DE703151C - Vorrichtung zur Abscheidung der aus einem Gas oder - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Abscheidung der aus einem Gas oder Gasgemisch ausgefrorenen Verunreinigungen Bei der Zerlegung von Gasen, besonders von Luft, durch Tiefkühlung stören diejenigen Verunreinigungen, die sich bei den zur Zerlegung nötigen tiefen Temperaturen in fester Form abscheiden; denn werden diese nicht in geeigneter Form zur Abscheidung gebracht, so verstopfen sie die Ventile und Rohre sowie die Trennsäule. Dies gilt insbesondere von der Kohlensäure, die bei dem bisherigen Verfahren der Luftzerlegung meist auf chemischem Wege entfernt wurde. Es wurde versucht, auch die Kohlensäure in zwei "vechselweiseeingeschalteten Kältetauschern zur Abscheidung zu bringen, von denen der eine in Betrieb ist, während im anderen die abgeschiedene Kohlensäure in passender Weise durch Durchleiten eines wärmeren Gases verdampf wird. Wenn auch das entsprechende Verfahren bei der Entfernung des Wassers aus der Luft mit viel Erfolg verwendet werden konnte, so ergaben sich bei seiner Anwendung auf die Kohlensäure doch Schwierigkeiten; denn es zeigte sich, daß im Gegensatz zum Wasser, das sich in einem festhaftenden Überzug an den Rohren des Kälteaustauschers festsetzt, die feste Kohlensäure zum großen Teil als feiner Staub durch den Kältetauscher hindurchgerissen wird und so in die Ventile und den Trenn-er gelangt.
• Es sind nun Verfahren bekanntgeworden, bei denen die mit dem Kohlensäurestaub beladene Luft in das Rohsauerstoffbad der Mitteldrucksäule eingeführt wird, wobei sich der Kohlensäurestaub in der Flüssigkeit abscheidet und von diesem durch Filtrieren getrennt werden muß. Neben der Unbequemlichkeit, daß die Filter häufig durchgespült werden müssen, hat dieses Verfahren auch noch den Nachteil, daß sich die Kohlensäure bereits in den unvermeidlichen Biegungen des Zuführungsrohres absetzt und dieses verstopft. Ferner läßt sich dieses Verfahren auch nicht bei Mitteldruckablagen anwenden, da bei ihnen die Luft erst in der Säule entspannt wird und das Entspannungsventil durch die Kohlensäure sehr leicht verstopft würde.
• Gegenstand der vurliegenden Erfindung ist ein Verfahren, diesen fein verteilten Kohlensäurestaub zur Abscheidung zu bringen. Dies wird dadurch erreicht, daß die Luft, nachdem ihre Temperatur so weit gesenkt ist, daß die Kohlensäure praktisch vollkommen in fester Foren vorliegt, von feinem mitgerissenem Kohlensäurestaub durch mehrmals angewandte Schleuderwirkung getrennt wird. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, daß die Luft nach Beschleunigung in entsprechenden Düsen in Wirbelkammern (Zyklone) eingeleitet wird. Es ist zwar bekannt, mitgerissene Eiskristalle aus einem Gasstrom durch Fliehkraftwirkung auszuschleudern. Es zeigte sich jedoch, daß zur Abscheidung der Kohlensäure wesentlich verfeinerte Mittel herangezogen werden mußten. Dies ist durch eine Reihe von Umständen bedingt, so durch die große Dichte der Luft, die geforderte hohe Reinheit. die weit über das technisch übliche hinausgeht, die verschiedene Korngröße und Beschaffenheit des anfallenden Staubes und ähnliches. Dadurch war weder eine schematische Übertragung der zur Eisabscheidung benutzten Niethoden. noch der üblichen Verfahren zur Abscheidung von Stauben aus Industriegasen auf die vorliegende Aufgabe möglich. Es ergab sich vielmehr die Notwendigkeit, die Abscheidung auf einzelne hintereinandergeschaltete Prall- und Fliehkraftabseheider zu verteilen, derart, daß zunächst aus dem Gasstrom die groben Teile ausgeschleudert wurden, so daß eine Verstopfung der Düsen der nachgeschalteten Feinreinib1117g sicher vermieden wird.
