbst ohne Konzentrationsverluste gekühlt zur Produktionsstelle der Absorptionsanlage gelangen. Man spart für diesen Fall 1/2 bis 2/3 der säurefesten Kühlfläche oder aber ein Vielfaches an Säurekühlfläche, falls Gaskühler vorher nicht vorhanden «-aren. Bei gleichem Kondensationsraum kann höhergrädige Säure gewonnen werden bzw. der Kondensationsraum kann kleiner gewählt werden oder etwaige alkalische Absorption kann beseitigt oder herabgesetzt «erden. Das gelingt auch dann noch, wenn die Betriebsluft mit Sauerstoff oder Wasserstoff angereichert ist und ermöglicht damit neue und vordern nirgends bekannte Betriebsweisen.An operational example offers e.g. B. a metal pipe cooler, which from 200 ° C warm nitrogen oxides according to the teachings of the invention separates aqueous condensate. This is the temperature that nitrogen oxides from ammonia combustion have when they contain heat was exploited in the steam boiler. With only 5 square meters of cooling surface / ton of burned ammonia 3/4 of the water of reaction can be volume percent nitrogen oxides with so little nitric acid content deposit so that the final absorption of the nitrogen oxides can be fed while the nitrogen oxides themselves are cooled to the production site without any loss of concentration get to the absorption system. In this case, you save 1/2 to 2/3 of the acid-resistant Cooling surface or a multiple of the acid cooling surface, if the gas cooler has not been used beforehand present «-aren. With the same condensation space, higher grade acid can be obtained or the condensation space can be selected to be smaller or any alkaline Absorption can be eliminated or reduced. That still works if the operating air is enriched with oxygen or hydrogen and enables thus new and previously unknown modes of operation.

Schaltet man z. B. wieder ein Ammoniak-Verbrennungselement und einen nach dem beanspruchten Verfahren arbeitenden Kondensatabscheider unmittelbar hintereinander, so kann man selbst bei 3ovoluinprozentigem Sauerstoff im Gemisch z. B. die Hälfte des Reaktionswassers mit weniger als i g Salpetersäure-N/i an nur 5 qm Kühlfläche/t N Hs abscheiden. Gleichzeitig kühlt man z. B. auf 70° oder 8o° C. 1-Tan braucht bei gewöhnlicher Kühlung unter den Taupunkt finit annähernd gesättigt abz.iehendemGas fürgleicheLeistung wenigstens das Dreifache an Kühlfläche, erhält aber dann nickt das gewünschte salpetersäurearme Kondensat, sondern eine wäßrige Salpetersäure, diewederfürdieEndabsorption noch als Produktionssäure sich benutzen läßt.If you switch z. B. again an ammonia combustion element and one condensate separators working according to the claimed method directly behind one another, so you can even with 3ovoluinprozentigem oxygen in the mixture z. B. half of the water of reaction with less than 1 g of nitric acid N / i on only 5 square meters of cooling surface / t Separate N Hs. At the same time you cool z. B. to 70 ° or 8o ° C. 1-Tan needs with normal cooling below the dew point approximately finite saturated withdrawing gas for the same power at least three times the cooling surface but then the desired low-nitric acid condensate nods, but an aqueous one Nitric acid, which is neither used for final absorption nor as a production acid leaves.

Arbeitet man mit sauerstoffreichen Gemischen und hochprozentigen Gasen, so bewirkt die Anwendung des beanspruchten Verfahrens eine erhebliche Steigerung der erreichbaren Säurekonzentration bei gleichzeitiger Ersparnis an Kühlfläche. Das gilt ganz besonders für alle Verfahren, bei denen Wasserdampf im Frischgas vorkommt. Arbeitet man z. B. mit 2ovolumprozentigen Ammoniak enthaltenden Gasen-und Lindeluft von etwa 6ovolumprozentigem Sauerstoff, etwa gemäß Patent 461 369, so kann man durch gleichzeitige Anwendung des hier beanspruchten Verfahrens die ganze Produktion als Säure von 40° De bei über 95 Prozent Gesamtausbeute erhalten. Arbeitet man z. B. mit reinem Sauerstoff, so kann gasförmiges oder flüssiges Tetroxyd oder- ein Gemisch von Stickstoffdioxyd und wäßriger Salpetersäure, das auf hochkonzentrierte Salpetersäure verarbeitet werden kann, erhalten werden, ohne eine Kondensation der alten Art mit Rieseltürmen, Pumpen, Steigeleitungen und Ventilatoren zu benötigen.If you work with oxygen-rich mixtures and high-percentage gases, so the application of the claimed method brings about a considerable increase the achievable acid concentration while at the same time saving on cooling surface. This is especially true for all processes in which water vapor occurs in the fresh gas. Do you work z. B. with 2ovolumprozentigen ammonia-containing gases and Lindeluft of about 6 by volume percent oxygen, for example according to patent 461 369, so one can through simultaneous application of the process claimed here, the entire production as Acid of 40 ° De obtained with over 95 percent overall yield. Do you work z. B. with pure oxygen, gaseous or liquid tetroxide or a mixture can be used of nitrogen dioxide and aqueous nitric acid, that of highly concentrated nitric acid can be processed, obtained without having an old type of condensation Need for trickle towers, pumps, risers and fans.

Ein anderes Beispiel für die Anwendung des Verfahrens ist die Abscheidung von z. B. Wasser, Ammonsalzen, Blausäure aus ammoniakhaltigen Gasgemischen, wie sie insbesondere beider Blausäuresynthese aus Ammoniak und Kohlenoxyd oder bei den die Cyanamiddarstellung betreffenden Verfahren anfallen. Das gemäß dem Verfahren der Erfindung behandelte Gasgemisch kann dem Prozeß zwecks erneuter Umsetzung wieder zugeführt werden.Another example of the application of the process is deposition from Z. B. water, ammonium salts, hydrocyanic acid from ammonia-containing gas mixtures, such as they especially both hydrogen cyanide synthesis from ammonia and carbon monoxide or the Processes relating to cyanamide preparation are incurred. That according to the procedure The gas mixture treated according to the invention can be returned to the process for the purpose of renewed implementation are fed.

Claims

PATENT CLAIM: i. Process for the deposition of compressible Components from gas mixtures, for example from those in which chemical Reactions can take place or chemical equilibria can be established Cooling, characterized in that the temperature of the coolant or the speed of the gas mixture or the dimensions of the cooling surface are dimensioned so that at Separation of significant amounts of condensate the mean temperature of the cooling withdrawing gas mixture significantly above the dew point of the mentioned compressible components of the withdrawing gas mixture remains while in the cooler the compressible components to be separated out by a strong partial pressure gradient are driven to the cooling wall, so that the gas mixture withdrawn from the cooler is at most 4/5 of the amount of saturation corresponding to its temperature with regard to the mentioned Has compressible components.

2. The method according to claim i, characterized in that that the temperature of the gas mixture withdrawn from the cooler is above the Siadetemperature of the components to be separated lies.

3. The method according to claim i and 2, characterized characterized in that, the separated condensate immediately the further contact with is withdrawn from the gas or vapor mixture.

4. Application of the method according to claim i to 3 on the separation of condensate from aqueous nitrogen oxide mixtures.

5. Application of the method according to claim i to 4 for the separation of condensate aqueous ammonia mixtures.

6. Application of the method according to claim i to 4 for the separation of ammonium salts from gas mixtures, the ammonia and volatile acids or for the separation of liquid condensate containing ammonium salts from corresponding water-containing mixtures.