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Verfahren zur Abscheidung der Athylenfraktion aus Koksöfengas Beim
Zerlegen von Koksofengas durch fraktionierte Kondensation wird sowohl nach dem Linde-Bronn-
als auch dem Air Liquide-Verfahren (vgl. M. R u h e m a n n : The Separation of
Gases, Oxford 1940 und 1945, S. 237 bis 250) eine sog. Äthylenfraktion abgeschieden.
Dies erfolgt dadurch, daß das Gas im Gegenstrom mit dem im Entstehen begriffenen
Kondensat durch einen von einem Kühler gebildeten Äthylenabscheider hindurchgeführt
wird, in dem das zu zerlegende Gas den Kühlkörper durchläuft, während das Kühlmittel,
im vorliegenden Falle die expandierten abgeschiedenen Komponenten des Koksofengases,
im Gegenstrom mit dem Gas durch die Kühlrohre hindurchströmt. Beim Linde-Bronn-Verfahren
wird das Gas, nachdem es durch den Äthylenabscheider hindurchgegangen ist, durch
einen Tropfenabscheider geführt, in dem die vom Gas mitgeführten Kondensattropfen
sich ausscheiden, die sodann dem aus dem Athylenabscheider abgeführten Kondensat
zugesetzt werden.
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Die Äthylenfraktion enthält außer dem Äthylen noch Methan, Athan,
Propylen, etwas Kohlenmonoxyd und außerdem Acetylen. Wesentlich für das getrennte
Auffangen der sog. Äthylenfraktion ist die Notwendigkeit, das Acetylen aus dem Gas
zu entfernen, bevor die Methanfraktion aufgefangen wird, und zwar mit Rücksicht
darauf, daß die Löslichkeit des Acetylens in den niedriger siedenden Fraktionen
zu gering ist und daher durch Ausscheidung von Feststoff aus dem Acetylen eine Verstopfung
der Apparatur eintreten könnte. In der erwähnten Fraktion soll demnach fast das
gesamte Acetylen aufgefangen werden, während im Hinblick
auf die\rerwendungsmögliclikeitendesAcetylensder
Gehalt an Acetylen möglichst gesteigert werden soll.
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Beim Air Liquide-Verfahren wird das Koksofengas bei einer solchen
Temperatur aus dem Äthylenabscheider abgeführt, die relativ bedeutend höher liegt
als die nach dem Linde-Bronn-Verfahren. Man erreicht damit, daß die Menge des in
die Äthylenfraktion hineingelangenden Methans eine geringere ist. Zu gleicher Zeit
aber wird sich ein geringerer "feil des in dem Koksofengas enthaltenen Äthylens
bei der wesentlich größeren, relativen Dampfspannung in dieser Fraktion ansammeln,
und es wird sich somit in der anschließenden -Methanfraktion mehr Äthylen kondensieren.
Diese Methode ist also zur Gewinnung des vorhandenen Äthylens weniger zweckdienlich
und zugleich kann mehr Acetylen durch den Äthylenabscheider hindurchgehen.
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Für den Fall, daß das Linde-Bronn-Verfahren verwendet wird, ist festzustellen,
daß nur ein Äthylengehalt von etwa 30 % in der Äthylenfraktion erhalten wird, und
zwar hauptsächlich deshalb, weil in der Äthylenfraktion eine gleiche Menge des Nlethatis
kondensiert und außerdem ein relativ großer "feil des ursprünglich in dem Koksofengas
vorhandenen Äthylens, etwa 4o%, nicht in dem Kondensat aufgefangen wird.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, einen größeren Teil des Äthylens
in deF Äthylenfraktion aufzufangen und deren Äthylengehalt erheblich zu steigern
und zugleich in dieser Fraktion nahezu sämtliches Acetylen aufzufangen.
