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Verfahren zur Regenerierung der aus einem Schwefelwasserstoff-Reinigungsprozeß
stammenden alkalischen Waschlösung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen
verbesserten KreisprozeB zur kontinuierlichen Entfernung von Schwefelwasserstoff
aus Gasgemischen.
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Es ist bekannt, den Schwefelwasserstoff aus den Gasen zu entfernen,
indem man eine Alkalilösung mit dem Gas in Berührung bringt und die Alkalilösung
nacheinander eine Absorptions- und Regenerierstufe durchlaufen läßt. Dieses Verfahren
ist vor allem bei Heiz- oder Brenngasen, insbesondere Koksofengas, üblich. Die Regenerierung
der angereicherten `Waschlösung aus der Absorptionsstufe wird in einer Regeneriersäule
vorgenommen, indem man der G\'aschlö,sung einen ,Luftstrom aus einem Gehläse entgegenführt,
wobei die Luft die schwach sauren Bestandteile aus der Waschlösung freimacht, insbesondere
den Schwefelwasserstoff.
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Das Gemisch aus Luft und den schwach sauren Gasen aus der Regenerierstufe
wurde entweder in die Luft abgelassen oder zur Ausnutzung seines Heizwertes als
Heizgas für Dampfkessel, Generatoren oder Koksöfen verwendet. Wegen der Geruchsbelästigung
kann aber das Luft-Schwefelwasserstoff-Gemisch aus der Regenerierstufe nicht überall
in die freie Luft abgelassen werden. Obwohl das bekannte Gasreinigungsverfahren
mit verhältnismäßig einfachen Einrichtungen auskommt und billig durchzuführen ist,
so kann man es überall da nicht anwenden, wo nicht genügend Einrichtungen
zur
Verbrennung des Luft-Schwefelwasserstoff-Gemisches in unmittelbarer Nähe der Gäsreinigungsanlage
zur Verfügung stehen.
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Nach einem anderen Vorschlag wird die Regenerierung der aus einem
Schwefelwasserstoff-Reinigungsprozeß stammenden Waschlösung in der Weise vorgenommen,
daß aus der Waschlösung durch Wärmezufuhr Dämpfe entwickelt werden, wobei sich die
Regenerierung bei Unterdruck vollzieht, um einen im Vergleich zur Waschlösung hohen
Partialdruck des Schwefelwasserstoffs zu erzielen.
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Es wurde nun gefunden, daß man die Vorteile der Regenerierung der
Waschlösung mit Luft unter gewissen Bedingungen auch in solchen Bezirken erzielen
kann, in denen nur eine beschränkte Möglichkeit für die Verbrennung des ,Luft-Schwefelwasserstoff-Gemisches
besteht. Es hat sich gezeigt, daß es möglich ist, eine Regeneriereinrichtung so
zu betreiben, daß eine viel größere Menge Gas von Schwefelwasserstoff befreit werden
kann, ohne mehr als nur die gerade vorhandenen Einrichtungen für die Schwefelwasserstoffverbrennung
zu benötigen.
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Ziel der Erfindung ist deshalb ein Gasreinigungsverfahren, welches
zur Regenerierung der angereicherten bVaschlösung nur eine kleine Menge Luft benötigt.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Verfahren, durch das die Leistungsfähigkeit
der vorhandenen Gasreinigungsanlagen zur Entfernung von sauren Bestandteilen aus
Gasen mit Hilfe einer alkalischen Waschflüssigkeit gesteigert werden kann.
