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Verfahren zum Regenerieren von mit Schwefelwasserstoff u. dgl. angereicherter
Waschlösung Das Hauptpatent bezieht sich auf ein Verfahren zum Regenerieren von
mit Schwefelwasserstoff od. dgl. angereicherter Waschlösung, bei dem die Wärme für
die Erwärmung der Waschlösung zwecks Verdampfung in einem Unterdruckraum aus der
Abfallwärme des z. B. von der Vorlage einer Koksofenbatterie kommenden heißen Koksofengases
entnommen wird. Der Wärmeverbrauch der Regeneriereinrichtung, der also aus der fühlbaren
Wärme des heißen Koksofengases gedeckt wird, bringt den Vorteil, daß die Gasvorkühler,
die natürlich hinter die Regeneriereinrichtung geschaltet sein müßten, unter Umständen
erheblich kleiner dimensioniert werden können.
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Das an sich bekannte Heißvakuumregenerierverfahren läßt sich natürlich
auch für die Entfernung von anderen Gasen als Schwefelwasserstoff aus Koksofengas
verwenden, z. B. für die Entfernung von Cyanwasserstoff, Ammoniak, Leichtöl od,
dgl. Selbstverständlich muß man dann die verwendeten Waschlösungen entsprechend
dem auszuwaschenden Stoff wählen.
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Die Erfindung verwendet nun eine weitere, bisher nicht ausgenutzte
Wärmequelle einer Koksofenanlage
für das Heißvakuumregenerierverfahren,
und zwar zieht die vorliegende Erfindung Nutzen aus der auf niedrigem Temperaturniveau
befindlichen Wärme, die in dem Vorlagenkühlwasser einer Koksofenbatterie enthalten
ist. Die Temperaturlage der Wärme des Vorlagenkühlwassers ist so niedrig, daß man
diese Wärme bisher als Abfallwärme behandelt hat, da man es nicht für möglich hielt,
diese niedrige Temperaturlage im Rahmen des Wärmebedarfs von Nebenproduktenanlagen
ausnutzen zu können.
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Die Kühlung des Vorlagenkühlwassers geschah bisher mit besonderen
Mitteln, wobei die dabei absorbierte Wärme verlorenging. Jetzt ist es mit Hilfe
des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, diese an sich geringwertige Abfallwärme
des Vorlagenkühlwassers in einer Vakuumregenerierzone auszunutzen, obwohl die Temperaturlage
dieser Wärme niedrig ist.
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Die Zeichnung zeigt ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Das den Schwefelwasserstoff enthaltende Koksofengas gelangt durch
die Rohrleitung 2 in den Wascher 4 und strömt durch die Füllung des Waschers aufwärts
im Gegenstrom zu einer niederrieselnden Waschlösung, die Natrium-Karbonat und Natrium-Bikarbonat
enthält. Die Waschlösung absorbiert den im Koksofengas enthaltenen Scbwefelwasserstoff.
Das gereinigte Koksofengas verläßt den Wascher durch die Leitung 6. Die.angereicherte
Waschlösung wird am Boden des Waschers 4 durch eine mit einem Ventil versehene Leitung
8 in den Behälter ro geleitet, in den zusätzlich Ersatzlösung aus der ebenfalls
mit Ventil versehenen Leitung 1a fließt. Die Ersatzlösung wird in einer Mischeinrichtung
14 zubereitet, in die durch die Leitung 16 Wasser und beispielsweise Natrium-Karbonat
eingeführt werden. Die frische Waschlösung wird bei Bedarf aus diesem Mischbehälter
14 durch die Leitung 18 mittels einer Pumpe 2o durch die Leitung 12 in den schon
erwähnten Behälter to gepumpt. Die angereicherte Waschlösung gelangt vom Behälter
so mittels einer Pumpe 22 durch die Leitung 24 in ei :° Regeneriersäule 26, wird
dort durch feine Brausen 28 verteilt und fließt durch die Füllung abwärts. In der
Regeneriersäule 26 kommt die angereicherte Waschlösung direkt mit einem Gegenstrom
von Gasen und Dämpfen in Berührung, die den Schwefelwasserstoff kontinuierlich aus
der angereicherten Waschlösung abtreiben und diese dadurch regenerieren.
