-
Verfahren und Vorrichtung zur Waschung von Gasen
Die Waschung von Gasen
unter Druck mit im Kreislauf gefühten abwechselnd erwärmten und wieder al>gekühlten
Flüssigkeiten ist bekannt. Die beladenen Waschflüssigkeiten werden hierbei am unteren
Ende des Waschturmes entnommen und durch Erwirmung oder Spülung mit Gas oder durch
beides regeneriert und nach erneuter Ab kühlung wieder zur Waschung verwendet.
-
Gegenstand der Erfindung ist ein Waschverfahren, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß die Waschflüssigkeit vor ihrer Aufgabe auf den Waschturm tiefgekühlt wird,
wobei gleichzeitig Flüssigkeits und Gasmenge so aufeinander abbestimmt werden, daß
ihre Wärmekapazitäten annähernd gleich groß sind, daß ferner die am unteren Ende
des Waschturmes erzielte. im austausch mit Rohgas erwärmte Waschflüssigkeit praktisch
frei von gelösten Bestandteilen entnommen wird und ein Teil der Waschflüssigkeit
angereichert mit ausgewaschenen Gasbestandteilen zwischen dem Eintritt des warmen
zu zerlegenden Gases und dem Austritt des kalten Restgases abgezweigt wird.
-
Das Besondere dieses Verfahrens liegt im Gegensatz zu den bekannten
Waschverfahren, bei denen die Gewichtsmenge des Waschmittels diejenige des zu waschenden
Gases bei weitem übersteigt, darin, daß nach vorliegendem Gewichtsmengen verwendet
werden, die nicht sehr verschieden voneinander sind und vor allem annähernd gleiche
Wärmekapazität aufweisen. Die Folge dieser Maßnahme ist, daß die Waschflüssigkeit
nach weitgehendem Wärmeaustausch mit Rohgas am unteren Ende des Waschturmes bereits
in weitgehend regeneriertem Zustand ankommt. Die geringen, noch in dieser
Waschflüssigkeit
enthaltenen gelösten Bestandteile stören bei der späteren Wiederaufgabe in tiefgekühltem
Zustand in keiner Weise, die ihr Partialdruck den Sättigungsdruck der gelösten Substanz
bei der tiefen Aufgabetemperatur am Kopf des Waschturmes bei weitem nicht erreicht.
-
Die für den Waschvorgang benötigte Kälte wird nach einem weiteren
Erfindungsgedanken durch Entspannung des Restgases aus der Waschung erzeugt und
auf die Waschflüssigkeit übertragen. Die weitere Folge dieser Maßnahme, daß nämlich
am oberen Waschturmende die löslichen Bestandteile aus dem Gas durch die Waschflüssigkeit
herausgelöst und am unteren Ende die in der Flüssigkeit gelösten Bestandteile durch
die Heiz- und Spülwirkung des warmen Frischgases wieder ins Gas getrieben werden,
bewirkt eine Anreicherung dieser Bestandteile zwischen den Turmenden und ermöglicht
hier die Entnahme einer angereicherten Waschflüssigkeit von wesentlich höherem Gehalt
an gelösten Gasbestandteilen, als es bei dem üblichen Verfahren möglich gewesen
wäre.
-
Der Grund für die Mõglichkeit der Verwendung so geringer Waschmittelmengen,
wie oben gekennzeichnet, liegt darin, daß die Lösefähigkeit von Flüssigkeiten für
bestimmte Gasarten mit sinkender Temperatur ansteigt, wobei natürliche Voraussetzung
ist, daß tiefgefrierende Flüssigkeiten verwendet werden. Unter Ausnutzung dieser
Tatsache wird nach einem weiteren Erfindungsgedanken die Waschung in einem so tiefen
Temperaturgebiet vorgenommen, daß die Lösefähigkeit des auszuwaschenden Gases in
dem verwendeten Waschmittel ausreicht, um mit der angewendeten geringen Waschmittelmenge
alle die Gasbestandteile auszuscheiden, deren Gewinnung bezweckt und deren Entnahme
in konzentrierter Form zwischen dem oberen und unteren Ende des Waschturmes mit
einem Teil der angereicherten Waschflüssigkeit erfolgen soll.
