DE843545C - Verfahren zum Reinigen oder Zerlegen von Gasgemischen - Google Patents

Description

• Verfahren zum Reinigen oder Zerlegen von Gasgemischen Es ist bekannt, zum Zerlegen von Gasgemischen oder zwecks Entfernung unerwünschter Verunreinigungell aus Gasgemiscben diese zu verdichten ind bei tiefer Temperatur mit einer die zu entfernenden Gasbestandteile lösenden Flüssigkeit zu waschen, die gesättigte Waschflüssigkeit dann zwecks Austreibens des gelösten Bestandteils zu entspannen und zu erwärmen, wobei infolge der Verminderung der Löslichkeit mit steigender Temperatur der gelöste Bestandteil ausgetrieben wird.
• Die gereinigte Flüssigkeit wird auf den Druck der Waschsäule gefördert und im Gegenstromwärmeaustausch mit der kalten, ungereinigten Flüssigkeit wieder auf tiefe Temperatur gebracht und in die Waschsäule eingeführt. Beim Lösen des zu entferlenden Gasliestandteils in der Waschflüssigkeit wird Wärme, die Lösungswärme, frei. Das Entgasen der Waschflüssigkeit erfordert Wärme, und zwar die Verdampfungswärme des gelösten Bestandteils.
• I)ie Lösungswärme in der Waschsäule muß bei der Temperatur der Waschung abgeführt werden.
• Kältetechnisch anzustreben wäre, die frei werdende Lösungswärme durch die ehenso hohe Verdampfungswärme bei der Temperatur des Lösungsvorgangs zu decken. Dem entspricht aber der eingangs geschilderte Stand der Technik der bekannten Waschverfahren nicht. denn wenn der gelöste Bestandteil bei höherer Temperatur und höherem Partialdruck aus der Flüssigkeit entfernt wird, als er in sie eingetreten ist, wird die Verdampfungswärme bei höherer Temperatur als die Lösungswärme frei, und es bedarf einer Kältemaschine, um die bei höherer Temperatur rückgewonnene Verdampfungswärme auf die tiefe Temperatur des Lösevorgangs zu übertragen. Zu diesem Nachteil tritt noch der Wärmeverlust beim Wärmeaustausch der kalten und warmen Flüssigkeit. Wenn auch der Temperaturunterschied am warmen Ende des Fliissigkeitsgegenströmers niedrig gehalten wird, so ist doch das Gewicht der umlaufenden Waschflüssigkeit in der Regel relativ groß, und damit wächst der Kältebedarf für die Waschung des Gases nochmals um einen erheblichen Betrag.
• Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Reinigen oder Zerlegen von Gasgemischen zwecks (ewinnung eines oder mehrerer Bestandteile durch Waschen mit einer die zu entfernenden Bestandteile lösenden Flüssigkeit bei tiefer Temperatur, welches diese Sachteile vermeidet. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß die gelösten Bestandteile aus der Waschflüssigkeit bei der Temperatur der Waschung entfernt werden, und kann ausgeführt werden, indem die Waschflüssigkeit einem zuvor abgekühlten Gas im Gegenstrom entgegengeführt wird, welches den gelösten Bestandteil aufnimmt, oder indem die Waschflüssigkeit durch Entspannen unter freiwilligem Abströmen oder Abpumpen des gelösten Bestandteils entgast wird. Das Verfahren wird im folgenden an Hand der Fig. I am Beispiel der Gewinnung eines Sauerstoff - Kohlensäure-Gemisches beschrieben. Die Figur zeigt vier Kältespeicher (1, 2, 3, 4) mit Umschaltvorrichtungen, eine Wa.schsäule 5, eine Entgasungssäule 6, ein Entspannungsventil 7 für die Entspannung der Waschflüssigkeit von der Waschsäule auf die Entgasungssäule und eine Förderpumpe 8 für ihre Rückförderung von der Entgasungssäule auf die \\raschsäule, eine Expansionsmaschine g und einen Austauscher 10. Dem Kältespeicher I werden ISIo ms verbrannten Gichtgasen mit 240/o CO2.
