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Verfahren und Vorrichtung zum Waschen von Gasen
Es ist bereits ein
\'erfahren zur Waschung von Gasen mit im Kreislauf geführten und durch Erwärmung
regenerierten Waschflüssigkeiten vorgeschlagen worden, wobei ein Waschmittelkonzentrat
zwischen dem Eintritt des warmen Gases und dem Austritt des kalten Gases sowie eine
von gelösten Bestandteilen praktisch freie Waschflüssigkeit vom unteren Waschturmende
entonmmen wird und die Wärmekapazitäten von Flüssigkeit und Gasmenge annähernd gleich
groß sind. Diese letzte Einschränkung wird durch die Erfindung aufgehoben.
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Erfindungsgemäß wird es durch Anordnung eines äußeren Kältekreislaufes
und Übertragung von dessen Kälte an das Waschmittel ermöglicht, Waschmittelmengcn
anzuwenden, deren Wärmekapazität im Verhältnis zur Gasmenge größer als I ist. In
diesem Fall sind zwar größere Waschmittelmengen im Kreislauf zu führen, andererseits
kann jedoch das Temperaturniveau der Waschung um einen gewissen Betrag erhöht werden.
Man ist durch eine richtige Abstimmung von Waschmittelmenge und Temperaturniveau
in der Lage, das betriebliche und wirtschaftliche Optimum herauszufinden, unter
dem das Verfahren arbeiten soll und ist nicht darauf angewiesen, in dem Temperaturbereich
zu waschen, wo die Löslichkeitskonstante einen so hohen Wert hesitzt, daß die Wärmekapazitäten
von Waschmittel und zu waschendem Gas annähernd gleich sind.
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.indererseits sind z. B. im Fall einer Waschung bei tiefer Temperatur
die Waschmittelmengen immer noch klein im Vergleich zu den bei Normaltemperatur
erforderlichen. Das neue Verfahren steht also
zwischen den beiden
Verfahren der Waschung mit kleinsten Waschmittelmengen bei tiefen Temperaturen und
denen der Waschung mit großen Waschmittelmengen bei Umgebungstemperaturen, wobei
es sich von dem üblichen Verfahren durch die Entnahme des Waschmittelkonzentrates
zwischen dem Eintritt des warmen Rohgases und dem Austritt des kalten Restgases
unterscheidet.
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Darüber hinaus wird für den Fall, daß eine große Reinheit des produzierten
Endgases, welches den Waschturm verläßt, erreicht werden soll, vorgesehen, daß das
Waschmittel vor seiner Wiederabkühlung und erneuten Aufgabe auf den Waschturm durch
Rektifikation vollkommen von seinen gelösten Restbestandteilen befreit wird. Das
reine Waschmittel kann anschließend gekühlt, im Wärmeaustausch mit einem besonderen
Kältemittel weiter abgekühlt und erneut auf den Waschturm aufgegeben werden. Die
Rektifikation kann in einer besonderen Rektifiziereinrichtung oder auch dadurch
erreicht werden, daß man am unteren Ende der beschriebenen Waschsäule unterhalb
des Rohgaseintrittes noch einige Rektifikationsböden anordnet und die Waschflüssigkeit
im Sumpf unterhalb der Böden beheizt.
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Da die bei der tiefen Waschtemperatur benötigte Waschmittelmenge
immer noch verhältnismäßig gering ist, spielt der Energieaufwand für dieRektifikation
derselben im Vergleich zum Gesamtenergieaufwand keine erhebliche Rolle.
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Ist die gewünschte Anreicherung des gewonnenen Waschmittelkonzentrates
sehr groß, so kann es zweckmäßig sein, dasselbe nach seiner-Entspannung nicht unterhalb
der Entnahmestelle, sondern oberhalb derselben durch einen kälteren Teil des Waschturmes
zu führen, dabei die gelösten Anteile im indirekten Gegenstromwärmeaustausch mit
dem auszuwaschenden Gas zu desorbieren und damit dem Waschvorgang Kälte tieferen
Niveaus zur Verfügung zu stellen.
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Statt das Restgas hinter dem Waschturm zu entspannen, dabei Kälte
leisten zu lassen und die erzeugte Kälte auf Waschflüssigkeit zu übertragen. wird
die für den Gesamtvorgang benötigte Kälte durch den obenerwähnten äußeren Kältekreislauf
zugeführt. Man kann als Kälteübertragungsmittel kalte Gase oder Flüssigkeiten, die
außerhalb des Waschturmes gekühlt bzw. erzeugt wurden, in geeigneter Weise im Gegenstromwärmeaustausch
mit dem zu behandelnden Gas, besonders an Stellen des größten Kältebedarfes, durch
den Waschturm führen, erwärmt die Kältemittel dabei und führt sie anschließend wieder
in den Kreislauf zurück. Man kann dazu ein abwechselnd komprimiertes und verflüssigtes,
dann unter Wärmeaufnahme verdampfendes Kältemittel oder ein nicht kondensierendes,
abwechselnd komprimiertes bzw. unter Kälteleistung (und Arbeitsleistung) entspanntes
Gas verwenden, dessen Kälte z. B. auf das Waschmittel außerhalb oder im Innern des
Waschturmes übertragen werden kann.
