DE868038C

DE868038C - Verfahren und Vorrichtung zum Ausscheiden von Kohlensaeure und Sauerstoff aus Industriegasen

Info

Publication number: DE868038C
Application number: DEH7147A
Authority: DE
Inventors: Frederick Wardle Haywood; Douglas Stuart Laidler
Original assignee: Wild Barfield Electric Furnaces Ltd
Current assignee: Wild Barfield Electric Furnaces Ltd
Priority date: 1948-10-21
Filing date: 1948-10-21
Publication date: 1953-02-23

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Ausscheiden von Kohlensäure und Sauerstoff aus Industriegasen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausscheiden von Kohlensäure, Sauerstoff und eines. Teiles der schwefelhaltigen Gase aus Industriegasen, z. B. aus Leuchtgas oder aus anderen in der Industrie, z. B. zum Aufkohlen von Eisenlegierungen, benutzten Gasen.
Die für das Aufkohlen wertvollsten Bestandteile solcher Industriegase sind Kohlenoxyd und Methan. Die Entfernung des Kohlendioxydes und des Sauerstoffes aus Gasen, die ebenfalls Kohlenoxyd und Methan enthalten, hat sich als ein Problem gezeigt, das schwierig ist, weil eine Zerstörung von Kohlenoxyd und Methan dabei nicht eintreten soll.
Es ist bekannt, daß Salze der Erdalkalimetalle, die von hitzebeständigem Material und Kohlenstoffträgern getragen werden, Kohlendioxyd und Sauerstoff aus den erwähnten Industriegasen entfernen. Jedoch macht die Anwendung eines. solchen Katalysators in der Industrie erhebliche Schwierigkeiten, und zwar sowohl bei seiner Anwendung als auch bei seiner Regenerierung.
Gemäß der Erfindung wird ein Katalysator benutzt, der aus einem wasserunlöslichen Erdalkalimetallsalz oder aus einer Mischung solcher Salze besteht, die auf faserigem, im wesentlichen eisenfreiem Asbest aufgetragen sind. Der Katalysator ist vorzugsweise zellenförmig oder schichtförmig, so daß er dem Gasstrom eine möglichst große Katalysatoroberfläche bietet, ohne für den Gasfluß einen unerwünschten Widerstand zu bilden. Vorzugsweise ist das. Gewichtsverhältnis von E.rdalkalimetallsalz zu Asbest in der Größenordnung von 2 : i.

Der Katalysator ist besonders: wirksam zum Entfernen von Kohlendioxyd und Sauerstoff; er entfernt aber auch den; größeren Teil schwefelhaltiger Gase, die in Industriegasen enthalten sind. Folgende Tabelle zeigt dlie Analyse eines durchschnittlichen Leuchtgases einer städtischen Gasanstalt vor und nach Durchlaufen des. Katalysators gemäß der Erfindung, wobei .die Zahlen Volumprozent.e angeben:

Gas

CO, I 02 I unges. K: W. I CO I CH, I Hz IN, (Rest)

unbehandelt........:................ 3,3 0,6 2,5 =6 ,7 23,8 48,6 4,5

behandelt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,0 o,o o,6 2=,0 23,8 49"5 5,1

Diese Zahlen sind Durchschnitte aus 8o Analysen, die in, 8 bis 9 Monaten genommen worden sind.

Die Analyse eines. städtischen, Leuchtgases in Großbritannien liegt innerhalb folgender Grenzen:

Kohlendioxyd ............... 2 bis 5 %

Sauerstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . a,5 bis i 1/o

ungesättigter Kohlenwasserstoff 1,5 bis 3,5 °/o

Kohlenoxyd . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 bis 20 0/0

Methan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 bis 30 0/0

Wasserstoff . . . . . . . . . . . . . . . . 45 bis 55 °/°

Rest Stickstoff.

Im Betrieb wird der Katalysator in eine Katalysatorkammer gefüllt und das Gas über den Katalysator geleitet, vorzugsweise dadurch, daß es durch ein Katalysatorb-ett in der Kammer streicht.