• Es ist zwar ein Verfahren bekanntgeworden. bei dem die Verunreinigungen eines der Tiefkühlung unterworfenen Gases zunächst bei mäßiger Geschwindigkeit durch Prallm-irkung und sodann bei höherer Geschwindigkeit in einer von außen angetriebenen Zentrifuge entfernt werden. Die Nachteile dieses Verfahrens bestehen einerseits darin, daß die Lagerung der Welle der Zentrifuge bei den in Frage kommenden tiefen Temperaturen -Schwierigkeiten macht und daß andererseits die für den Antrieb von außen aufgewendete Arbeit als Reibungswärme dem Gas mitgeteilt wird. also dessen Abkühlung zum Teil wieder rückgängig macht. Weiterhin ist bei dem betreffenden Verfahren die Achse der Zentrifuge waagerecht gelagert, wodurch die durch die Zentrifugalkräfte nach oben geschleuderten festen oder flüssigen Staub- und Nebelteilchen erst wieder durch die Abscheidevorrichtung hindurchfallen müssen, um in den eigentlichen Abscheideraum zu gelangen. Alle diese Nachteile werden durch das im folgenden beschriebene Verfahren vermieden, wobei als Fliehkraftabscheider ein Zyklon mit senkrechter Achse verwendet wird.
• Eine beispielhafte Durchführung des Verfahrens zeigen Abb. i und 2. In Abb. i ist das untere Ende des Kältetauschers dargestellt, in dem die im Außenraum a nach unten strömende Luft durch die in den Rohren b fließenden kalten Zerlegungsprodukte von der Temperatur von etwa - i 2o°, bei der die Abscheidung der Kohlensäure beginnt, bis auf -- i So bis - - i 6o° gekühlt wird. Durch entsprechende Ausführung des untersteil Teils des Kältetauschers ist Raum für eine erste Abscheidung der größten C OE-Flokken gegeben. Die aus diesem Kältetauscher durch das Rohr c tretende Luft ist so weit abgekühlt, daß sie die Kohlensäure nur noch in Form von mitgerissenem Staub enthält. Beim Aufprall auf die Platte d werden weitere gröbere Kohlensäureflocken, die die Düsen der W irbelkammer e verstopfen könnten, abgeschieden. Eine weitere Abscheidung findet sodann im Raum um die einzelnen Wirbelkammern statt. Eine derartige Wirbelkammer e ist eil Abb. 2 im Schnitt dargestellt. Die Luft tritt tangential durch die Düsen j in den Wirbelraum Z ein, wo durch die Wirkung der Fliehkraft auch der feine Staub abgeschieden wird, und verläßt diesen durch das mittlere Rohr g. Durch eine scharfe Umlenkung bei Eintritt in die öffnungen h dieses Rohres erfolgt eine weitere Abscheidung des Kohlensäurestaubes. Da diese öffnungen tangential in das Rohr g eintreten, bildet sich hier ein weiterer starker Wirbel aus, wobei wegen des kleinen Krümmungshalbmessers auch noch die letzten Staubspuren ausgeschleudert werden. Die in den Wirbelräumen I abgeschiedene feste Kohlensäure sammelt sich als Schnee im Raum i und kann von hier nach Abschalten der Wirbelkammern durch Erwärmen mittels der Ausheizschlange k verdampft und ausgeblasen werden. Dagegen wird die in den Kältetauschern und den verschiedenen Vorabscheidungsräumen abgesetzte Kohlensäure vorteilhaft durch Durchleiten eines \c-ärmeren Gases sublimiert. Dazu muß natürlich der Kältetauscher in doppelter Ausführung vorhanden sein, damit während der Zeit die Luft im anderen Kältetauscher abgekühlt und die Kohlensäure in anderen Wirbelkammern abgeschieden wird. Da Wirbelkammern und Kältetauscher im allgemeinen nach verschieden langer Zeit mit Kohlensäure versetzt sein werden, ist es häufig zweckmäßiger, beide einzeln umschalten zu können, unter Umständen auch nur einen einzigen Kältetauscher vorzusehen und nur die Wirbelkammer in doppelter umschaltbarer Ausführung anzuordnen.