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Der beschriebene äußere Kältekreislauf ist besonders dann zweckmäßig,
wenn das Rohgas unter Druck steht und das Restgas ebellfalls unter Druck gewonnen
werden soll. In diesem Fall fällt die kälteleistende Entspannung des Restgases fort
und der Kälteinhalt des Restgases wird zweckmäßig durch Gegenstromwärmeaustauscher
auf das Kältemittel des äußeren Kältekreislaufes und von diesem wieder in der oben
geschilderten Weise auf den Waschvorgang übertragen.
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Statt die Kältemittel des äußeren Kreislaufes ihre Kälte im Waschturm
indirekt übertragen zu lassen, kann dieses nach einem weiteren Erfindungsgedanken
auch dadurch geschehen, daß man einen Teil des Waschmittels an einer geeigneten
Stelle des Waschturmes vorgekühlt einführt und gleichzeitig als Kälteübertragungsmittel
verwendet. Man hat also in diesem Fall zwei Kreisläufe von Waschflüssigkeiten, von
denen eine extrem gereinigte Waschflüssigkeit unter Durchlaufen einer größeren Temperaturdifferenz
am obersten bzw. kältesten Ende des Waschturmes stark vorgekühlt aufgegeben wird
und am untersten Ende völlig gereinigt entnommen wird. Eine zweite nicht völlig
gereinigte Waschflüssigkeit wird etwas höher aus dem Waschturm z. B. mit Normaltemperatur
entnommen, mäßig tiefgekühlt und unterhalb des oberen Turmendes auf einen etwas
tiefer gelegenen Teil des Waschturnies aufgegeben. Beide Waschmittelkreisläufe geben
ihre Kälte im direkten Wärmeaustausch an das Rohgas ab.
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Die Waschmittel werden außerhalb des Waschturmes durch verdampfende
Kältemittel oder kalte Gase des äußeren Kältekreislaufes heruntergekühlt, wobei
das extrem gereinigte Waschmittel auf die tiefste Temperatur und das nicht ganz
gereinigte Waschmittel auf eine mäßig tiefe Temperatur al,-gekühlt wird.
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Sollen für die Waschsäulen Böden verwendet werden, so ist es unter
Umständen schwierig, die nötigen Wärmeaustauschflächen für einen indirekten Wärmeaustausch
des Waschmittelkonzentrates mit den im Turm strömenden Gasen und Flüssigkeiten unterzubringen.
In diesem Fall kann es zweckmäßig sein, die Kälte des Waschmittelkonzentrates außerhalb
des Waschturmes an abzukühlendes Waschmittel zu übertragen.
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Das Verfahren ist prinzipiell für alleTemperaturbereiche anwendbar.
Man kann die Waschung z. B. mit sehr stark lösefähigen Waschmitteln schon bei Normaltemperatur
durchführen und z. B. nur rückgekühltes Wasser als Waschmittel etwa für ammoniakhaltige
Gase verwenden, wobei hochkonzentriertes Ammoniakwasser etwa in der Waschturmmitte
entnommen wird. Man kann die Waschung aber auch bei sehr tiefen Temperaturen durchführen
und als Kältemittel des äußeren Kältekreislaufes tiefsiedende Flüssigkeiten oder
tiefgekühlte Gase verwenden die hesonders an den Stellen größter Lösungswärmeentwicklung
durch den Waschturm oder Teile desselben geführt werden und ihre Kälte z. B. im
indirekten Austausch an den Waschvorgang übertragen.