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Verwendet man lediglich den Äthylenal>scheider, also Mine Tropfenabscheider,
so ist dieses Ziel nicht in befriedigender Weise zu erreichen. Durch zwei .\laßnahmen,
nämlich dadurch, daß man beim Äthvlenabscheider die Ausgangstemperatur herabsetzt
oder daß man die Säule derart geräumig oder mit anderen Worten die Gasgeschwindigkeit
derart niedrig wählt, daß eine Mitführung von Kondensattropfen nicht eintritt, könnte
man verhüten, daß das eingeführte Acetylen in den nächstfolgenden Metlianabscheider
hineingelangt. Im letzteren Falle würde, vorausgesetzt, man könnte ein derartiges
Verfahren verwirklichen, die Wärmeübertragung itn Abscheider eine mangelhafte sein,
und man würfle dann zum Wärmeaustausch eine relativ sehr große Oberfläche, die die
Säule überaus teuer gestalten würde, benötigen. Im ersteren Falle müßte man das
Acetylen mittels kondensierenden Methans auswaschen, wodurch aber der Gehalt an
Methan in der Äthylenfraktion ansteigen und der Äthylengehalt mithin relativ zurückgehen
würde. Während des Herunterströmens des flüssigen Methans würde gleichzeitig eine
Kältedegradation auftreten, so daß, vom energetischen Standpunkt aus betrachtet,
die diskutierte Maßnahme unvorteilhaft wäre. Gleiches gilt, wenn man durch Erhöhung
der Temperatur des Eingangsgases eine Herabsetzung des Methangehalts in der Äthylenfraktion
herbeiführen würde.
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Bei der Anwendung des Tropfenabscheiders nach (lein Linde-Bronn-Verfahren
würde der größere Teil des im Äthvlenabscheiders kondensierenden Methans nebst dein
mit demselben ausgewaschenen Acetylen im Tropfenabscheider abgeschieden werden,
und da in der Praxis nach diesem Verfahren im Abscheider eine Stauung auftritt,
würde dadurch der Gehalt an Äthylen der Äthylenfraktion herabgesetzt werden. Eine
Steigerung der Ausgangstemperatur würde nur bewirken, daß eine Mehrmenge an Äthylen
und Acetylen in den Methanabscheider hineingelangen würde, während bei Herabsetzung
dieser Temperatur der Gehalt an Methan in der Äthyl:enfraktion anstiege. Indessen
ist das eine ebensowenig erwünscht wie das andere.
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Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung berücksichtigt nun
die Erkenntnis, daß es gar nicht erforderlich ist, das Mitführen von Kondensattropfen
wäfirend::des Herunterkühlens des Gases zu verhindern und einen Tropfenabscheider
anzuwenden. Man muß indessen das im Tropfenabscheider befindliche Kondensat, das
in bezug auf die in demselben herrschende Temperatur einen Überschuß an höher siedenden
Komponenten enthält, durch Rektifizierung scheiden. Die Rektifizierung kann dadurch
erfolgen, daß das Kondensat in die Äthylenabscheider zurückgeleitet wird; und zwar
im Gegenstrom mit dem Gas. Dies ist nur dann möglich, wenn in dem besagten Abscheider
keine Stauung eintritt.
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Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung bezieht sich somit
auf die Abscheidung der Äthylenfraktion aus Koksofengas auf dem Wege über eine in
einem Kühler (Ätlivlenabsclieider) erfolgende Kondensierung im Gegenstrom mit dem
Kühlmittel und die Abscheidung von mitgeführtem Kondensat in einem Tropfenabscheider
und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit, mit der das Gas durch den
Kühler strömt, unterhalb der Staugrenze gehalten wird und dem Kühler das im Tropfenabscheider
anfallende Kondensat im Gegenstrom mit dem Gas wieder zugeführt wird.
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Vorzugsweise wird die Gasgeschwindigkeit derart eingestellt, daß sie
nahe an und unter dem Staugrenz\vert liegt.
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Es hat sich gezeigt, daß es auf diese Weise möglich isst, eine 60'%
Äthylen, zuzüglichPropylen, enthaltende Äthylenfraktion zti gewinnen, in der, mit
Ausnahme weniger Prozente, (las gesamte im Gas vorhandene Äthylen und Acetylen konzentriert
wird.
