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Verfahren zur Erhöhung der Konzentration kondensierbarer Bestandteile
in Gasgemischen
Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein einfaches Verfahren, welches
es gestattet, die Konzentration eines kondensierbaren Bestandteiles in einem Gasgemisch,
z. B Koksofengas oder Ferngas, heliebig zu erhöhen, sei es, um diesen Bestandteil
zu gewinnen oder ihn auch nur aus dem Gas zu entfernen. Erfindungsgemiiß wird zunächst
das Gasgemisch im periodisch gexvechselten Kältespeicher so weit abgekühlt, daß
sich der anzureichernde Bestandteil in gewünschtem Maße als Kondensat auf der Speichermasse
niederschlägt. Hierauf wird in einer folgenden Schaltperiode eine geringere Menge
des gleichen Gasgemisches unter entsprechend niedrigerem Druck in umgekehrter Richtung
durch den Speicher geleitet und so das Kondensat von einer kleinen Gasmenge in erhöhter
Konzentration aufgenomtnen .
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Es wird also bewußt darauf hingearbeitet, z. B. das Äthylen als einziges
Produkt aus dem Rohgas zu gewinnen, und zwar unter einem Mindestaufwand von r2nlage-
und Betriebskosten. Demgemäß sollen also Ixriodisch gewechselte Kältespeicher (Regeneratoren)
ohne zusätzliche Gaszerlegungsanlagen zur Äthylenanreicherung in einem kleinen Teil
des Roh-
gases verwendet werden, ohne daß der Hauptteil des Rohgases
einen Druckverlust erleidet. Dies ist deshalb möglich, weil sich in dem Kältespeicher
während der sogenannten Warmperiode das Äthylen fast restlos auf der Speichermasse
feucht niederschlägt, bei der Kaltperiode aber, besonders günstige Bedingungen vorausgesetzt,
schon während eines kleinen Teiles der Periode völlig verdampft wird, so daß also
während dieses Teiles der Kaltperiode das austretende Gas mit dem gesamten vorher
niedergeschlagenen Äthylen angereichert ist.
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Die besonders günstigen Bedingungen liegen dann vor, wenn für einen
großen Druckunterschied zwischen dem Kondensationsvorgang (Warmperiode) und dem
Verdampfungsvorgang (erster Teil der Kaltperiode) gesorgt wird. Erfindungsgemäß
wird hierfür nur der Gasteil entspannt, welcher durch die Wiederverdampfung mit
Athylen angereicl'.ert wird, während der andere Gasteil, und zwar der weitaus größere,
erfindungsgemäß ohne Druckverlust durch die Regeneratoren geleitet wird und weiterer
Verwendung, z. B. als Ferngas, zur Verfügung steht.
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Ein weiterer Erfindungsschritt ist die Methode der Deckung der Kälteverluste.
Es ist sonst üblich, die gesamte durch den abzukühlenden Regenerator austretende
Gasmenge vor dem Durchgang durch denselben so weit abzukühlen, daß alle Kälteverluste
in den Regeneratoren gedeckt werden. Wollte man dies bei dem Verfahren nach der
Erfindung auch tun, so würde der Verdampfun.gsvorgang länger dauern, die Anreicherung
wäre also weniger hoch.
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Erfindungsgemäß wird daher nur der Gasanteil durch eine kleine zusätzliche
Kälteanlage abgekühlt, welcher den Regenerator nach Abschluß der Wiederverdampfung
unter Druck verläßt, während der zur Verdampfung des Äthylens verwendete entspannte
Gasteil verhältnismäßig wärmer, jedoch ohne zusätzliche Erwärmung durch den Regenerator
strömt.
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Für die schnelle Verdampfung des Äthylens sind aber erfindungsgemäß
besonders günstige Verhältnisse geschaffen, nämlich großes Volumen des Spülgases
sowie günstige Temperatur, ohne ein fremdes Spülgas oder eine zusätzliche Anwärmung
zu I,enötigen.
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Das Verfahren wird nachstehend für das Beispiel der Anreicherung
von Äthylen im Koksofengas näher erläutert. In der Abbildung sind 1a und Ib die
periodisch gewechselten Kältespeicher, welche zur Erhöhung der Konzentration des
Äthylens im Koksofengas gemäß derErfindung dienen. Zu diesem Zweck wird das Ausgangsgas
z. B. unter 6 ata, das ist Ferngasdruck, in den Speicher 1a eingeführt und auf eine
Temperatur von etwa 1600 abgekühlt.
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Hierbei scheidet sich praktisch das gesamte Äthylen als Kondensat
auf der Speichermasse aus. Das kalte Gas wird dann in dem Speicher Ib wieder erwärmt.