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Die Erfindung sei an Hand von Fig. I sowie an dem Beispiel der Auswaschung
eines aretylen-
haltigell Gases mit kaltem Aceton beschrieben. Das
auszuwaschende acetylenhaltige Rohgas wird bei I mit ctwa Normalteml)eratur dem
Waschturm 2 zugeführt und gibt im Aufsteigen durch den Waschturm seine löslichen
Gasbestandteile an das bei I3 aufgegebene kalte Waschmittel (Aceton) ab, das über
die Füllkörperschicht 41 abwärts rieselt. Das gereinigte kalte Gas tritt über Leitung
6 aus dem \Vaschturm aus und gibt seine Kälte an das zirkuliegende Kältemittel eines
äußeren Kältekreislaufes im Gegenstromwärmeaustauscher 7 ab. Zur Deckung der Lösungswärme
des Acetylens im Waschmittel des Turmes dient ein Kühler 4 des genannten äußeren
Kältekreislaufes. Auch das aus der Sammeltasclle S entnommene und nach Entspannung
im Ventil 5 in dem Wärmeaustauscher 3 einen großen Teil des gelösten Acetylens wieder
abgebende \Vaschm ittelkonzentrat nimmt bei seiner Anwärmung und teilweisen Verdampfung
einen entsprechenden Wärmebetrag von dem auszuwaschenden Rohgas hzw. dem durch die
Lösungswärme des Acetylens um einen bestimmten Betrag erwärmten \N'aschmittel auf.
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Das Gemisch aus verbliebenem Waschmittel und desorbiertem Gas wird
bei 24 in den Abscheider 2I eingeführt. Das frei gemachte gelöste Gas wird hier
von dem verbliebenen Waschmittel 22 geschieden und über Leitung 23 abgeführt. Das
verbliebene Waschmittel 22 wird über Leitung 25 entnommen und über Pumpe 29 bei
26 wieder in den Waschturm eingeführt, der im vorliegenden Fall im unteren Teil
31 als Rektifikationseinrichtung ausgebildet ist, deren Sumpf 10 durch die Heizeinrichtutig
14 behizt wird. I)ie noch gelösten Bestandteile des Gases werden durch die Rektifikation
vollkommen entfernt, bei 27 entnommen und bei 28 mit dem ihrer Leitung 23 aus Abscheider
21 abgeführten Entgasergas vereinigt Aus dem Sumpf 10 wird völlig regeneriertes
Waschmittel kontinuierlich entnommen, durch Pumpe g gefördert, im Wasserkühler 11
gekühlt, im Kühler 12 im Austausch mit kaltem Gas tiefgekühlt, wieder auf die Waschsäule
aufgegeben (bei 13) und erneut zur Waschung verwendet. Der erwähnte äußere Kältekreislauf,
in dem z. 13. ein Gas (Stickstoff) zirkuliert, besteht aus Kompressor 16. Wasserkühler
17, dem bereits erwähnten Gegenstromwärmeaustauscher 7, der Expansionsturl>ine
15 und dem Ijerei ts erwähnten Wärmeaustauscher 4. Ein Teil des durch arbeitsleistende
Expansion des Kältemittels. z. n. Stickstoff, in Turbine 15 abgekühlten Gases wird
hei 20 algezweigt und im Austausch mit dem abzukühlenden Waschmittel im Austauscher
12 angewärmt und bei 19 mit dem übrigen Gas wieder vereinigt, das aus dem Wärmeaustauscher
4 und der Leitung I8 kommt, wieder komprimiert und in den Kreislauf geschickt. Das
Ventil 30 dient zur Verteilung des kalten Gases auf die heiden parallel geschalteten
Austauscher 4 und 12. Die beiden dargestellten Pumpen 9 und 29 dienen zur Überwindung
des Druckgefälles in der Flüssigkeitsleitung. Soll als Kältemittel ein abwechselnd
außerhalb des Waschturmes (in I7 bzw. 7) verflüssigtes und innerhalb desselben (in
4) verdampfendes Kältemittel verwendet werden, so kann die Entspannungsturbine 15
durch ein Entspannungsventil ersetzt werden.
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Eine zweite, in der Fig. 2, deren Bezugszeichen mit denen der Fig.
1 übereinstimmen, soweit sie gleiche Teile betreffen, dargestellte Einrichtung erläutert
den Fall, daß zwei Kreisläufe von Waschflüssigkeit vorgesehen sind. Ein Kreislauf
besteht für ein extrem gereinigtes Waschmittel, das aus Sumpf 10 entnommen und über
Pumpe g und Kühler 11, 33 und 34 mit der tiefsten Temperatur am obersten Ende des
Waschturmes bei I3 aufgegeben wird. Ein zweiter Kreislauf dient für einen anderen
Teil der Waschflüssigkeit, die durch Pumpe 32 umgepumpt und nur über einen Teil
des Waschturmes und einen dementsprechend kleineren Temperaturliereich geführt wird.
Sie tritt dabei zwischen Zugabestelle 36 und Entnahmestelle 37 in direkten Wärmeaustausch
mit Rohgas, das bei I eintritt. nimmt gleichzeitig Bestandteile desselben durch
Lösung zunächst auf und gibt sie beim Ahwärtsrieseln über die Füllkörperschicht
41 wieder an das Rohgas ab.