• Wie die Versuche zeigen, ist es so trotz der hohen Dichte der Luft möglich, mehr als 99,50 'ä der in ihr enthaltenen Kohlensäure abzuscheiden, d. h. der Kohlensäuregehalt der Luft kann von dem -natürlichen Gehalt von rund 0,04 Volumprozent auf weniger als o,ooo2 Volumprozent, also ihr Staubgehalt auf 0,004g'm-, gesenkt werden. Dies entspricht etwa der Reinheit der durch Laugenwäsche von CO_, befreiten Luft, ist also vollkommen ausreichend, um bei den üblichen Betriebszeiten eine Verstopfung der Apparatur sicher zu vermeiden. Trotz dieser hohen erzielten Reinheiten kann der Druckverlust in den Düsen und der Wirbelkammer sehr klein gehalten werden, so daß sich kein merkbar höherer Kraftbedarf für die -Verdichtung der Luft ergibt. Denn die Schleuderwirkung ist dem Quadrat der Geschwindigkeit direkt, dem Durchmesser der Wirbelkammer umgekehrt proportional. Da jede Steigerung der Geschwindigkeit auch eine Vergrößerung des Druckverlustes bedingt, muß die benötigte hohe Schleuderwirkung durch Verwendung von Wirbelkammern mit kleinen Durchmessern erreicht werden. Insbesondere bei Verarbeitung größerer Luftmengen ist es also wesentlich zweckmäßiger, statt einer großen, zahlreiche kleine Wirbelkammern vorzusehen. Dadurch läßt sich auch erreichen, daß bei Apparaten mit stark wechselnder Luftmenge immer etwa der gleiche, zur Kohlensäureabscheidung ausreichende Druckabfall in den einzelnen Wirbelkammern erhalten bleibt, dabei Verminderung der Luftmenge eine oder mehrere Wirbelkammern abgeschaltet werden können. Dies läßt sich durch Absperrvorrichtungen ermöglichen, die nach den einzelnen Kammern angeordnet sind, also nicht mehr durch Kohlensäure verstopft werden können.
• Das Verfahren ist naturgemäß nicht auf Luft beschränkt, sondern kann auch auf andere Gase, die Kohlensäure enthalten, angewandt werden. Ist der Kohlensäuregehalt wesentlich größer als bei Luft, so ist natürlich der Kälteinhalt der abgeschiedenen festen Kohlensäure zur Vorkühlung der warmen Gase auszunutzen.

Claims (2)

1. PATENTANSYROCHE: i. Vorrichtung zur Abscheidung der aus einem Gas oder Gasgemisch ausgefrorenen Verunreinigungen durch Schleuderwirkung in zwei oder mehreren hintereinandergeschalteten Abscheidevorrichtungen, von denen in den vorgeschalteten, durch Prall- oder Schleuderwirkung bei mäßiger Geschwindigkeit ,erst die gröberen Bestandteile abgesetzt und dann in einen nachgeschalteten Fliehkraftabscheider bei höherer Geschwindigkeit oder schärferer Bestandteile abgesetzt und dann in .einen nachgeschalteten Fliehkraftabscheider bei höherer Geschwindigkeit oder schärferer Richtungsänderung auch die feinsten Bestandteile ausgeschleudert werden, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall der Ausscheidung der Kohlensäure aus einem der Tiefkühlung unterworfenen Gas oder Gasgemisch der Fliehkraftabscheider in Form eines Zyklons mit senkrechter Achse ausgebildet ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, -dadurch gekennzeichnet, daß der Fliehkraftabscheider eine Wirbelkammer besitzt, in die der Gasstrahl durch radial mündende Düsen eintritt und vor seinem Austritt einer scharfen Richtungsänderung unterworfen wird. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch ,gekennzeichnet, daß der in der Hauptwirbelkammer vorgereinigten Luft in einer nachgeschalteten Wirbelkammer mit besonders kleinem Durchmesser auch die letzten Staubreste entrissen werden. q.. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergrößerung der Schleuderwirkung und wegen der leichteren Regulierbarkeit statt einer mehrere parallel geschaltete Wirbelkammern vorgesehen sind.