Verfahren zur Trennung von Wasserstoff und Kohlensäure Zur Trennung
eines Gemisches von Wasserstoff und Kohlensäure, wie es z. B. aus Wassergas durch
Oxydation des darin enthaltenen Kohlenoxyds entsteht, ist es bekannt, die Mischung
mit Wasser unter Druck auszuwaschen, wobei erheblich größere Mengen von Kohlensäure
als von Wasserstoff aufgelöst werden, so daß der letztere verhältnismäßig rein gewonnen
werden kann, Immerhin %verden auch einige Prozente Wasserstoff mit aufgelöst, die
bei der einfachen Waschung verlorengehen. Zur Verringerung der Wasserstoffverluste
hat man vorgeschlagen, die bei der Druckwäsche erhaltene gesättigte Lösung stufenweise
zu entspannen, d. h. den Druck nicht auf einmal vom Arbeitsdruck auf atmosphärischen,
herabzusetzen, sondern nur his zu einem mittleren. Das Gas, welches bei diesem mittleren
Druck aus der Lösung entweicht, ist erheblich wasserstoffreicher als dasjenige,
was bei weiterer Druckerniedrigung frei wird; das bei der ersten Druckerniedrigung
gewonnene wasserstoffreiche Entspannungsgas wird dem zu trennenden Ausgangsgemisch
wieder zugesetzt. Dieses Verfahren hat den Nachbeil, daß die Druckentspannungsvorrichtungen
sehr kompliziert werden, insbesondere dann, wenn auf die Wiedergewinnung .der im
Druckwasser steckenden Energie Wert gelegt wird.
Es ist weiter vorgeschlagen
worden, das bei der zur Kohlensäureentfernung durchgeführten Druckwasserwäsche von
Koksofengas, also einem an Kohlenwasserstofen verhältnismäßig reichen Gas, anfallende
Waschwasser in einem Zuge vollständig zu entspannen, das gesamte dabei frei werdende
Gas für sich aufzufangen und das dann noch im Waschwasser verbliebene Gas durch
Überleiten des Wassers über Gradierwerke, also durch Begasen mit Luft, auszutreiben.
Das bei der Entspannung auf Atmosphärendruck in Berührung mit dem Entgasungsgas
frei «-erdende Gas ist reicher an Wasserstoff und Kohlenwasserstoffen als das beim
Belüften vom Waschwasser abgegebene und soll dem zu waschenden Ausgangsgas wieder
zugesetzt werden. Dieses Verfahren arbeitet insofern sehr unwirtschaftlich, als
mehr als 70% des von der Waschflüssigkeit insgesamt aufgenommenen Gases von neuem
komprimiert und gewaschen werden müssen, so d;.ß ein großer Teil der auszuwaschenden
Kohlensäure im Kreislauf verbleibt.Process for separating hydrogen and carbonic acid for separation
a mixture of hydrogen and carbonic acid, as it is e.g. B. from water gas
Oxidation of the carbon monoxide it contains occurs, it is known to the mixture
Wash out with water under pressure, with considerably larger amounts of carbonic acid
than can be dissolved by hydrogen, so that the latter is obtained relatively pure
After all, some percent of hydrogen is also dissolved with that
get lost in the simple ablution. To reduce hydrogen losses
it has been proposed to gradually increase the saturated solution obtained by pressure washing
to relax, d. H. the pressure not at once from the working pressure to atmospheric,
but only to a medium level. The gas that this middle
Pressure escapes from the solution is considerably richer in hydrogen than that
what becomes free when the pressure is further reduced; the first time the pressure is lowered
The hydrogen-rich expansion gas obtained is added to the starting mixture to be separated
added again. This method has the disadvantage that the pressure relief devices
become very complicated, especially when it comes to recovering the im
Pressurized water is attached to the energy.
It is suggested further
which was carried out in the pressurized water scrubbing of
Coke oven gas, a gas that is relatively rich in hydrocarbons
To completely relax the washing water in one go, all of which is released
Catch the gas for yourself and then the gas still remaining in the wash water through
Passing the water over graduation towers, i.e. expelling it by gassing with air.