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Es wurde gefunden, daß es außerdem möglich ist, auf diese Weise dem
Äthylenabscheider das Gas mit einer Temperatur zu entnehmen, die über der dein Linde-Bronn-Verfahren
entsprechenden Temperatur liegt, und folglich hat man in dem erwähnten Abscheider
eine geringere Menge des kondensierenden Methans zu verdampfen. Man erzielt somit
gleichzeitig eine in energetischem Sinn vorteilhafte Scheidung.
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Zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Zeichnung
schematisch eine Einrichtung, bei der das neue Verfahren angewendet wird, angegeben.
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Das Gas wird bei t in den Äthylenabscheider eingeführt und verläßt
ihn bei 2, um durch den
T ropfenahscheicler 6, dessen im Zickzack
angeordnete Schotten bei 7 ersichtlich sind, hindurchzugelien. Das Koksofengas wird
im Äthylenabscheider mittels frei 4 zugeführter expandierter Fraktionen gekühlt,
die nach dein Hindurchgang durch die Kühlrohre bei 5 abgeführt werden. Das Kondensat
strömt in der (lern Gasstrom entgegengesetzten Richtung alw-ärts, wird dabei rektifiziert
und sodann bei 9 abgelassen. Das im Tropfenabscheider abgeschiedene Kondensat wird
bei 8 in den Äthylenabscheider eingebracht und strömt mit dem übrigen Kondensat
:in den Kühlröhren entlang nach unten. :Xucli die exl)ariclierte Äthylenfraktion
wird im Wärtneaustausch mit (lern 1Zoksofetigas durch den Äthylenabscheider hindurchgeführt.
Beispiel
| iooo t113 Koksofengas, (las 1,7 % Äthylen und |
| I>rol)ylerr. 26 0/0 Methan, o.8 % Äthan und o,o5 % |
| .\cetvletr enthält. werden bei einem Druck von |
| 13 :\tni. und 1>e1 einer Temperatur von - ioo° C |
| in einer 1#.irrricliturig, w 1e sie in der Figur dargestellt |
| ist, j>ehandelt, 1)er Ätlivlenabscheider weist zwei |
| IZ@>hrenlrün<lel auf, die in entgegengesetzten Rich- |
| tungen z\ isch(#neinander durchlaufend spiralförmig |
| ,few'urrderr sind. 1)1e auf einen freien Durchgang |
| berechnete Geschwindigkeit in der Richtung der |
| .\clisc de.,; .\lrscheiclcrs 1>eliiuft sich bei - ioo°
C |
| auf o,56 m/sec. 1)1e Temperatur des austretenden |
| Gases beträgt - i 4o' C. |
| 1)1e "ewonnene Ätlivlenfraktion, deren Menge |
| 275 111i 1>c#tragt, w-cist fr>Igetide Analysenergebnisse |
| eirrf |
| .____ . Tabelle . |
| Äthylen und Propylen ........... 6o 0/0 (36,7) |
| Methan ........... . ............. 7 0/0 (3o,6) |
| Athan .......................... 29 0/0 (3o,6) |
| .\cetylen ........................ 1,80/0 |
| Wasserstoff, Stickstoff. Kohlen- |
| nionoxvd ..................... 2,2 0/0 |
Aus der vorstehenden Tabelle geht hervor, daß 97 0/0 (65) des im Koksofengas enthaltenen
Äthylens, zuzüglich Propylen, in die Äthylenfraktion hineingelangt sind.
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Die sodann aufgef angehe Methanfraktion (30o m$) enthält o,17 0/0
(1,9) Äthylen und o,oi % Acetylen, d. h. 3 (35) bzw. 6% der im Koksofengas enthaltenen
Menge.
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In der Tabelle und im folgenden sind, in Klammern gesetzt, die Prozentsätze
angegeben, die von R u h e m a n n in bezug auf eine Scheidung eines offensichtlich
acetylenfreien Koksofengases mit i,8 % Äthylen, zuzüglich Propylen, gemäß (lern
Linde-Bronn-Verfahren bei gleichem Druck und gleicher Eingangstemperatur und einer
5'C niedrigeren Ausgangstemperatur mitgeteilt wurden.