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Das verhältnismäßig kalte, angereicherte Waschmittel, das am oberen
Teil der Regeneriersäule 26 einströmt, wirkt gleichzeitig als ein Kondensationsmittel,
durch das die in der Regeneriersäule aufsteigenden Dämpfe zum Teil kondensiert werden.
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Ein Gemisch von Schwefelwasserstoff und Wasserdampf fließt aus der
Regeneriersäule 26 durch eine Leitung 30 in den Kondensator 32, in dem der größere
Teil des Wasserdampfes kondensiert wird. Anschließend daran gelangt der Schwefelwasserstoff
durch die Leitung 34 in einen weiteren Kondensator 36 mit kleineren Abmessungen,
in welchem praktisch der ganze Rest von Wasserdampf kondensiert wird. Das praktisch
trockene und technisch reine Schwefelwasserstoffgas wird aus dem zuletzt erwähnten
Kondensator 36 durch die Leitung 38 mittels einer Vakuumpumpe 4o abgezogen, welche
den ganzen Regenerierbereich unter einem geringeren als Atmosphärendruck hält und
welche den Schwefelwasserstoff schließlich durch die Leitung 42 aus der Anlage endgültig
herausbefördert.
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Das Koksofengas, welches aus der bei 4.4. angedeuteten Koksofenbatterie
entweicht, gelangt durch die Steigrohre 46 in die Vorlage 48 und wird dort durch
Berieselung mit Flüssigkeit (Wasser, Ammoniakwasser) aus einer Art Dusche 5o gekühlt.
Das infolge der Berührung mit dem heißen Gas erwärmte Kühlwasser fließt aus der
Vorlage durch eine Leitung 52 ab und gelangt in einen Absetztank 54, in dem sich
der ebenfalls in der Vorlage kondensierte Teer von der übrigen Flüssigkeit absetzt.
Der Teer wird durch die Rohrleitung 56 abgezogen. Das Wasser wird aus dem heißen
Absetztank 54 durch eine Rohrleitung in einen Pumptank 6o abgezogen und von dort
durch die Leitung 62 mittels einer Pumpe 64 den Rohrschlangen eines Verdampfers
66 zugeführt, der sich im unteren Teil der Rektifiziersäule 26 befindet.
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Die Heizschlangen des Verdampfers 66 tauchen in die Waschlösung ein,
die sich am Boden der Rektifiziersäule ansammelt. Die fühlbare Wärme des Vorlagenkühlwassers
bringt in der Heizschlange die sie umspülende Waschlösung zum Verdampfen und verursacht
einen aufwärts gerichteten Strom von Dampf und Schwefelwasserstoff, welcher mit
der abwärts fließenden, angereicherten Waschlösung in Berührung kommt, so daß sich
schließlich am Boden der Regeneriersäule eine regenerierte Waschlösung ansammelt.
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Das dabei abgekühlte Vorlagenkühlwasser fließt aus dem Verdampfer
66 durch die Leitung 68 in einen Pumpenbehälter 70, von wo es mittels der Pumpe
72 durch die Leitung 74 wieder der Vorlage 48 zugeführt wird. Das rücklaufende Vorlagenkühlwasser
ist kälter, als es gewöhnlich im Kokereibetrieb der Fall ist, und das Ergebnis davon
ist, daß sich in der Vorlage ein dünnerer Teer kondensiert, so daß die Reinigung
der Vorlage leichter ist. Ferner wird das Gas stärker gekühlt als gewöhnlich, eine
Tatsache, die unter Umständen eine beträchtliche Entlastung der Gasvorkühler beleutet.