-
Nach einem weiteren Erfindungsgedanken wird die Entnahme des abzuzweigenden
Waschflüssigkeitsteiles in der Nähe der Stelle erfolgen, an der die Waschflüssigkeit
mit dem zu gewinnenden gelösten Bestandteil am meisten angereichert ist. Man hat
es im übrigen in der Hand, durch geeignete Dosierung der abgezweigten Flüssigkeitsmenge
den Anreicherungsgrad zu steigern bzw. die Stelle der Hauptanreicherung tiefer zu
verlegen. Liegen mehrere in größerem Temperaturabstand voneinander kondensierende
Bestandteile vor, die auf die geschilderte Weise gewonnen werden sollen, so kann
eine Entnahme auch an mehreren Stellen des Turmes erfolgen, nämlich jeweils dort,
wo die Konzentration des zu gewinnenden Bestandteiles in der Waschflüssigkeit den
höchsten Wert erreicht.
-
Da durch die Entnahme der Waschflüssigkeit das värmegleichgewicht
innerhalb des Turmes gestört werden würde, wird durch eine weitere erfindungsgemäße
Maßnahme dafür gesorgt, daß dieses Gleichgewicht erhalten bleibt. Man führt nämlich
die abgezweigte beladene, noch kalte Waschflüssigkeit in besonderen Rohren durch
den darunterliegenden Teil des Waschturmes, zweckmäßig nach arbeitsleistender Entspannung,
und wärmt sie dabei im indirekten Gegenstromwarmeaus.tausch mit warmem Rohgas wieder
an, führt sie dann aus dem Waschturm heraus und trennt sie in an sich bekannter
Weise von dem während der Entspannung und Erwärmung ausgetriebenen Bestandteil ab,
worauf sie nach erneuter Kompression oberhalb des Frischgaseintritts in den Waschturm
zurückgeführt und wieder mit der dort abwärts strömenden Flüssigkeit vereinigt wird,
während die abgetriebenen, vorher gelösten Gasbestandteile gesondert abgeführt werden.
Die nochmalige Einführung dieser Flüssigkeit in den Waschturm soll noch gelöste
Gasbestandteile unter der Spülwirkung des Frischgases aus der Flüssigkeit entfernen.
Dies ist besonders dann zweckmäßig. wein unter anderem auch verhältnismäßig hochsiedende
Bestandteile ausgewaschen werden.
-
Die den Waschturm verlassende erwärmte und regenerierte Waschflüssigkeit
wird nach arbeitsleistender Entspannung dem kalten gewaschenen Gas entgegengeführt,
nachdem dieses Gas ebenfalls arbeitsleistend entspannt wurde und dadurch die benötigte
Kälteleistung liefert, und kühlt sich dabei im direkten oder indirekten Gegenstromwärmeaustausch
mit dem Gas al>.
-
Der Vorgang vereinfacht sich, wenn nur tiefsiedende Bestandteile
auszuwaschen sind, die hereits bei der Erwärmung allein in der beschriebenen Weise
frei gemacht werden. Nian kann in diesem Fall darauf verzichten, die etwa in der
Turmmitte abgezweigte, lxeladene Waschfliissiglieit zu entspannen. Man muß sie dann
lediglich z. B. in einer Rohrspierale des Waschturmunterteiles anwärmen, von den
gelösten Bestandteilen alitrenneti und nunmehr z. B. im indirekten Wärmeaustausch
mit entspanntem kaltem Restgas wieder abkühlen und nach einer geringen Kompression
wieder auf den Waschturm aufgeben.
-
Die Ausführung des Nerfahrens bei Gegenwart verhältnismäßig hochsiedender
Bestandteile sei an Hand der Fig. 1 näher erläutert. Das nach dem beschriebenen
Verfahren zu zerlegende Gas besteht aus einem Gemisch von \Vasserstoff, Kohlenoxyd,
Methan, Äthylen und höheren Kohlenwasserstoffen.