Der Katalysator hat eine sehr lange Wirksamkeit und kann. leicht dadurch regeneriert werden, daß Luft über den erschöpften Katalysator geleitet wird.
Bei Gebrauch wird der Katalysator in dem Behälter in einen Ofen gebracht und auf eine Temperatur von etwa goo° C erhitzt. Dann leitet man, Leuchtgas durch den Katalysator. Die Gebrauchsdauer des Katalysators zwischen, zwei Regenerierungen ist bei Behandlung von Leuchtgas der obengenannten Zusammensetzung etwa i2o Stunden bei einem Gas:durchfluß von. Il/2 m3 in der Stunde. Unter diesen Bedingungen wird man feststellen, daß nach dieser Zeit der Katalysator noch imstande ist, den größten Teil, jedoch nicht mehr die ganze Menge des Kohlendioxydes und Sauerstoffes zu .entfernen.
Im Betriebe weicht die Behandlungstemperatur nicht wesentlich von goo° C ab.- Die Menge des Katalysators und die angewandte Temperatur für einen gegebenen Gasdurchfluß. wird man in Abhängigkeit von der gewünschten Lebensdauer des Katalysators derart, wählen, daß C02 und 02 praktisch entfernt werden, ohne daß eine bemerkenswert.e Menge von Methan zerstört wird.
Die Grenzen der zu benutzenden Temperatur ergeben sich aus folgenden Beispielen aus der Praxis. Wenn man eine Katalysatormenge, wie sie nach obigem Beispiel in .einem Behälter von. 7 bis 91 enthalten ist, bei goo° C benutzt, so wird bei einem Gasdurchfluß bis zu 300 1 je Stunde eine .nur vernachlässigbar geringe Menge Methan zerlegt. Bei geringem Gasdurchfluß empfiehlt es sich, die Temperatur zu erniedrigen, etwa 85o bis 875° C; denn bei höherer Temperatur wird dann Kohlendioxyd und Sauerstoff zwar entfernt, aber Methan zerlegt. Bei einem Durchfluß. von. 15o.1 je Stunde bei goo° C werden 2 % des Methans zerstört, während bei 85o° C kein Methan zerlegt wird. Andererseits werden bei einem Gasdurchfluß- von 11/s ms je Stunde bei goo° C das Kohlendioxyd und der Sauerstoff vollständig entfernt, ohne daß Methan zerlegt wird, während bei 85o° C etwa 0,5 bis o,6 % Kohlendioxyd im, Gas verbleibt.
Auch die obere Grenze der Temperatur wird bestimmt durch den Gasdurchfluß. Beispielsweise werden bei 95o° C etwa 2 % des Methans zerlegt, wenn der Gasdurchfluß 11/s m3 je Stunde ist, während die Zerlegung vernachlässigbar gering ist, wenn der Gasdurchfluß etwa 3 mA in der Stunde oder mehr beträgt.
Bei einem Gasdurchfluß von mehr als 3 m3 in der Stunde kann die Maximaltemperatur ruhig auf 975° C oder mehr gesteigert werden, wobei eine sichere Entfernung von C 02 und 02 ohne merkbare Zerlegung von C H4 stattfindet.
Der Katalysator kann leicht dadurch regeneriert werden, daß man die Heizbedingungen dies Ofens ungeändert oder im wesentlichen ungeändert läßt und einen Luftstrom über den Katalysator vorzugsweise durch das Katalysatorbett mit einer derartigen Durchflußgescwindigkeit streichen läßt, daß der Katalysator an dem Einlaßende, d. h. an dem Ende, das von der Luft zuerst getroffen wird, nicht über iioo° C erhitzt wird. Die Erhöhung der Temperatur erfolgt wegen der exothermischen Reaktion, die während der Regenerierung des Katalysators stattfindet.
Die Regenerierungs.zeit liegt bei 3 bis 4 Stunden und hängt natürlich. vorn- Grade der Verschmutzung und Erschöpfung des Katalysators ab.
Nach der Regenerierung. des Katalysators muß man gewöhnlich eine gewisse Zeit verstreichen lassen, bis das den Katalysatorbehälter verlassende Gas wieder die Gleichmäßigkeit erhalten hat, daß es zum Aufkohlen benutzt werden. kann; diese Zeit ist beispielsweise -bei Verwendung ungereinigten Leuchtgases etwa i Stunde.