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Die regenerierte Waschlösung wird am Boden der Regeneriersäule 26
durch Leitung 76 abgezogen und mittels der Pumpe 78 durch die Leitung 8o einem Kühler
82 zugeführt, der mit einem Wasserzufluß und -abfluß 84 bzw. 86 versehen ist, und
gelangt dann über die Leitung 88 wieder in den Waschturm zurück. Der kondensierte
Dampf bzw. das Wasser fließt aus den Kondensatoren 32 und 36 durch die Leitungen
92 und 94 in einen Tank 96 und wird von dort mittels der Pumpe 98 durch die
Leitung
ioo in den Wascher q. zurückgeführt, wo es sich mit der angereicherten Waschlösung
vermischt und dem Regenerierprozeß zugeführt wird.
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Beispiel Bei einer modernen Koksofenanlage der gewöhnliehen Bauart
wurde das Vorlagenkühlwasser mit einer Temperatur von etwa 77° C in die Vorlage
eingebracht und mit einer Temperatur von 78° wieder abgezogen. In einem anderen
Falle betrug die Temperatur des Wassers etwa 85° und enthielt dann natürlich noch
mehr fühlbare Wärme, die dann gemäß der Erfindung ausgenutzt werden konnte. Das
mit einer Temperatur von 78° die Vorlage verlassende Kühlwasser kühlte sich durch
Wärmeabgabe an die Unterdruckregenerierzone auf eine Temperatur von 66° ab und wurde
mit dieser Temperatur wieder in die Vorlage 48 zurückgebracht, die sie dann mit
einer Temperatur von 72° verließ. Die Kühlung der Vorlage ist also jetzt stärker,
und daraus ergeben sich die bereits erwähnten Vorteile einer besseren Reinigungsmöglichkeit
der Vorlage und einer Entlastung der Gasvorkühler. Das Koksofengas wird durch die
verstärkte Kühlung in der Vorlage auf eine 3 bis 5° niedrigere Temperatur gekühlt,
mit dem Vorteil, daß das mit Wasserdampf gesättigte Koksofengas, absolut gesehen,
weniger Wasser mitnimmt und außerdem weniger fühlbare Wärme enthält, so daß die
Menge an Kühlwasser in den Gasvorkühlern verringert werden kann.
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Die Waschlösung wird in einem Regenerierturm von den absorbierten
Bestandteilen befreit, wobei dieser Regenerierturm mit einem Unterdruck von 99 bis
115 mm Hg (absolut) arbeitet und Wärmezufuhr durch die oben beschriebene
Vorlagenkühlflüssigkeit erhält. Die Kühlflüssigkeit hat beim Eintritt in den Verdampfer
eine Temperatur von etwa 72° und verläßt diesen mit einer Temperatur von 66°. Die
Temperatur der Waschlösung selbst steigt von 5 i ° beim Eintritt in den Regenerierturm
auf 55° heim Verlassen desselben an. Nach der Regenerierung wird die Waschlösung
gekühlt, ehe sie wieder dem Wascher zugeführt und dort auf eine Temperatur von etwa
52° erwärmt wird.
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Die aus der Waschlösung in Freiheit gesetzten Schwefelwasserstoffgase
und die übrigen Dämpfe haben beim Verlassen des Regenerierturms eine Temperatur
von 53° und einen absoluten Druck von etwa ioo mm Hg. Dieses Gas-Dampf-Gemisch wird
im ersten Kondensator 32 auf 38° und im zweiten Kondensator 36 auf 25° abgekühlt
und hat dann noch einen absoluten Druck von 75 mm Hg. Das von der anhaftenden Feuchtigkeit
praktisch vollständig befreite Schwefelwasserstoffgas entweicht durch die Rohrleitung
.42 und hat eine Temperatur von etwa 25° und einen absoluten Druck von
820 mm Hg. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden etwa 45 ooo 1 angereicherte
Waschlösung stündlich regeneriert, wobei etwa 51 ooo ms Dampf aus der Waschlösung
stündlich benötigt werden. Die tägliche Menge des so gereinigten Gases beträgt etwa
5oo ooo ms. Dabei fallen etwa 32oo kg Schwefelwasserstoff täglich an. In dem obenerwähnten
Beispiel werden für den Betrieb der Vakuumregenerierung etwa 2 ooo ooo WE benötigt.