This is when the pressure is released to atmospheric pressure in contact with the degassing gas
free «-earth gas is richer in hydrogen and hydrocarbons than that of
Aeration released by the washing water and should be returned to the starting gas to be washed
can be added. This method is very inefficient in that
more than 70% of the total gas absorbed by the scrubbing liquid again
must be compressed and washed, so d; .ß a large part of the washed out
Carbonic acid remains in the circuit.
Es wurde nun. gefunden, daß sich ein Gemisch von Wasserstoff und Kohlensäure
mit Hilfe einer Druckwasserwäsche sehr viel vorteilhafter trennen läßt, wenn nur
die nach der an sich bekannten, in einem Zuge vorgenommenen Entspannung auf annähernd
Atmosphärendruck zeitlich zuerst frei werdenden Gasanteile getrennt von den später
entweichenden aufgefangen werden.It was now. found that there is a mixture of hydrogen and carbonic acid
with the help of a pressurized water wash can be separated much more advantageously, if only
after the relaxation that is known per se and carried out in one go to approximately
Atmospheric pressure, separated from the gas portions released later in time
escaping can be caught.
Es hat sich nämlich herausgestellt, daß die bei der freiwilligen,
geraume Zeit andauernden Entgasung der entspannten Lösung in Gegenwart des. Entspannungsgages
frei werdenden Gase durchaus nicht dauernd die gleiche Zusammensetzung aufweisen,
sondern daß die zeitlich zuerst frei werdenden Gase einen erheblich höheren Wasserstoffgehalt
besitzen als die. später frei werdenden, so daß, wenn, die nach der Entspannung
einsetzende freiwillige Entgasung zeitlich unterteilt wird, es gelingt, den größeren
Teil des mit der Kohlensäure aufgelösten Wasserstoffs in Form eines sehr liochkonzentrierten
Gases zu gewinnen. Die Rückführung dieser verhältnismäßig kleinen eng,2 Entspannungsgas
ist aber wegen der 2
,erheblich gerin-eren Kompressionskosten viel vorteilhafter
als die Verarbeitung der gesamten Menge Entgasungsgas.It has been found that the gases released during the voluntary, long-lasting degassing of the relaxed solution in the presence of the relaxation gas by no means always have the same composition, but that the gases released first have a considerably higher hydrogen content than that . later released, so that if the voluntary degassing that begins after the expansion is divided in time, it is possible to obtain the greater part of the hydrogen dissolved with the carbonic acid in the form of a very hole-concentrated gas. The recirculation of this relatively small, narrow, 2 expansion gas is, however, much more advantageous than processing the entire amount of degassing gas because of the 2, considerably lower compression costs.
Dieses eigenartige Verhalten einer übersättigten Lösung von Kohlensäure
und Wasserstoff in Wasser bei der Entspannung konnte nicht vorausgesehen werden,
da die Geschwindigkeit des Austritts eines Gases aus einer Lösung und entsprechend
auch die Geschwindigleit der Auflösung des Gases in Wasser in keinem Zusammenhang
mit der absoluten Löslichkeit des Gases steht, so, da.ß aus dem Verhältnis der Löslichkeiten
zweier Gase nichts über das Verhältnis der Lösungsgeschwindigkeiten zu entnehmen
ist. Es kommt hinzu, daß nach der Entspannung stark übersättigt- Gaslösungen vorliegen
und, da die Übersättigung einer solchen Lösung durch ein beliebiges Gas aufgehoben
werden kann, man erwarten mußte, daß eine zufällig entstehende Gasblase die Übersättigung
ihrer Umgebung aufhebn müßte, so daß die Gase in dem Verhältnis entweichen, wie
sie aufgelöst worden sind. Überraschenderweise vermag aber Wasserstoff anscheinend
die Übersättigung einer CO,-Lösung nur recht schlecht auszulösen und merkwürdigerweise
gerade dann, wenn die Übersättigung an CO., noch sehr stark ist, nämlich zu Beginn
der Entgasung.This peculiar behavior of a supersaturated solution of carbonic acid
and hydrogen in water during the relaxation could not be foreseen,
because the speed of the exit of a gas from a solution and accordingly
also the speed of the dissolution of the gas in water in no relation
with the absolute solubility of the gas, so that the ratio of the solubilities
of two gases nothing can be learned about the ratio of the speed of solution
is. In addition, gas solutions are strongly supersaturated after the relaxation
and, since the supersaturation of such a solution is abolished by any gas
can be expected, one had to expect that an accidentally formed gas bubble would cause the supersaturation
would have to cancel their surroundings, so that the gases escape in the same proportion as
they have been dissolved. Surprisingly, however, hydrogen is apparently capable
to trigger the supersaturation of a CO, solution only very badly and strangely enough
especially when the supersaturation of CO., is still very strong, namely at the beginning
the degassing.
