DE695621C - Herstellung fester Kohlensaeure - Google Patents

Herstellung fester Kohlensaeure

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DE695621C
DE695621C DE1933C0048466 DEC0048466D DE695621C DE 695621 C DE695621 C DE 695621C DE 1933C0048466 DE1933C0048466 DE 1933C0048466 DE C0048466 D DEC0048466 D DE C0048466D DE 695621 C DE695621 C DE 695621C
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carbonic acid
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gas
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heat exchanger
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/50Carbon dioxide
    • C01B32/55Solidifying

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  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Description

  • Herstellung fester Kohlensäure Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung fester Kohlensäure, gemäß dem gasförmige Kohlensäure komprirniert, das komprimierte Gas gekühlt und sodann durch adiabatische Expansion teilweise in feste Kohlensäure übergeführt wird. Die erstarrte Kohlensäure wird hierbei von dem nicht erstarrten Gas abgesondert und letzteres in einen Wärmeaustauscher zwecks Kühlung der Frischgase zurückgeführt.
  • Es ist bekannt, komprimierte Kohlensäuregase im Wechselbetrieb zwei Wärmeaustauschern zuzuführen. Hierbei wird da§ Gas im ersten Wärmespeicher auf etwa -ioo' ab-U "ekühlt und anschließend der Expansionsmaschine zugeführt, in der es unter Bildung fester Kohlensäure adiabatisch expandiert. Die leicht flockige feste Kohlensäure und die flüchtigen Gase gelangen in eine Filterkammer, in der die festen Kohlensäureteile abgetrennt werden, während die Gase nach dem zweiten Wärmeaustauscher entweichen. -Die Wärmeaustauscher sind hierbei als Regeneratoren ausgebildet und mit einer Metallpackung von erheblichem Wärmeinhalt ge- füllt, die die Aufspeicherung einer beträchtlichen Kältemenge gestattet. Diesem System haften jedoch Nachteile an, die seine wirtschaftliche Ausnutzung praktisch in Frage stellen. Z. B. wird das Gas im Wärmeaustanscher unter seine Verdichtungstemperatur gekühlt, bevor es in die Expan-3ionsmaschine eintritt. Es wird sich dahei schon im Wärmeaustauscher etwas feste Kohlensäure abscheiden und ihn verstopfen. Ferner ist durch die Anwendung von zwei intermittierend arbeitenden Regeneratoren ein gleichförmiger Betrieb der Expansionsmaschine verhindert. Dies ist nachstehend an Hand einer detaillierten Beschreibung des Arbeitsprozesses des bekannten Verfahrens erläutert. Nach dem älteren Verfahren strömt das kalte Abgas durch den zweiten Austauscher, bis die Metallpackung im Boden des Regenerators auf die Temperatur dieser Gase abgekühlt ist. Danach wird der Arbeitsvorgang durch Umsteuern der Venfile umgekehrt, so daß nunmehr heißes Gas in =gekehrter Richtung durch diesen Austanscher hindurchströmt. Das erste heiße Gas, das durch den Austauscher nach unten strömt, wird von dessen Boden mit einer Temperatur von etwa - i oo' abströmen. Dabei wird eine erhebliche Menge Schnee ausgefroren. Das durch den Wärmeaustauscher strömende heiße Gas kühlt sich an der kalten Metallpackung im Boden des Regenerators ab. Dabei steigt die_ Temperatur des der Expansionsmaschine strömenden Gases j edoch immer stärker tin - stärker an, bis schließlich wieder ein Wecle ; e. 1. in den Regeneratoren stattfindet. Bei einer sct# chen Betriebsweise ist es nicht möglich, die Temperatur des in die Expansionsmaschine übertretenden Gases gleichmäßig oder stetig zu halten. Ein weiterer Mangel des bekannten Verfahrens besteht darin, daß bei einer Umschaltung der Austauscher von hohem auf den niedrigen Gasdruck im System heftige Druckschwankungen auftreten. Ferner führt auch das für die hohe Wärmekapazität erforderliche große Fassungsvermögen der Wärmeaustauscher zu erheblichen Gasveriusten und einem stoßweisen Betrieb der Expansionsmaschine.