Zur Deckung dieses großen Wärmebedarfs hat man bisher jedoch nicht an die Ausnutzung
der in den strömenden Medien der Koksofenvorlage enthaltenen Wärme gedacht, da deren
Temperatur so niedrig ist, daß die Wärme nur schlecht ausgenutzt werden konnte.
Die vorliegende Erfindung ist in der Lage, diese Wärmequelle auszunutzen. Wenn man
zur Gaskühlung im Steigrohr und in der Vorlage etwa 400 000 1 Kühlflüssigkeit stündlich
aufwendet, reicht der sich in einer Temperatursenkung um 5° äußernde Wärmeentzug
im Regenerierturm aus, um genügend Wärme für so viel Waschlösung zur Verfügung zu
haben, daß man damit das gesamte Koksofengas reinigen kann.
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In einigen Fällen kann es vorteilhaft sein, die regenerierte Waschlösung
zunächst durch mittelbare Wärmeübertragung aus der Kühlflüssigkeit bei Anwendung
eines leichten Überdruckes zu erwärmen und dann die so erwärmte Waschflüssigkeit
in die Vakuumzone einzuführen, wo dann die Verdampfung aus der Waschflüssigkeit
beginnt. Dabei muß die Menge der durch den Wärmeaustauscher gehenden regenerierten
Waschlösung einige Male größer sein als die Menge der aus dem Wascher abgezogenen
angereicherten Waschlösung, um eine genügende Menge an Dampf für die Regenerierung
zu erhalten.
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Es ist ferner möglich, die Kühlflüssigkeit selbst zu verdampfen, indem
man sie in einen Vakuumraum einfließen läßt. Die auf diese Weise gebildeten Wasserdämpfe
werden dann im Gegenstrom durch eine angereicherte Waschlösung geführt, um aus dieser
die darin gelösten Bestandteile freizusetzen.
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Die Erfindung kann zur Steigerung des Wirkungsgrades aller der Gasreinigungsprozesse
verwendet werden, bei denen die angereicherte Waschlösung, die Bestandteile aus
einem Gas oder einer Flüssigkeit aufgenommen hat, durch Einwirkung von Wärme und
bei Anwendung von Unterdruck regeneriert wird. Als ein Beispiel für einen Flüssigkeitsreinigungsprozeß,
der ähnlich dem obengenannten Prozeß behandelt wird, sei die Regenerierung von ammoniakwasser-
oder cyanwasserstoffhaltigem Wasser erwähnt. Als Waschlösungen kommen reines Wasser
oder wäßrige Lösungen von Karbonaten und Bikarbonaten der Alkalimetalle, ferner
Lösungen anderer Alkalisalze von schwachen Säuren oder schließlich Lösungen schwacher
Basen, z. B. von Aminen, in Frage. Als aus dem Koksofengas absorbierbare Bestandteile
kommen Schwefelwasserstoff, Cyanwasserstoff, Kohlendioxyd, Ammoniak, Leichtöl und
Schwefelkohlenstoff in Betracht. Leichtöl und Schwefelkohlenstoff können aus dem
Koksofengas mittels eines geeigneten Waschöls entfernt werden, aus dem das absorbierte
Leichtöl beispielsweise dadurch ausgetrieben werden kann, daß man dem Waschöl unter
Vakuum Wärme aus den strömenden Medien einer Koksofenvorlage zuführt. Der Schwefelwasserstoffgehalt
dieses Leichtöls kann durch Anwendung einer wäßrigen Alkalilösung beseitigt
«erden,
wobei die dadurch angereicherte Alkalilösung in der erfindungsgemäßen Weise regeneriert
wird.