• 760/0 N2 unter einem Druck von 2,5 ata mit Umgebungstemperatur zugeführt. Das im Gas befindlichte Wasser wird auf der kalten Füllmasse des Kältespeichers I niedergeschlagen. Das trockene Gasgemisch tritt mit 2,4 ata und einer Temperatur von 670 C in die Waschsäule 5 ein, wird dort mit Trichloräthylen bis auf einen Endgehalt von 2% CO2 gewaschen, alsdann in der Expansionsmaschine 9 kälteleistend entspannt und verläßt nach Passieren des Austauschers 10 die Anlage durch den Kältespeicher 2. Ein Teil der Kälteleistung wird im Austauscher 10 vom entspannten Stickstoff auf die Waschflüssigkeit übertragen. Durch den Kältespeicher 4 treten 670 m3 Sauerstoff von I,2 ata Druck ein, werden dort getrocknet und auf 740 C gekühlt und treten mit einem Druck von 1,1 ata in die Entgasungssäule 6 ein, sättigen sich dort an der entgegenströmenden entspannten Waschflüssigkeit mit CO2 auf, so daß I000 m3 Gemisch mit einem CO2-Gehait von 33 0/o entweichen. Sie werden im Kältespeicher 3 unter Aufnahme des. in früheren Betriebsperioden von'Rohgas und Sauerstoff niedergeschlagenen Wassers auf die Temperatur der Umgebung angewärmt und verlassen die Anlage drucklos. Die Kältespeicher werden in an sich bekannter Weise in zyklischer Vertauschung so betrieben, daß vollkommener Wärmeaustausch zwischen ein- und ausströmenden Gasen und völlige Sublimation des Wassereises erfolgt. Soll vermieden werden, daß das erzeugte 05!- CO2-Gemisch Wasser aus den Regeneratoren mitnimmt und feucht wird, so wird die Schaltung derart eingerichtet, daß das 02 - CO2 Gemisch durch einen Regenerator ausströmt, welcher in der vorhergegangenen Periode durch aus strömenden Stickstoff von Wasser befreit wurde. Um den der Entgasungssäule zugeführten Sauerstoff auf die besonders tiefe, am Fuße des Entgasungsturms herrschende Temperatur . abzukühlen, läßt man den Sauerstoff durch einen Regenerator eintreten, der früher vom ausströmenden Stickstoff besoliders abgekühlt wurde.
• Die Absorption der Kohlensäure erfolgt in der Waschsäule bei CO2-Partialdrücken zwischen o,57 und 0,047 ata im Temperaturgebiet zwischen -74° am Kopf der Waschsäule und -670 am Fuß der Waschsäule. Bei der Austreibung der Kohlensäure liegen die CO2-Partialdrücke zwischen 0,36 ata am oberen Ende des Entgasungsturmes und 0,041 am unteren Ende. Die Temperatur der Flüssigkeit fällt dabei von 670 C am Kopf auf 740 C am Fuß des Entgasungsturmes. Die Lösungs- und Verdampfungswärme des Kohlendioxyds werden also praktisch bei der gleichen Temperatur frei. Ihr Austausch vollzieht sich innerhalh der Flüssigkeit unter einem geringen Schwanken der Temperatur. Kälteverluste im Flüssigkeitskreislauf entstehen nur noch durch Zuströmen von Wärme aus der Umgebung und können durch gute Isolietung verringert werden. Kälteverluste im Entgasungsturm lassen sich leicht durch größere Kälteerzeugung in der Expansionsturbine decken. Die Folge dieser günstigen Anordnung ist ein außerordentlich niedriger Krafthedarf. Für die Ausscheidung des Stickstoffs aus dem behandelten Gasgemisch liegt der Krafthedarf noch wesentlich unter dem, den die Ausscheidung von Stickstoff aus Luft erfordert. Ein ebenso günstiges Bild haben die Kraftbedarfszahlen für die Gewinnung des Kohlensäure-Sauerstoff-Gemisches. Verglichen mit denen des Standes der Technik, z. B. einer Druckwasserwäsche, deren Belüftungsturm mit Sauerstoff betrieben wird, betragen sie hier weniger als ein Drittel. Verglichen mit einem Tiefkühlwaschverfahren, bei dem die Waschflüssigkeit wie üblich bei Raumtemperatur entgast wird, ist durch den Fortfall der Kälte maschine für den Flüssigkeitskreislauf der Kraftbedarf um 500/0 niedriger geworden. erz Der Gebalt von Kohlendioxyd in dem vom Entgasungsturm abziehenden Gemisch und dessen Menge lassen sich durch geeignete Wahl des Druck- und Mengenverhältnisses von Rauchgas und Sauerstoff und Anpassen der Geschwindigkeit des Umlaufs der Waschflüssigkeit in gewissen Grenzen verändern.
• Wird darauf Wert gelegt, die ausgewaschene Kohlensäure in reiner Form zu erhalten und nicht im Gemisch mit einem Trägergas, wie dem Sauerstoff des vorstehenden Beispiels, so wird das Verfahren nach Fig. 2 angewendet. Die vom Waschturm 15 kommende Flüssigkeit, zweckmäßig eine für Genußzwecke unschädliche Substanz, z. B.