  • Nach der Erfindung werden die ein#retenden Gase durch das von der festen Kohlensäure abgetrennte kalte Expansionsgas lediglich auf eine Temperatur gekühlt, die etwas oberhalb der Verdichtungstemperatur der Kohlensäure bei dem verwendeten Teildruck liegt. Hierdurch wird die Bildung fester Kohlensäure im Wärmealistauscher vermieden und die Kühlfläche nicht verringert. Nach dem neuen Verfahren strömt das gekühlte Gas der Expansionsmaschine ferner ununterbrochen unter gleichbleibenden Bedingungen zu.
  • Auf der Zeichnung ist eine Arbeitsweise erläutert, mit der es gelingt, feste Kohlensäure aus Gasmischungen, z. B. Feuergasen, abzuscheiden, die 8 bis 181/, Kohlensäure enthalten. Die Feuergase, die vorher in bekannter Weise von Staub befreit sind, treten durch eine Leitung 2 in den Kompressor i, der die erste Kompressionsstufe darstellt. Nachdem das Gasgemisch in dem Kompressor i auf einen entsprechenden Druck gebracht worden ist, wird es durch Kühler 3 hindurchgeleitet, der z. B. wassergekühlt ist und zur Abfüh- rung der Kompressionswärme dient. Das Gas wird sodann durch den Abscheider 4 hindurchgeleitet, in dem Verunreinigungen, wie 01 und Wasser, entfernt werden. Das Gas tritt sodann durch die Leitung 5 in den Kornpressor 6 ein. Hiernach gelangt das Gas durch den Kühler 7 in den Abscheider 8.
  • Der Enddruck des Gasgemisches kann je nach der Gaszusammensetzung z. B. zwischen io bis 25 Atm. schwanken. Bei reicheren Gasen genügen niedrigere Drucke, z. B. 5 Atm.
  • Auf jeden Fall ist der Druck so hoch, daß der Teildruck der Kohlensäure unterhalb des Tripelpunktes der Kohlensäure liegt. Der Teildruck.der Kohlensäure ist aber so hoch zu beinessen, daß bei der darauffolgenden Kühlung die Kohlensäure des Gasgernisches unmittelbar in den festen Aggregatzustand ,übergeht, ohne zu verflüssigen. Die Korn--#ppssion könnte geggebenenfalls auch in einer i ; nzigen Stufe durchgeführt werden.
  • Z#J:kZach der Kompression wird das gekühlte il im on ensator befreite asgeinisch von weiteren Verunreinigungen, wie Schwefelverbindungen und Aldehyde, befreit durch Hindurchleiten durch Schichten 9 eines adsorbierenden Stoffes, z, B. Siliciumgel oder al,-tivierte Tonerde, zweckmäßig unter Anwendung von Wechselschichten mit Hilfe von Ventilen io.
  • Die Gase verlassen die Adsorber 9 sodann durch Leitungen ii, die durch Ventile 12 gesteuert werden, und gelangen dann durch ein Filter 15, z. B. Tuchfilter, über die Leitung 16 durch die Rohre 17 des Wärmeaustauschers 18. In 18 wird das Gas auf eine Temperatur abgekühlt, die etwas oberhalb der Temperatur liegt, bei der die Kohlensäure des Gasgernisches bei ihrem Teildruck fest wird. Z. B. liegt bei einem Gas, das io Volumenprozente Kohlensäure enthält und auf einen Gesamtdruck von 2o Atra. absolut-zusammengepreßt ist, die Temperatur, bei der die Kohlensäure fest wird, bei -70'. Diese Temperatur entspricht mit anderen Worten dem Dampfdruck der Kohlensäure bei einem Druck von 2 Atm., der den Teildruck der Kohlensäure in dem oben angeführten Beispiel bildet.