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Besonders für den Fall, daß der Einbau von Kühleinrichtungen in die
Waschsäule apparative Schwierigkeiten bereitet, z. B. bei Bödensäulen, kann das
Waschmittelkonzentrat nach seiner Entspannung im Ventil 5 auch im Gegenstromkälteaustausch
mit dem zu kühlenden Waschmittel gebracht werden, indem es z. B. durch den Wärmeaustauscher
33 dem zu kühlendenWaschmittel entgegengeführt und dabei angewärmt wird. Diese Alternative
ist nicht zeichnerisch dargestellt. Im dargestellten Fall tritt das Rohgas, wie
im ersten Beispiel geschildert, bei 1 in den Waschturm 2 ein und wird zunächst mit
dem bei 36 aufgegebenen mäßig vorgekühlten Waschmittel etwas geringerer Reinheit,
zuletzt mit dem bei I3 aufgegebenen tiefgekühlten. sehr reinen Waschmittel berieselt.
Das Gas gibt seine löslichen Bestandteile an das Waschmittel ab, dessen Konzentrat
aus dem Sammelblech 8 über Ventil 5 in dosierter Menge entnommen. entspannt. angewarmt
und desorbiert wird. Das bei der Erwärmung im Austauscher 3 größtenteils desorhierte
Gas wird im Abscheider 21 von der verbliebenen Waschflüssigkeit 22 getrennt und
diese über Leitung 25 und Pumpe 29 bei 26 wieder in den Rektifizieransatz 31 geführt.
Das gereinigte Gas verläßt den Waschturm bei 6 und gibt seine Kälte an reines Waschmittel
im Unterkühler 34 ah, aus dem es bei 40 austritt. Seinen restlichen Kälteinhalt
kann es je nach Bedarf in nicht gezeichneter Weise an das Kältemittel des äußeren
Kreislaufes oder im Austauscher 33 an Waschmittel abgeben.
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Das durch Rektifikation der Waschflüssigkeit noch frei gemachte Gas
wird bei 27 abgeführt und bei 28 mit dem übrigen Entgasergas vereinigt. Die extrem
gereinigte Waschflüssigkeit wird aus Sumpf 10 entnominell und wieder in den Kreislauf
geschickt.
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Die reine Waschflüssigkeit 10 wird dazu von der Fördereinrichtung
9 wieder angesaugt und durch einen Kühler 11 auf Normaltemperatur und durch
einen
weiteren Kühler 33 sowie einen Zusatzkühler 34 auf seine tiefste Temperatur gekühlt,
bei I3 auf den Kopf des Turmes aufgegeben. Ein zweiter Kreislauf der Waschflüssigkeit
erfolgt dadurch, daß annähernd reines Waschmittel mit etwa Rohgastemperatur aus
der Sammeltasche 37 entnommen und über Fördereinrichtung 32 und Kühler 33 bei 36
wieder in den Waschturm 2 eingeführt wird.
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Ein Kältemittel, z. B. flüssiges Äthylen eines äußeren Kältekreislaufes,
wird über Leitung 38, den Unterkühler 34, die Leitung 35 und den Kühler 33 geführt,
dabei verdampft und bei 39 abgeführt. Es wird anschließend wieder von einem nicht
gezeichneten Kompressor angesaugt und nach Verflüssigung erneut wieder in den Kreislauf
geschickt.
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Anstatt tiefgekühlte Waschflüssigkeit direkt in den Waschturm aufzugeben
und Kälte abgeben zu lassen, können tiefsiedende Flüssigkeiten oder tiefgekühlte
Gase eines äußeren Kältekreislaufes auch im ind,irekten Kälteaustausch mit dem zu
waschenden Gas durch einen Waschturm oder Teile desselben zweckmäßig an den Stellen
größter Lösungswärmeentwicklung geführt werden (in der Figur nicht dargestellt).
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PTENTANSPROCHE: I. Verfahren zur Waschung von Gasen mit im Kreislauf
geführten und durch Erwärmung regenerierten Waschflüssigkeiten unter Druck, wobei
die Waschflüssigkeit vor ihrer Aufgabe auf den Waschturm tiefgekühlt, die im Austausch
mit Rohgas erwärmte Waschflüssigkeit dem Waschturm an dessen unterem Ende praktisch
frei von gelösten Bestandteilen entnommen und ein Teil der Waschflüssigkeit angereichert
mit den ausgewaschenen Gasbestandteilen zwischen dem Eintritt des warmen zu zerlegenden
Gases und dem Austritt des kalten Restgases abgezweigt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß das Waschmittel durch einen zusätzlichen äußeren Kältekreislauf gekühlt wird,
so daß die Wärmekapazität des Waschmittels größer als diejenige des zu waschenden,
mit dem Waschmittel in Wärmeaustausch tretenden Gases sein kann.