-
Das Waschmittel sei eine geeignete Henzinfraktion, z. B. mit einem
Schmelzpunkt von -go0, der gegebenenfalls schmelzpunkterniedrigende Flüssigkeiten,
wie Pentan, Toluol, Alkohole usw., zugesetzt werden. Das Frischgas tritt bei 2 auf
einen Druck von beispielseveise 6 atü komprimiert in den Waschturm I ein, wird von
dem auf den Kopf des Turmes bei 17 im tiefgekühlten Zustand mit a~SoG aufgegebenen
Benzin im Turmoberteil über Böden, im Turmunterteil über Füllkörpern berieselt und
von seinen Bestandteilen Äthylen und höheren Kohlenwasserstoffen befreit. Das kalte
Restgas verläßt den Waschturm bei i X und geht nach arbeitsleistender Entspannung
in einer Turbine I2 bei 13 in einen Kühlturm lo für die zu kühlende bei ii eingeführte
im Unterteil des Waschturms regenerierte Waschflüssigkeit. Nm unteren Ende
des
Waschturmes I wird die Waschflüssigkeit praktisch frei von gelösten Bestandteilen
entnommen, durch die Turbine 9 unter Arbeitsleistung entspannt und l>ei lt auf
den Kühlturm 10 aufgegeben, in dem sie im Austausch mit kaltem, in der Hauptsache
aus Wasserstoff, Kohlenoxyd und Methan bestehendem bei 13 eingeführtem Restgas abgekühlt
wird. Die abgekühlte Flüssigkeit wird hei I6 von der Pumpe 15 angesaugt und unter
dem Waschdruck wieder in den Waschturm 1 bei I7 eingespeist. Ein Teil der Waschflüssigkeit
wird, angereichert mit ausgewaschenen Gasbestandtei len, l>ei 3 eiitnommen. durch
eine Turbine 4 arbeitsleistend entspannt und durch einen im Turmunterteil liegenden
Rohranwärmer 5 im Gegenstromwärmeaustausch mit Rohgas erwärmt. In einem Trenner
6 wird das die vorher gelösten Bestandteile enthaltende Entgasergas von der Flüssigkeit
getreniit und bei 7 abgeführt. Die Flüssigkeit wird durch die Pumpe 8 wieder angesaugt,
auf den Waschdruck komprimiert und in den Turm 1 oberhalb des Frischgaseintritts
wieder zurückgeführt und mit der übrigen Waschflüssigkeit vereinigt bzw. regeneriert.
Die Zahl und Lage der Entnahmestellen zwischen den Waschturmenden richtet sich nach
der Zahl und Art der zu gewinnenden Bestandteile. Tiefsiedende Bestandteile werden
an den höheren (kälteren), höhersiedende Bestandteile an den tieferen (wärmeren)
Stellen des Waschturmes zu. entnehmen sein. Die einzelnen angereicherten Flüssigkeitsteile
werden im übrigen genau so behandelt, wie es schon für den Fall der Entnahme nur
eines Teiles der angereicherten Flüssigkeit beschrieben wurde. Prinzipiell ist auch
die Entna'hme von Konzentraten aus der Gasphase zwischen den Turmenden möglich,
jedoch ist die Entnahme von angereicherter Flüssigkeit günstiger als die Entnahme
von Gaskonzentraten zwischen den Turmenden, da die erste zu höheren Konzentrationen
der zu gewinnenden Bestandteile im Entgasergas führt.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ausführung des ol>en beschriebenen
Verfahrens nach Fig. I besteht demnach aus einem Waschturm I, in dem Hestandteile
des bei 2 eintretenden Frischgases l>ei sinkender Temperatur gelöst und zwischen
Gaseintritt 2 und Gasaustritt 18 bei 3 in einer kleinen angereicherten Flüssigkeitsmenge
entnommen werden, einer Turl>ine 4 zur arbeitsleistenden Entspannung dieser Flüssigkeit,
einem Rohranwärmen 5 und einem Trenner 6, in dem Flüssigkeit und Gas getrennt und
dieses bei 7 abgeführt wird, einem Verdichter 8 für die in den Waschturm zurückzufördernde
Waschflüssigkeit, einer Entspannungsturbine 9 für die warme Waschflüssigkeit. einem
Kühlturm 10 für diese bei II aufgegelene warme Flüssigkeit, die im Wärmeaustausch
mit kaltem durch die Turbine 12 unter .4rleitsleistunK entspanntem, bei I3 kalt
eingeführtem und l>ei 14 warm abgeführtem Restgas aus Waschturm 1 steht, sowie
einer Pumpe 15 zur Förderung der hei 16 aus dem Kühlturm 10 entnommenen kalten Flüssigkeit
auf den Waschturm.