  • Es ist vorteilhaft, daß das Gas so nahe wie möglich auf die Temperatur abgekühlt wird, bei der die Kohlensäure fest wird. Das Gas in dem oben angeführten Ausführungsbeispiel könnte auf eine Temperatur von -67,8' abgekühlt werden. Diese Temperatur unterscheidet sich von der Temperatur, bei der Kohlensäure flüssig wird, lediglich um ?-,21. Für den ununterbrochenen und gleich-# mäßigen Betrieb ist es aber erforderlich, eine E, rstarrung der festen Kohlensäure im Austatischer zu verhindern.
  • Nach Verlassen des Austauschers und nach der oben geschilderten Abkühlung gelangen die Gase durch die Leitung ig in die Expansionsmaschine 2o, die zweckmäßig im Gleichstrom arbeitet. Diese Maschine ist mit dein Kolben -9 1 versehen, der sich im Zylinder 22 bewegt. Der Zylinder weist an den Enden Einlässe 223 und in der Mitte AusläSSe 24 auf. Die Gase werden den Einlaßöffnungen durch die Einlaßrohre 25 hindurch zugeführt und aus den Auslaßöffnungen durch die Leitung :26 abgeführt.
  • In der Maschine2o wird das Gas adiabatisch expandiert. Die Expansion könnte bis annähernd auf atmosphärischen Druck durchgeführt werden. Während der Expansion wird die Gasi-nischting auf eine Temperatur abgekühlt, die unter' dem Erstarrungspunkt der Kohlensäure bei ihrem Teildruck liegt, so daß sie zu Schnee erstarrt, der durch die Auspuffgase aus der Expansionstnaschine herausgeführt wird.
  • Die» Gleichstrommaschine ist um so mehr geeignet, als die mittleren Auslaßkanäle24, die rund um den Zylinder herum angeordnet sind, eine Abführung des Schnees aus den Zylindern ohne Ventile ermöglichen, so daß Rückschläge nicht auftreten können, Damit die Expansionsmaschine wirksam arbeitet, wird zweckmäßig ein Schmiermittel verwendet, das bei der Sublimationstemperatur der festen Kohlensäure einen so hohen Dampfdruck aufweist, daß der Teil des Schmiermittels, der mit dem Schnee den Auspuff verläßt, vollständig verdampft und keine rlei Rückstände hinterläßt. Solche Schmiermittel sind z. B. Pentan und Diäthyläther.
  • Nach Verlassen der Expansionsmaschine durch die. Leitung 26 hindurch treten die expandierten Gase mit dem Kohlensäureschnee mit hoher Geschwindigkeit in den Trichter 30 der Schneekammer31 ein. Die Leitung26 mündet in den Trichter 30 zweckmäßig tangential.
  • Vom Trichter 3o aus gelangen die Restgase nach oben durch das Filter 32 hindurch, das zweckmäßig als Tuchfilter ausgebildet ist-und dazu dient, die festen Kohlensäu-reteile vom Gas zu trennen.
  • Der Kohlensäureschnee, der sich am Boden des Trichters 30 gesammelt hat, kann z. B. durch die Fördervorrichtung 4o entfernt und entweder ununterbrochen oder in Abständen hydraulischen Pressen zum Zwecke der Brikettierung zugeführt werden. Die in der Schneekammer niedergeschlagene Kohlensäure weist eine Temperatur auf, die erheblich unterhalb der Verflüchtigungstemperatur der Kohlensäure bei atmosphärischem Druck liegt. Daher ist der Verdampfungsverlust beim Brikettieren und Pressen verhältnismäßig gering. Die Fördervorrichtung 40 ist zweckmäßig so angeordnet, daß ein Entweichen von Auspuffgasen verhindert ist.