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Schließlich ist noch Gegenstand der Erfindung ein Gasreinigungsverfahren
zur Entfernung von Schwefelwasserstoff aus Gasen mit Hilfe von alkalischen Waschlösungen,
bei dem nur ein Minimum an festen Salzen entsteht. Das Wesen der neuen Erfindung
liegt, kurz gesagt, in folgendem: Die Regeneriersäule einer Gasreinigungsanlage,
die auf dem Naßreinigungsverfahren für Koksofengas beruht, weist einen Unterdruck
auf, der etwa o,6 Atm. absolut beträgt. Die Gasreinigungskapazität der Anlage wird
dadurch erhöht, daß infolge des Unterdrucks eine größere Menge Luft nunmehr durch
die zu regenerierende Lösung geführt werden kann und daß aber trotzdem ein Luft-Schwefelwasserstoff
-Gemisch entsteht, dessen Volumen nach der Cherführung auf Normaldruck wesentlich
kleiner ist, als bei Nichtanwendung von Unterdruck. Der Unterdruck, der die Vorteile
der Erfindung zutage treten läßt, ist als wesentlicher Bestandteil der Erfindung
absichtlich herbeigeführt und nicht etwa dadurch erreicht, daß, wie es früher üblich
war, ein die Luft durch die Lösung ziehender Ventilator einen nicht nennenswerten
Unterdruck (Sog) in der Regenerierzone bewirkt. DieseLuftansaugung durch einen Ventilator
ruft nämlich eine geringfügige Oberflächenverdampfung hervor, so daß das sowieso
schon geringfügige Vakuum sofort wieder verschwindet und keine nennenswerte Erhöhung
der Verdampfung an Waschflüssigkeit eintritt.
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In der Abbildung und der nachfolgenden Beschreibung ist das erfindungsgemäße
Verfahren an einem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Die Reinigung des Gases findet im Wascher i statt, der gemäß den bekannten
Gas-Flüssigkeits-Kontaktapparaten geballt und hier vorzugsweise als mit Füllkörpern
versehener Waschturm vorgesehen ist. Das zu reinigende Gas wird durch die Leitung
2 unten in den Wascher eingeführt und strömt in dem Wascher aufwärts einer niederfließenden
alkalischen Lösung, z. B. Sodalösung, entgegen. Die Sodalösung hat absorbierende
Eigenschaften in bezug auf Schwefelwasserstoff und andere schwachsaure Bestandteile
und wird in einer solchen Menge angewandt, daß alle sauren Bestandteile aus dem
Gas entfernt werden, ohne daß die Waschlösung mit diesen gesättigt wird. Die Waschlösung
wird bei 3 dem Wascher zugeführt, und das gereinigte Gas verläßt den Wascher durch
die Leitung4.
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Die sich am Bodendes Waschers i ansammelnde Waschlösung wird mittels
Pumpe 5 durch die Leitung 6 dem Regenerierturm 7 zugeführt, der ähnlich wie der
Wascher i mit einer Füllung versehen und ausreichend stabil ist, um einen gewissen
Unterdruck auszuhalten. Die angereicherte Waschlösung fließt _in dem Regenerierturm
7 einem Luftstrom entgegen, wobei im Regenerierturm ein Unterdruck herrscht, der
einem absoluten Druck von o,63 Atm. entspricht. Die Temperatur der bei 8 eingeblasenen
Luft entspricht der üblichen Außentemperatur. Durch die Belüftung der angereicherten
Waschlösung unter den angegebenen Bedingungen wird praktisch der ganze Schwefelwasserstoff
aus der Waschlösung entfernt. Die so regenerierte Waschlösung wird bei 9 aus dem
Re,generierturm 7 abgezogen und mittels Pumpe 9 durch Leitung 3 dem Wascher wieder
zugeführt.
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Die Belüftung einer angereicherten Alkaliwaschlösung mit ,Luft von
Außentemperatur, aber bei Unterdruck, ist durchaus neu gegenüber den bisherigen
Regenerierungsverfahren, bei denen die Luft mit erhöhtem Druck zugeführt wurde.
Der entsehe.iden.de technische Fortschritt der vorliegenden Erfindung besteht darin,
daß man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer gegenüber den bisherigen Verfahren
kleineren Luftmenge auskommt, uni eine wirksame Regenerierung zu erzielen. Als Folge
.davon entsteht auch eine kleinere Menge Luft-Schwefelwasserstoff-Gemisch, welches
unter einer Verbrennungseinrichtung verbrannt werden müßte. Oder aber es ist möglich,
in einer schon bestehenden Regenerieranlage wegen des verrin.gertenDruckes eine
größere Menge angereicherter Waschlösung umzusetzen und infolgedessen auch eine
.größere Gasmenge zu reinigen, ohne daß dabei das Volumen des anfallenden Luft-Schwefelwasserstoff-Gemisches
nennenswert zunimmt.