-
Die Ausführung des Verfahrens, insbesondere für die Gewinnung verhältnismäßig
tiefsiedender Bestandteile des zu waschenden Gasgemisches, sei an Hand der Fig.
2 erläutert, in der Teile, die mit denen der Fig. 1 übereinstimmen, die gleichen
Bezugszeichen wie diese haben.
-
Das zu zerlegende Gas wird beispielsweise auf 6 ata komprimiert,
bei 2 in den Waschturm 1 eingeführt, von der bei I7 eintretenden Waschflüssigkeit
berieselt und von seinen tiefsiedenden Bestandteilen befreit. Der im Turm 1 angereicherte
Waschflüssigkeitsteil wird bei 3 entnommen, ohne Entspannung in dem Rohranwärmer
5 angewärmt und im Trenner von den gasförmigen Bestandteilen hefreit. Die Flüssigkeit
wird mit der den Waschturm bei 19 verlassenden Waschflüssigkeit vereinigt, tritt
bei 23 in den Gegenströmer 20 ein und bei 24 aus. In diesem Gegenströmer wird sie
in indirektem Wärmeaustausch mit dem den Waschturm bei Is verlassenden, bei I2 unter
Arbeitsleistung entspanntem, bei I3 eintretendem und bei 21 austretendem Restgas
abgekühlt, durch Pumpe 22 mäßig komprimiert und bei 17 wieder in den Waschturm I
gegeben.
-
Bei der Auswaschung von tiefsiedenden Gasbestandteilen besteht die
erfindungsgemäße Vorrichtung nach Fig. 2 aus dem Waschturm 1, in dem Bestandteile
des bei 2 eintretenden Gases bei sinkender Temperatur gelöst, in einem Teil der
Waschflüssigkeit angereichert, bei 3 zwischen Gaseintritt 2 und Gasaustritt 18 entnommen
werden, einer Turbine 12 zur arbeitslestenden Entspannung des Restgases, einem Rohranwärmer
5, einem Trenner 6, in dem das frei gemachte Gas von der Flüssigkeit abgetrennt
und bei 7 abgeführt wird, während die den Trenner 6 verlassende Waschflüssigkeit
mit der den Waschturm bei 19 verlassenden Waschflüssigkeit vereinigt wird, einem
Gegenströmer 20, den die vereinigte Waschflüssigkeit in indirektem Wärmeaustausch
mit kaltem durch die Turbine 12 unter Arbeitsleistung entspanntem und bei 13 eingeführtem
Restgas aus Waschturm 1 durchfließt, sowie einer. Pumpe 22 zur Förderung der bei
24 dem Gegenströmer 20 entnommenen kalten Flüssigkeit.
-
Das Verfahren unterscheidet sich von den Gaszerlegungsverfahren durch
Kondensation bei tiefen Temperaturen vor allem dadurch, daß es eine Zerlegung von
Gasgemischen schon bei höheren Temperaturen erlaubt, während es sich von den normalen
Waschverfahren vorteilhaft dadurch unterscheidet, daß die zu bewegenden Waschmittelmengen
infolge der tieferen Temperatur wesentlich geringer sind. Das beschriebene Verfahren
arbeitet also wirtschaftlicher als die beiden anderen zum Vergleich herangezogenen
Verfahren.