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Nach einer gewissen Zeit, z. B. 3 Minuten, wird der Gasstrom umgekehrt,
und zwar strömt dann, wie in der Abbildung dargestellt, aus der Leitung 10 Rohgas
unter 6 ata in den Speicher 1b ein. Das am Anfang der Schaltperiode, z. B. in der
ersten Minute, aus dem Speicher 1b austretende Gas wird in dem Drosselventil 15
auf etwa 1 ata entspannt und hierauf durch den Speicher 1a hinausgeführt. Dieser
Anteil des kalten Gases besitzt beim Hinausströmen durch den Speicher ein 6flach
größeres Volumen als bei seiner Abkühlung. Infolgedessen kann es, unter der Voraussetzung
gleicher Kondensations-und Verdampfungstemperatur, die 6fache Menge an Kondensaten
aufnehmen, als das Ausgangsgas enthielt. Mit Rücksicht auf die Temperaturunterschiede
zwischen Kondensation und Verdampfung steigt die Aufnahmefähigkeit nicht ganz im
umgekehvten Verhältnis der Druck der Gase. Auf jeden Fall kann aber bei kleineren
Drücken ein geringer Teil des Gasgemisches in einem Bruchteil der Schaltperiode
die gesamten in der vorhergehenden Periode im Speicher 1a niedergeschlagenen Kohdensate
wieder verdampfen und aus dem Speicher hinausführen. Hierdurch wird die Konzentration
des Äthylens in diesem Gasanteil auf ein Vielfaches der Konzentration im Ausgangsgas
erhöht. Das äthylenreiche Gas wird über Leitung 12 dem Gasometer 6 zugeführt. Sobald
die Verdampfung des Äthylens im Speicher beendet ist, wird das Ventil I3 geöffnet,
Ventil 15 bleibt offen, und der restliche Teil der in dieser Periode im Speicher
Ib abgekühlten Gase wird unter dem Ausgangsdruck durch den Speicher 1a herausgeführt
und durch Leitung in abgezogen.
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Die zur Deckung der Verluste erforderliche Kälte wird auf das System
zweckmäßig in der Weise übertragen, daß das Gasgemisch, welches ohne Entspannung
die Speicher durchströmt, vor seiner Wiedererwärmung in dem zweiten Speicher zusätzlich
durch ein Kältemittel, z. B. durch verdampfenden Stickstoff; abgekühlt wird. Dies
läßt sich mit dem in der Abbildung dargestellten Stickstoffkreislauf erreichen.
In dem Verdichter 2 wird Stickstoff auf einen Druck von 200 atü komprimiert, nach
Vorkühlung mit Ammoniak in dem Kühler 3 in Gegenstromwärmeaustausch 4 mit verdampftem
Stickstoff gebracht, hierauf durch Entspannung im Drosselventil 14 verflüssigt.
Die aus dem Verdampfer 5 abziehenden Dämpfe werden in dem Gegenströmer 4 wieder
aufgewärmt und dem Kompressor 2 zugeführt, um erneut den Kreislauf zu beginnen.
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Da es für die Sublimation in erster Linie auf das Volumenverhältnis
ankommt, ist die zur Verdampfung notwendige Menge um so geringer und damit die Anreicherung
des Äthylens um so stärker, je größer das Druckverhältnis zwischen Kondensation
und Verdampfung ist. Ist eine hohe Anreicherung gewünscht, so ist es mitunter zweckmäßig,
an Stelle einer einzigen Stufe mit besonders großem Druckverhältnis mehrere Stufen
mit kleineren Druckgefällen zu verwenden. Unter diesen Umständen wird das durch
Leitung 12 abziehende, mit Äthylen angereicherte Gas erneut verdichtet und dem gleichen
Verfahren unterworfen, welches voranstehend beschrieben worden ist. Wenn in einer
ersten Verfahrensstufe die Anreicherung der gesamten Kondensate z. B. auf das 5fache
möglich ist, wird diese Anreicherung durch eine Wiederholung des Verfahrens auf
etwa das 2sfache gesteigert. Die An-
Anreicherung läßt sich grundsätzlich
bis zu sehr hohen Konzentrationen, z. B. 80 O/o und mehr, durchführen.
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Ein Teil der Kondensate läßt sich sogar in reiner Form gewinnen, wenn
ihr Partialdruck bei der Kondensation höher ist als der Gesamtdruck bei der Verdampfung.
Zusammen mit dem Äthylen werden die anderen gegehenenfalls im Gasgemisch vorhandenen
kondensierbaren Bestandteile, wie z. B. Kohlensäure und höhere Kohlenwasserstoffe,
angereichert.
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Das neue Verfahren ist zur Erhöhung derKonzentration beliebiger kondensierbarer
Bestandteile in Gasgemischcn geeignet. Das Verfahren ist besonders vorteilllaft,
wenn das Gas unter Druck zur Verfügung steht und unter dem gleichen Druck wieder
benötigt wird, Es muß dann nur die im Ventil 15 entspannte Gasmenge aufkomprimiert
werden. Das Verfahren läßt sich verwenden, um wertvolle Bestandteile, die in geringer
Konzentration vorliegen, anzureichern und so ihre Gewinnung zu erleichtern.
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Es kann jedoch auch iii gleicher Weise zur Ausscheidung schädlicher
Gasbestandteile verwendet werden, T,ctztcre Arbeitsweise sei an dem Beispiel der
Kohlensäu reentiernung aus Koksofengas näher erläutert.
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Die Temperaturen bei der Abkühlung in den Speichern werden in diesem
Falle so gewählt, daß eine genügend weitgehende Abscheidung der Kohlensäure eintritt.
Die Wiederverdampfung der bei der Abkühlung des Gases in einem Speicher abgeschiedenen
Kohlensäure erfolgt durch Koksofengas geringe rein Druckes, das dann z. B. zu Heizzwecken
verwendet wird, Gegenüber dem bekannten Verfah reii, Di mpfe, wie Kohlensäure, aus
Gasgemischen durch Kondensation in periodisch gewechselten Kältespeichern und Verdampfung
in einem Hilfsgas auszuscheiden, weist diese Arbeitsweise den Vorteil auf, daß man
ohne das für das ältere Verfahren notwendige Hilfsgas auskommt und damit die abzukühlende
Gasmenge und die erforderliche Speichermenge ganz wesentlich vermindern sowie den
Arbeitsvorgang wesentlich vereinfachen kann.