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Wenn die Leistung eines Regenerierturms um etwa 2o % der regenerierten
Waschlösung erhöht werden soll, hat sich eine Herabsetzung des Druckes in der Regenerierzone
auf etwa o,63 Atm. absolut als notwendig erwiesen. Es 'hat sich erwiesen, daß es
nicht wirtschaftlich ist, eine bestehende Gasre.inigungsanlage mit einer Vakuum
erzeugenden
Einrichtung auszurüsten, wenn die Steigerung des Gasumsatzes
nicht wenigstens 20% betragen soll. Andererseits ist auch bei neu zu errichtenden
Gasreinigungsanlagen das neue Verfahren nur dann wirtschaftlich, wenn die notwendige
Vakuumeinrichtung nickst die Benutzung einer um wenigstens 2o% kleiner dimensionierten
Reinigungsanlage gestattet. Aus diesen Grenzen ergibt sich, daß der Unterdruck mindestens
etwa o.63 Atm. absolut entsprechen muß.
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Der Unterdruck für die Regenerierung der angereicherten Waschflüssigkeit
wird mit Hilfe einer zweistufigen Kolbenvakuumpumpe io, i i erzeugt, die mittels
einer Expansionsmaschine 12 und einer Dampfmaschine 13 betrieben wird. Die für die
Regenerierung benötigte Luftmenge wird über einen Mengenregler 14 aus der geien
Luft entnommen und durch die Leitung 15 einem Lufterhitzer 16 zugeführt, in dem
die Luft durch mittelbaren Wärmeaustausch mit Abdampf, Heizgas od.dgl. aufgeheizt
wird. Der `Värmeaustausclt kann auch mittels des zu reinigenden heißen Koksofengases
geschehen, wobei sich gleichzeitig der Vorteil ergibt, daß die fühlbare @N@ärme
des Koksofengases zur Erzeugung des Vakuums verwendet und das Koksofengas auf eine
wirtschaftliche Weise gekühlt wird. Die Absenkung der Temperatur des zu reinigenden
Koksofengases verbessert das Ausmaß der nun folgenden Entfernung des Schwefelwasserstoffs
und verhindert auch, daß man aus dem gereinigten Gas eine unnötig große -.Nfenge
Wasserdampf entfernen muß. Die erhitzte Luft gelangt durch die Leitung 17 in die
Expansionsmaschine 12 und von da durch Leitung 8, den Regenerierturm 7 und, mit
Schwefelwasserstoff vermischt, durch Leitung 18 in die erste Stufe io der Vakuumpumpe.
Danach gelangt das Gasgemisch in den Zwischenkühler i9 und von da aus in die zweite
Stufe i i der Vakuumpumpe. Bei 20 tritt schließlich das Gasgemisch aus und kann
dann in einer geeigneten Vorrichtung verbrannt werden. Die Vakuumpumpe i i erzeugt
den eigentlichen Unterdruck im Regenerierturm 7 und wird von der Dampfinasehine
13 angetrieben. Die Dampfmaschine erhält über Leitung 21 Dampf, dessen Zufluß jedoch
von dem Drosselorgan 22 geregelt wird, wobei die Steuerung des Drosselorgans unmittelbar
durch den Unterdruck im Regenerierturm erfolgt, der über die Leitung 23 auf das
Drosselorgan 22 einwirken kann. Eine einstufige Vakuumpumpe i i würde an und für
sich für die Aufrechterhaltung des Unterdrucks im Regenerierturm genügen. Jedoch
ist eine leichtere Regelung des Luftstromes ohne zusätzliche Drosseleinrichtungen
und ein nennenswerter Energiegewinn erzielbar, wenn die in der Luft steckende Energie
in .der Expansionsmaschine 1z ausgenutzt und dazu verwendet wird, die erste Stufe
io einer zweistufigen Vakuumpumpe zu betreiben. Der Lufterhitzer kann mitAbdampf
aus der Dampfmaschine 13 oder einem sonstigen heißen Gas betrieben werden, um die
eintretende Luft zu erwärmen und diese Wärmeenergie in der Expansionsmaschine 12
wieder nutzbar zu machen. Die Temperatur der dem Regenerierturm zugeführten Luft
soll übliche Raumtemperatur sein und zwischen 20 und 30° liegen. Der gesamte Energiebedarf
für die Erzeugung des Unterdrucks in der Regenerierzone 7 kann bei Verwendung einer
einstufigen Vakuumpumpe und gleichzeitiger Verwendung der näher beschriebenen Expansionstnaschine
um 5o % gesenkt werden.
