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Verfahren zur Entfernung von Wertstoffen und Beimengungen aus benzolhaltigen
Kohlendestillationsgasen Kohlendestilla:tionsgase enthalten bekanntlich verschiedene
Wertstoffe wie auch Beimengungen, deren Gewinnung oder Entfernung zu den wichtigsten
Aufgaben der Behandlung und Ausnutzung solcher Gase gehört. Diese Aufgabe spielt
in dem Fall, wo solche Kohlendestillationsgase unter dem notwendigen erhöhten Druck
in und durch Fernleitungen transportiert werden, eine besonders große Rolle, weil
mit der Anwendung eines Fernleitungsdruckes einerseits sowohl die Anforderungen
an Reinheit, andererseits aber auch die technischen Möglichkeiten zur Erreichung
dieses Ziels gesteigert werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein in dieses Gebiet fallendes
Verfahren zur stufenweisen Entfernung von Wertstoffen und Beimengungen aus benzolhaltigen
Kohlendestillationsgasen unter erhöhtem Fernleitungsdruck. Zu den Wertstoffen und
Beimengungen, die in dem vorliegenden Verfahren eine Rolle spielen, gehören Naphthalin,
Schwefelwasserstoff, Benzol und Wasserdampf bzw. Feuchtigkeit der Gase. Die neuzeitlichen
Anforderungen, welche an die Güte und Reinheit eines zur Fernleitung bestimmten
Kohlendestillationsgases, insbesondere des Koksofengases, gestellt werden, v _-langeneinehochgradig-weitgehendeEntfernung
aller dieser genannten Stoffe, berechnet auf das durch die Kompression stark verkleinerte
Volumen des fernzuleitenden Gases. Für die Entfernung des Naphthalins und des Benzols
unter solchen R-edingongen:
ist bereits das Verfahren bekanntgmvorden,
daß das noch seinen vollen Benzolgehalt besitzende Gas, nachdem es auf den Kompressionsdruck
gebracht ist und noch die dadurch erreichte höhere Temperatur besitzt, einer mehrstufigen
Kühlung bis auf gewöhnliche Temperatur unter Entgegenrieseln der sich beim Kühlen
bildendem Benzolkondensate unterworfen wird und daß nachfolgend eine Auswaschung
des Benzols mittels eines naphthalinfreien Waschöls erfolgt.
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Die vorliegende Erfindung ist eine Verbesserung . und Veivollkommnung
des vorgenannten bekannten Verfahrens. Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin,
daß zwischen die erste Stufe der Naph thalinentfernung durch mehrstufige mittelbare
Kühlung des unmittelbar vom Kompressor kommenden Gases bis auf gewöhnliche Temperatur
unter Entgegenrieseln der Benzolkondensate und die letzte Stufe der Benzo,lauswaschung
mittels eines naphthalinfreien Waschöls eine Trockenreinigung für Schwefalwasserstofi
und anschließend eine Entfeuchtung des Gases durch eine oberhalb o° bleibende Tiefkühlung
desselben eingefügt werden. Die hier neu hineingebrachten Elemente der Schwefelwasserstofftro.ekenreinigung
und der Entfeuchtung des Gases durch Tiefkühlung sind zwar für sich ebenfalls bekannt;
jedoch ergibt das Ganze eine Kombination, welche nicht nur selbst neu ist, sondern
wesentliche Vorteile für die Behandlung des zur Fernleitung bestimmten Kohlendestillationsgases
und damit einen bedeutsamen Fortschritt in dieser Technik erbringt. Die an den Anfang
gestellte Naphthalinentfernung ist die Grundlage für die störungsfreie Durchführung
aller folgenden Behandlungsstufen, denn durch die Kompression des Gases wird sein
Naphthalintaupunkt bedeutend erhöht, und es würden in den Weiterbehandlungen ohne
Naphthalinentfernung Störungen durch feste hTaphthalinabscheidungen zu befürchten
sein. Soweit die Trockenreinigung für Schwefelwasserstoff in Betracht kommt, wird
dieselbe zunächst schon durch den ohnehin vorhandenen erhöhten Druck und das entsprechend
kleinere Gasvolumen begünstigt, indem die sonst erforderlichen umfangreichen Trockenmassemengen
und dazu notwendigen Einrichtungen bedeutend verkleinert werden; außerdem wird die
nachfolgende vollständige Entfernung des Benzols wesentlich be-
günstigt und
für längere Dauer von sonst gewohnten Nachteilen, befreit, weil die Verschlechterung
des Benzolwa,schöls durch Einwirkungen von vorhandenen Schwefelwasserstoff des Gases
und damit die Beeinträchtigung seiner Absorptionsfähigkeit und des Auswascheffektes
für Benzol wegfallen. Diese günstige Beeinflussung der die letzte Stufe bildenden
Benzolauswaschumg wird nun aber außerdem durch die davor liegende Einfügung einer
F-ntfeuchtung des Gases durch eine oberhalb o° bleibende Tiefkühlung stark verbessert.