Es ist wichtig, daß alle Metallteile, mit denen die Gase in Berührung kommen, wie z. B. die Ein- und Auslaßrohre, die Roste, Stützen, Schutzrohre des Thermoelementes, Querwände und anderer Teile, des Katalysatorbehälters aus schwer aufkohlendem hitzebeständigem Stoff bestehen, wie er bereits oben erwähnt wurde. Der Grund dafür liegt darin, daß schon Spuren von Eisen zu einer Verringerung des Gehaltes an -Methan und Kohlenoxyd führt. Gerade dies hat bei den früheren Verfahren zur Beseitigung von Kohlendioxyd und Sauerstoff aus derartigen Industriegasen zu großen Schwierigkeiten geführt.
Die schematische Zeichnung veranschaulicht nachfolgende kurze Beschreibung einer Anlage für die Behandlung eines. städtischen Leuchtgases zur Erzeugung eines Aufkohlungs.gases für Eisenlegierungen.
Das Kohlengas wird durch ein Einlaßrohr i zu einem Kompressor z geleitet, dort komprimiert und durch einen Durchflußmesser 3 zu einem Katalysatorbehälter geführt, der sich in einem elektrisch oder auf andere Weise geheizten Ofen q. befindet. Der Ofen erzeugt eine Temperatur von etwa 9o00 C. Das Auslaßrohr 5 des Katalysatorbehälters führt über einen Kühler 6 zu einem beispielsweise mit Silicagel gefüllten Turm, im dargestellten Beispiel zu zwei Trockentürmen 7, die mittels Ventile 8 so parallel zueinander liegen, daß sie abwechselnd benutzt werden und jeweils nur einer in Gebrauch ist, während der andere regeneriert wird. Von den Trockentürmen läuft. das Gas durch einen Gasmesser g und ein Rohr io zum Aufkohlungsofen od. dgl. Um eine Regenerierung des Katalysators zu ermöglichen, sind Ventile ii und 12 in der Einlaßleitung des Kompressors bzw. der Auslaßleitung der Katalysatorkammer so angeordnet, daß diese Teile der Anlage von den übrigen Teilen abgetrennt werden können. In einem zweiten Einlaßrohr 1-d. ist .ein Ventil 13 so angeordnet, d.aß der Kompressor Luft ansaugen und sie in den Katalysatorbehälter drücken kann. Ein Auslaßrohr 15 des, Katalysatorbehälters kann durch ein Ventil 16 geöffnet werden, so daß das beim Regenerieren entstehende Gas abgeführt wird.
Wenngleich die ob-i.ge Beschreibung insbesondere auf die Behandlung von städtischem, Leuchtgas abgestellt ist, kann das Verfahren ebenfalls benutzt werden, um in der Industrie anfallende Gase für Aufkohlungszwecke zu behandeln.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Entfernen von Kohlendioxyd, Sauerstoff und eines Teiles der schwefelhaltigen Gase aus Industriegasen, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas, über einen Katalysator geleitet wird, der aus wasserunlöslichem Erdalkalimetallsalz auf fasrigem, im wesentlichen eisenfreiem Asbest besteht und der sich auf einer Temperatur von: etwa 9000 C befindet. a. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator von Zeit zu Zeit regeneriert wird durch einen über ihn .geleiteten Luftstrom, während der Katalysator derart erhitzt ist, daß die Temperatur auf der Einlaßseite oberhalb goo° C liegt und nicht wesentlich über i ioo° C steigt. 3. Verfahren nach Anspruch a, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom ohne wesentliche Änderung der Heizung des Katalysators mit solcher Durchflußgeschwindigkeit erfolgt, daß die Temperatur auf der Einlaßseite nicht wesentlich über iioo° C steigt. q.. Anlage zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas durch einen. Kompressor einer heizbaren Katalysatorkammer zugeführt wird, daß das Gas nach Behandlung durch den Katalysator eine Kühlvorrichtung und eine Trockenvorrichtung durchläuft, daß eine Abgasleitung mit der Katalysatorkammer verbunden ist und daß durch Ventile die Ablaßleitungen der Katalysatoikammer wahlweise absperrbar sind. 5. Anlage nach Anspruch d., dadurch .gekennzeichnet, daß auf der Ein.laßseite des Kompressors eine Luftansaugleitung liegt und daß in den Einlaßleitungen zum Kompressor Ventile vorgesehen, sind zur wahlweisen Absperrung dieser Leitungen.