  • Nach Verlassen des Außenraumes der Schneekammer 3 1 durch die Leitung 41 hindurch umspülen die Restgase die Rohre 17 des Austauschers 18 im Gegenstrom zu den eintretenden Gasen. Eine durch ein Venti143 gesteuerte Umführungsleitung 4:2 dient zur Regelung des aus dem Austauscher austretenden Teils der von der festen Kohlensäure ab-,getrennten Gase, wodurch die Kühlung der eintretenden Gase reguliert werden kann. Es hat sich herausgestellt, daß in dieser Weise der Gegenstromwärmea,ustauscher ununterbrochen mit einem großen, am kalten Ende aufrechterhaltenen Temperaturunterschied # arbeiten kann, ohne ein Ausfrieren der Kohlensäure an äen Rohren des Heißgasraumes infolge unregelmäßiger örtlicher Kühlung zu verursachen.
  • Z. B. werden in dieser Weise die komprimierten Gase auf eine Temperatur von -67,8' bei einem solchen Teildruck abgekühlt, daß die Kohlensäure bei -70' erstarrt. Die kalten expandierten Gase tretendann bei -112,:2' in den Austauscher ein, ohne ein örtliches Ausfrieren hervorzurufen. ts ist auf diese Weise möglich, den Wärmeaustausch in einem ununterbrochenen Prozeß durchzuführen, ohne den Wärmeaustauscher zwecks Entfernung der erstarrten Kohlensäure oder des Rauhreifes von den Rohren des Austauschers abschalten zu müssen.
  • Die Kühlgase verlassen den Austauscher 18 durch eine Leitung 44 und können zur Reaktivierung der Schichteng verwendet oder durch eine Leitung 45 hindurch abgeführt werden. Es kann auch ein Teil der Kühlgase durch die Leitung46 hindurch, die vor dem Kompressor i in die Leitung 2 einmündet, in die Anlage zurückgeleitet werden. Die Leitung 46 ist dabei durch das Ventil 47 regelbar. Zum Zwecke der Reaktivierung werden die Gase durch die Leitung 5o dem Erhitzer q i und sodann durch Leitungen 52, die von Ventilen 53 gesteuert werden, der einen der beiden Schichten 9 zugeführt. Die Gase treten aus den Schichten 9 durch Leitungen 54 hindurch aus, die durch Ventile 55 gesteuert werden. Die Gase können dann durch die Leitung 56 hindurch abgeführt werden. Die Umführungsleitung 57 für den Erhitzer 51 ist durch Ventil 58 regelbar.
  • Ein Teil der. von der festen Kohlensäure abgetrennten Gase oder auch die gesamten Restgase können- einem *(nicht dargestellten) Austauscher zum Zwecke der Kühlung der eintretenden komprimierten und aus dem Separator 8 stammenden Gase zugeführt werden.
  • Es kann wünschenswert sein, einen Teil der Restgase in den Fällen durch die Leitung 46 in die Anlage zurückzuführen, in denen die eintretenden Gase verhältnismäßig reich an Kohlensäure sind, oder aber falls in den Restgasen noch wesentliche Mengen Kohlensäure verbleiben. Eine Zurückführung der Abgase in die Anlage ist auch deswegen vorteilhaft, weil diese Gase trocken sind und eine Temperatur von -9,4' bis -i,i' aufweisen. Im Falle des Betriebes mit reinern Kohlensäuregas wird das gesamte nicht zur Erstarrung gebrachte Gas in die Anlage zurückgeleitet.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung fester Kolllensäure durch Kompression Kohlensäure in beliebigen Mengen enthaltender Gas-or M "e ische, z. B. Verbrennungsgase, Kühlung des kornprimierten Gemisches in einem mit Gas betriebenen Wärmeaustauscher und anschließender adiabatischer Expansion unter Erstarrung der Kohlensäure zu Schnee sowie Rückführung des nicht erstarrten Gasrestgemisches in den gleichen Wärineaustauscher, dadurch gekennzeichnet, daß die eintretenden Gase auf eine Temperatur gekühlt werden, die etwas oberhalb der Erstarrungstemperatur der Kohlensäure bei ihrem Teildruck im verwendeten Gasgemisch liegt, die durch regulierte Rückführung der kalten Expansionsgase nach dem Warmeaustauscher eingestellt wird.
DE1933C0048466 1933-04-20 1933-11-03 Herstellung fester Kohlensaeure Expired DE695621C (de)

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