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Wenn der Regenerierturm bei Unterdruck betrieben wird, hat die Luft
ein niedrigeres spezifisches Gewicht, was bedeutet, daß diese Luft mit größerer
Geschwindigkeit durch die Regenerierzone geführt und so eine entsprechend größere
Waschlösungsmenge regeneriert werden kann. Es hat sich ferner überraschenderweise
gezeigt, daß unter dem Einfluß des verringerten Druckes die Füllkörper im Regenerierturm
eine bessere Wirkung zeigen. Der Unterdruck im Regenerierturm bewirkt außerdem,
daß die Umwandlung von AI-kalicarbonat in unbrauchbares Alkalithiosulfat verringert
wird dank der Herabsetzung des Partialdruck: des Sauerstoffs der mit der Waschlösung
in Beriihrung kommenden Luft. Diese Herabsetzung der Alkalibhiosulfatkonzentration
verbessert die Abtrennung und Wiedergewinnung verhältnismäßig reiner Alkalithiocyanate
aus der Waschlösung und erhöht dadurch die Wirtschaftlichkeit des Prozesses.
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Wenn beispielsweise in einer bereits bestehenden, einen Wascher und
eine Regenerierstufe umfassenden Gasreinigungsanlage die Reinigung der doppelten
Gasmenge als bisher vorgenommen werden soll, so kann man die für die Verdoppelung
der Absorptionskapazität notwendigen Maßnahmen leicht treffen, vorausgesetzt, daß
der Schwefelwasserstoffgehalt und die übrigen Bedingungen des Gases gleichbleiben.
Das gegenüber vorher verdoppelte Gasvolumen kann nunmehr regeneriert werden, indem
man lediglich nach entsprechender Verteilung des Regenerierturms den Druck auf
0,25 Atm. absolut einstellt. Wegen des unerwartet höhen Effektes der Turmfüllung
hat sich ein Druck von 0,33 Atm. absolut auch schon als für die Regenerierung
des benötigten Waschlösungsvolumens ausreichend erwiesen. Der Verlust an Natriumcarbonat
infolge Umwandlung in Natriumthiosulfat steht in einem bestimmten Verhältnis zur
Druckerniedrigung, und zwar ist der Verlust bei normalem Druck etwa dreimal so groß
wie der Verlust bei 0,33 Attti. absolut. Der Hauptvorteil des erfindungsgemäßen
Verfahrens besteht jedoch darin, daß die Menge des anfallenden Gasgemisches, aus
Schwefelwasserstoff und Luft bestehend, im wesentlichen dieselbe ist wie vorher
und also auch unter denselben Energieverbrauchern wie vorher, Koksöfen, Generatoren,
verbrannt werden kann. Man kann also bei einer bereits bestechenden Gasreinigungsanlage
ohne gleichzeitige Vergrößerung der Gasverbrennungseinrichtungen die bisher vorhandene
Gasreinigungskapazität steigern, um etwa ein größeres Gasvolumen oder, bei gleichem
Gasvolumen, ein solches mit erhöhtem Schwefelwasserstoffgehalt reinigen oder auch
ein bereits gereinigtes Gas von den letzten Spuren von Schwefelwasserstoff
befreien
zu können. Der jeweils günstigste Unterdruck muß empirisch bestimmt und den Arbeitsbedingungen
angepaßt werden.