Das erfindungsgemäße Verfahren sei an Hand eines Beispiels näher erläutert:
2ooo m3/h Gas der Zusammensetzung 29,30/0 C02, 65,2% Hz, 1,9% CO, 1,7% CH4, 1,9%
N2 wurden bei 7 atü mit 470 Nm3/h Wasser gewaschen. Das Wasch,was,ser wurde dann
in einer Peltonturhine in einem Zug vollständig entspannt. Die in dieser Turbine
salbst, also zeitlich zuerst frei werdenden Gase wurden von den im Lauf der weiteren
Entgasung des aus der Turbine in die Nachentga:sungsbehälter abströmenden Wassers
entbundenen gesondert aufgefangen. Dabei betrug die Menge, des zuerst frei werdenden
Gases (I) 70 Nm3/li, die des später entbundenen (II) roo Nm3/h. DieZusammensetzungdieser
rGase war
Gas I Gas II
C02 ...... ..a.1,50/0 82,80/0
H.> ....... 53,0/0 14,20/0
CO ...... 1,70/0 0,70/0
C H4 ..... 1,50/0 0,70/0
N.. ....... 1,40/0 1,60/0
Man erkennt aus den Zahlen, daß beim gesonderten Auffangen des zeitlich zuerst frei
werdenden Entspannungsgases der größte Teil (etwa 75'/0) des insgesamt aufgelösten
Wasserstoffs in stark angereicherter Form gewonnen werden kann, dessen Rückführung
durchaus wirtschaftlich ist, da nur etwa .4o% der Verdichtungsarbeit aufgewendet
werden muß, die erforderlich wäre, wenn nach den bekannten Verfahren das gesamte
Entspannungsgas zurückgeführt wurde.The method according to the invention will be explained in more detail using an example: 2,000 m3 / h of gas with the composition 29.30 / 0 C02, 65.2% Hz, 1.9% CO, 1.7% CH4, 1.9% N2 were used Washed 7 atmospheres with 470 Nm3 / h of water. The washing, what, was then completely relaxed in one go in a Peltonturhine. The gases released first in this turbine were caught separately from those released in the course of the further degassing of the water flowing out of the turbine into the secondary degassing tank. The amount of the gas released first (I) was 70 Nm3 / liter, that of the gas released later (II) roo Nm3 / h. The composition of these gases was Gas I Gas II
C02 ...... ..a 1.50 / 0 8 2.80 / 0
H.> ....... 53.0 / 0 14.20 / 0
CO ...... 1.70 / 0 0.70 / 0
C H4 ..... 1.50 / 0 0.70 / 0
N .. ....... 1.40 / 0 1.60 / 0
It can be seen from the figures that if the expansion gas that is released first is collected separately, the major part (about 75%) of the total dissolved hydrogen can be obtained in a highly enriched form, the recycling of which is quite economical, since only about .40% the compression work must be expended, which would be required if all the expansion gas was recycled according to the known method.
Je kürzer man die Zeit wählt, während welcher das erste- Entspannungsgas
aufgefangen wird', um so wasserstoffreicher ist es.The shorter you choose the time during which the first expansion gas
is caught ', the richer it is in hydrogen.
Es hat sich gezeigt, daß das Verfahren um so günstiger arbeitet, je
ruhiger und gleichmäßiger die Gasentbindung aus der entspannten übersättigten Lösung
erfolgt. Es empfiehlt sich daher, die Entspannung so zu leiten, daß während des
Druckabfalls selbst
keine oder nur eine geringe Gasentwicklung erfolgt
und die entspannte Lösung in ruhigem Strahl unter die Oberfläche bereits entspannter
Flüssigkeit eingeführt wird.It has been shown that the process works all the more favorably
the release of gas from the relaxed, supersaturated solution is calmer and more even
he follows. It is therefore advisable to guide the relaxation in such a way that during the
Pressure drop itself
there is little or no gas evolution
and the relaxed solution in a calm jet below the surface is already more relaxed
Liquid is introduced.