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Verfahren zur selektiven Auswaschung von Schwefelwasserstoff aus kohlensäurehaltigen
Gasen, insbesondere Destillationsgasen mittels säurefreien Ammoniakwassers Es sind
Verfahren zur Auswaschung von Schwefelwasserstoff aus kohlensäurehaltigen Destillationsgasen
bekannt, bei welchen die selektive Abtrennung von Schwefelwasserstoff mittels säurefreiem
Ammoniakwasser unter Verwendung üblicher Horden- oder Schleuderwascher durch Verwendung
besonders kurzer Berührungszeiten, z. B. Bruchteile von Sekunden, erreicht werden
soll, Diese bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß man bezüglich der einzuhaltenden
Berührungszeiten zwischen Gas und Ammoniakwasser an enge Grenzen gebunden ist und
daß eine quantitative Auswaschung des H2S eine vergleichsweise hohe Konzentration
des Ammoniaks in Wasser (z. B. Anwendung von Ammoniakwasser mit 20 bis 40 g NH je
Liter) erfordert. Die Benutzung von Ammoniakwasser höherer Konzentration hat aber
den Nachteil, daß größere Mengen Ammoniak vom Gas mit fortgeführt werden und für
die Zurückgewinnung wieder aufgearbeitet werden müssen.
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Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß die vorstehend behandelten
Nachteile dadurch vermieden werden können, daß die Waschflüssigkeit in zerstäubter
Form, insbesondere durch mit hohem Druck beaufschlagte Zerstäuberdüsen einem frei
von Horden oder sonstigen Füllkörpern gehaltenem Wascher zugeführt wird, welche
vom Gas mit so großen Geschwindigkeiten durchströmt wird,
daß eine
hohe Schwefelwasslerstoffauswaschung bei nur geringer Auswaschung an Kohlensäure
stattfindet.
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Die Anwendung der Kombination der angegebenen Merkmale beruht auf
folgender neuen Erkenntnis: Die Absorption zwischen Nil1 einerseits und CO bzw.
H2S andererseits hängt im wesentlichen von zwei verschiedenen Umständen ab, a) der
»tTandergeschwindigkeit« der zu absorbierenden Säuren in den Flüssigkeitsteilchen,
b) der Geschwindigkeit der chemischen Reaktion dieser Säuren mit dem Ammoniak.
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Bezüglich der zweiten Bedingung verhalten sich die beiden Säuren
praktisch in gleicher Weise. Bezüglich der erstgenannten Bedingung verhalten sich
die Säuren aber unterschiedlich, indem hier die Wandergeschwindigkeit von H2S wesentlich
größer ist als diejenige der-Isohlensäure, was dadurch zu erklären ist, daß es sich
bei H2S um eine ausgesprochene Ionenwanderung handelt, während bei der Kohlensäure
das Kohlensäuremolekül wandert.
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Wird nun die Waschflüssigkeit in den Wascher bei dem Verfahren nach
der Erfindung eingestäubt, so bilden sich zahlreiche winzigste Wassertröpfchen (Nebel),
an denen nun Isohlensäure und HqS angreifen, wobei auf Grund der vorstehend geschilderten
unterschiedlichen Wandergeschwindigkeiten die-Kohlensäure nur an der Außenhaut angreift
und hier nur in einer dünnen äußeren Schale mit dem Ammoniak reagiert, während das
H2S schnell in den Kern des Tröpfchens wandert. Die Reaktion mit H2S wird im wesentlichen
sofort bei der Berührung mit diesem Flüssigkeitsnebel erfolgen. Anschließend findet
eine Kondensation der Flüssigkeit aus diesem Flüssigkeitsnebel statt, d. h. es bilden
sich größere Tröpfchen, an denen dann die Kohlensäure (und etwa noch vorhandenes
freies H2S) in der vorstehend beschriebenen Weise angreift. Wichtig ist, daß auf
Grund der vorstehend behandelten Erkenntnisse vermieden wird, daß sowohl die erstgebildeten
kleinen Tröpfchen als auch die später kondensierten großen Tröpfchen sich an irgendwelchen
mechanischen Widerständen reiben oder auf diese aufprallen und zerplatzen. Im ersteren
Fall wird die Außenschale zerstört, und die Kohlensäure trifft wieder auf neues
unverbrauchtes Ammoniak; im letzteren Fall tritt grundsätzlich das gleiche ein,
indem aus einem Tropfen zahlreiche neue kleinere Tröpfchen mit frischer Außenhaut
entstehen und gleichzeitig dadurch die gesamte Oberfläche. an der die Kohlensäure
angreifen kann, vergrößert wird. Diese Reibung der Flüssigkeitströpfchen an mechanischen
Widerständen durch das Zerplatzen der Tröpfchen wird durch die erfindungsgemäß vorgesehene
Verwendung eines von Einbauten freigehaltenen Waschers vermieden und auf diese Weise
in Ausnutzung der unterschiedlichen Wandergeschwindigkeiten der zu absorbierenden
Säuren die Wirkung erreicht, daß die Kohlensäureaufnahme weitgehend beschränkt wird,
so daß das zur Verfügung stehende Nil1 im wesentlichen nur für die H2S-Auswaschung
nutzbar gemacht wird.