• Äthylalkohol, wird in zwei Stufen zunächst mittels des Drosselventils 17 in den Vorentgasungsturm 16a, dann über Entspannungsventil 18 in den zweiten Entgasungsturm 16b entspannt. Die von Kohlensäure befreite Waschflüssigkeit wird durch Pumpe 25 üher Austauscher 24 w-ieder auf den Waschturm 15 gefordert. Die frei gewordene Kohlensäure wird bei Partialdrücken von im Mittel 0,2 ata in der ersten und 0,04 ata in der zweiten Stufe mittels Vakuumpumpen 20 und 21 a1gesangt. in den Adsorbern 22 und 23 durch Adsorptionsmittel, z. B. Aktivkohle, zwecks Reinigung von Dämpfen des Waschmittels befreit und in den Rohrbündeln 13 und 14, welche in den Kältespeichern 11 und 12 liegen, auf die Temperatur der Umgebung gebracht. Um das Abpumpen der in der tiefsten l)ruckstufe in der Entgasungssäule 16b frei gewordenen Kohlensäure zu erleichtern, führt man diese unter Umgehung des Rohrbündels 14 direkt der Pumpe 20 zu. Die daliei verlorengehende Kälte wird durch reichliche Kälteerzeugulig in der Entspannungsturbine 19 gedeckt.
• Die zweite Entgasungsstufe kann fortfallen, wenn der Verzicht auf gute Ausbeute an Kohlensäure durch die Einsparung der Energie für die Pumpe 20 aufgewogen wird. Der Bedarf an mechanischer und thermischer Energie für die Gewinnung der Kohlensäure bei dem beschriebenen Verfahren ist niedriger als bei allen bekannten Verfahren.
• Bei beiden Verfahren werden, wie üblich, die Temperatur der Waschung und das Waschmittel so gewählt, daß dieses keinen nennenswerten Dampfdruck mehr besitzt und nicht unwirtschaftlich große Mengen von Waschmitteln und Dämpfen von den die Waschsäule und Entgasungssäule verlassenden Gasen mitgefiihrt werden.
• Die .Nn"vendung des neuen Verfahrens ist nicht auf das Beispiel beschränkt, Es lassen sich auch andere Gasgemische in der beschriebenen Weise mit Vorteil behandeln, beispielsweise die Auswaschung von Schwefeldioxyd aus Gasgemischen oder die Überführung des Schwefeldioxyds aus einem Gasgemisch niedriger Schwefeldioxydkonzentration in ein solches hoher Schwefeldioxydkonzentration und schließlich auch die Gewinnung von reinem Schwefeldioxyd.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zum Reinigen oder Zerlegen von Gasgemischen zwecks Gewinnung eines oder mehrerer Bestandteile durch Waschen mit einer die zu entfernenden Bestandteile lösenden Flüssigkeit bei tiefer Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der vorhergegangenen Waschung gelösten Bestandteile aus der Waschflüssigkeit bei der Temperatur der Waschung ausgetrieben werden, indem die Waschflüssigkeit einem zuvor abgekühlten Gas im Gegenstrom entgegengeführt wird, welches den ausgetriehenen Bestandteil aufnimmt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Gewinnung eines oder mehrerer gelöster Bestandteile die Waschflüssigkeit bei der Temperatur der Waschung durch ein oder mehrstufiges Entspannen unter freiwilligem Abströmen oder Abpumpen der gelisten Bestandteile entgast wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch I zum Gewinneii von Kohlensäure aus einem Gasgemisch, gekennzeichnet durch Waschen desselben bei tiefer Temperatur mit kohlensäurelösenden Flüssigkeiten, wie Trichloräthylen, Methanol, Aceton, Äthylalkohol usw., und Entgasen der Waschflüssigkeit bei tiefer Temperatur mit einem Hilfsgas oder unter Vakuum.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Dämpfe des Lösungsmittels aus den die Wasch- bzw. Entgasungssäule verlassenden Gasen mit Adsorptionsmitteln, wie Aktivkohle, bei tiefer Temperatur entfernt werden.
5. 5 Verfahren nach Änspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt des erzeugten Gemisches an ausgewaschenem Gas und seine Menge verändert werden kann, indem das Druck und Mengenverhältnis von zu zerlegendem Gasgemisch und Entgasergas und, wenn erforderlich, auch die Geschwindigkeit der umlaufenden Waschflüssigkeit verändert wird.