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Die Verwendung von Zerstäuberdüsen für die Einbringung des Ammoniakwassers
(an Stelle der sonst üblichen einfachen Brausen) führt zur Bildung von Flüssigkeitströpfchen
von sehr kleinem Durchmesser, die in eine sehr innige und in kurzer Folge wechselnde
Berührung mit immer neuen Gasteilchen kommen. Es wird auf diese Weise also vermieden,
daß die gebildeten Flüssigkeitsteilchen auf einem längeren Wege, d. h. während einer
längeren Zeit, mit den gleichen Gasteilchen in Berührung bleiben, weil ein solcher
Vorgang nicht nur nutzlos ist, sondern bei einer längeren Berührung von Flüssigkeitsteilchen
und Gasteilchen eine unerwünschte Bindung von Kohlensäure erfolgen könnte.
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An sich sind sowohl Zerstäuberdüsen als auch die Verwendung hordenfreier
Wascher bekannt, so daß die Erfindung nur in der Vereinigung der angegebenen Merkmale
besteht.
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Das Verfahren nach der Erfindung hat den Vorteil, daß eine selektive
Auswaschung von Schwefelwasserstoff möglich ist, ohne daß, wie bisher, sehr kurze
Berührungszeiten eingehalten werden müssen, wie denn die Grenzen für die Berührungszeiten
verhältnismäßig weit gezogen werden können, und daß hierbei die Verwendung von Ammoniakwasser
mittlerer Konzentration (z. B. 15 g NH3 je Liter) möglich ist.
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Die angegebenen Vorteile ergeben sich aus folgenden durchgeführten
Versuchen, bei denen als Waschflüssigkeit Ammoniakwasser mit I5 g NH3 je Liter benutzt
wurde: Bei einem Kokereigas mit 6 g H2S und 28,4 g CO2Jm3 wurden bei einer Waschlänge
von I3 m und einer Verweilzeit von In, 3 Sekunden folgende Werte erreicht: Auswaschung
anH2S.... 90,8 0,0, - - C09.... 3,50/0.
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Bei einer Verlängerung des Waschweges von I3 auf 26 m und der Verweilzeit
auf 22,6 Sekunden ergab sich bei den gleichen Verhältnissen Auswaschung anil.S....
92,2 °/0, - -CO2.... 4,3010, d. h. die Ergebnisse sind annähernd gleich.
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Bei einem anderen Gas mit ebenfalls 6,g H2S und höherem Kohlensäuregehalt,
nämlich 3gJ4g/m3, wurde auch ein Versuch mit noch kürzerer Verweilzeit gemacht,
und hier ergab sich bei 3,4 Sekunden Verweilzeit Auswaschung an H2S.... 8g,o °/0,
- - 7,50/0.
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Auch diese Werte zeigen keine wesentlichen Abweichungen, wobei sich
die höhere Auswaschung an Kohlensäure dadurch erklärt, daß das Gas einen von vornherein
höheren Gehalt an Kohlensäure besaß.
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Mit dem erstgenannten Gas wurden Versuche unter Verwendung von Hordenwaschern
durchgeführt. Hierbei ergab sich bei einer Verweilzeit von 5 Sekunden eine Auswaschung
an H2S.... 62,6 °/0, - - CO2.... 26,6%.
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Eine Verlängerung der Berührungsdauer auf I5 Sekunden ergab folgende
Werte: Auswaschung an H2S-.... 37,9 O/ö, - - CO2.... 33,9%.
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Man erkennt hieraus, daß bei Verwendung von Hordenwaschern bei einer
Verweilzeit von 5 Sekunden keine brauchbaren Ergebnisse erzielt werden, sondern
eine sehr viel kürzere Verweilzeit bzw. die Einhaltung einer engen Grenze für diese
notwendig ist.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung an einem Ausführungsbeispiel
dargestellt.
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Das Gas wird über die Leitung s der Vorkühlanlage 4 und dann dem
H2S-Wascher6 zugeführt. Dieser H2S-Wascher wird mit NHfi,-Wasser von erforderlicher
Konzentration beaufschlagt, welches über die Leitung d in einem geschlossenen Kreisstrom
zwischen dem Wascher 6 und einem Entsäurer 10 umläuft. In dem Entsäurer 10 wird
das H2S 5 und die etwa gebundene Kohlensäure abgetrieben. In den Kreisstrom ist
selbstverständlich eine nicht zur Darstellung gebrachte Pumpe einzuschalten. Diese
soll die Waschflüssigkeit mit hohem Druck, z. B.
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3 bis 4 atü, den Zerstäuberdüsen 14 zuführen.
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Der Wascher 6 ist frei von Füllkörpern, Horden o. dgl. gehalten.
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Die Gasgeschwindigkeit kann z. B. 3 mJSek. betragen.
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Die Führung von Gas und Flüssigkeit kann im Gleichstrom oder Gegenstrom
erfolgen. Das Gas tritt aus dem H2S-Wascher6 aus und wird dann über die Leitung
dem NH3-Wascher 7 zugeführt. Dieser wird in bekannter Weise mit Waschflüssigkeit
beaufschlagt, die aber eine von dem demWascher6 zugeordneten Kreistrom getrennte
Führung besitzt.