Es wird nämlich dadurch einerseits der Benzolwaschprozeß bei einer tieferen als
der sonst üblichen gewöhnlichen Temperatur durchgeführt, was bekanntlich eine Erleichterung
des Auswaschens und eine Verringerung der notwendigen Wasohölmengebedeutet. Außerdem
wird durch die praktisch vollständige Abwesenheit von Wasserdampf im Gas jegliche
Störung ausgeschaltet, die sonst der Wasserdampfgehalt des Gases durch mögliches
Eindringen von flüssigem Wasser in das Waschöl herbeiführen kann.
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Bei der Durchführung des vorbesohriebenen Verfahrens kann man nach
einem weiteren Erfindungsgedanken voz die Trockenreinigung mittels Eisenhydroxyd.reinigungsmasse
eine mäßige direkte Anwärmung des Gases mittels heißen Einspritzwassers einschalten,
das aus beliebigen Quellen entnommen werden und z. B. ein Kondensat von Abdampf
sein kann. Diese Anwärmung und gleichzeitige Anfeuchtung des Gases ist für die nachfolgende
Trockenreinigung nützlich, damit Störungen dieses Reinigungsprozesses, insbesondere
Zusammenbacken und Verhärten derReinigungsmassen, vermieden werden und ein wirksames
und glattes Entschwefeln gesichert wird.
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Die zum Verfahren, gehörende Entfeuchtungsküh.lung des Gases kann
nach einem weiteren Erfindungsgedanken mehrstufig durchgeführt werden, indem der
eigentliche Tiefkühlungsabschnitt aus einer mittelbaren Vorkühlung des Gases durch
das fertiggekühlte Gas und einer mittelbaren Schlußkühlurg durch ein Kältemittel
besteht. Hierbei wird einerseits der Kälteaufwand für die Tiefkühlung des Gases
bis auf seine tiefste Temperatur verringert, andererseits für die nachfolgende Benzodauswaschung
eine immer noch zum Tiefkühlgebiet rechnende verhältnismäßig niedrige Temperatur
des Gases erreicht, welche die Benzolauswaschung und ihre Handhabung begünstigt
und erleichtert.
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Das Verfahren möge an Hand der Zeichnung erläutert werden, welche
die Gesamteinrichtung in einer schematischen Aufrißdarstzllung wiedergibt.
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Das zu behandelnde, z. B. von Koksöfen herkommende Kohlendestillationsgas.,
welches die übliche Vorreinigung durch Kühlung, Teerabscheidung und Ammonialmuswaschung
erfahren hat und gewöhnliche Temperatur besitzt, wird aus der Zurfuhrl,eitung i
durch den Kompressor 2 angesaugt und auf einen erhöhten Druck von beispielsweise
8 atü mit einer Endtemperatur von etwa 92° gebracht. Mit dieser Temperatur gelangt
es durch die Druckleitung 3 in den ersten stehenden Wasserröhrenkühler q. und weiter
von diesem durch die Übergangsleitung 5 in den zweiten gleichartigen Wasserröhrenkühler
6, den es bei 7 durch #lie Rohrleitung 20 verläßt. Diese beiden Röhrenkühler werden
von einem die Rohre durchsetzenden. Kühlwasserstrom durchflossen, welcher am Kopf
des zweiten Kühlers durch diel Zufuhrrohrleitung 8 mit einer hauptsächlich durch
Rückkühlung geschafften Anfangstemperatur von etwa 23° zutritt, die Kühlröhren nach
unten hin durchsetzt und dann am Fuß bei 9 austritt; dieses. Wasser wird dann durch
die Verbindungsrohrleitung io nach dem Kopf des ersten Kühlers q. überführt, wo
es bei i i eintritt und schließlich am Fuß bei 12 erwärmt austritt, um
von
hier dem Rückkühlwerk wieder zugeführt zu werden. Durch die Kühlwirkung dieses Wasserstromes
wird die Temperatur des Gaseis bis zum obenliegenden Austritt aus dem ersten Kühler
4 auf beispielsweise 55° und bis zum Austritt 7 des zweiten Kühlers 6 bis auf gewöhnliche
Temperatur, beispielsweise etwa 25°, abgekühlt. Bei dieser Kühlung des gepreßten
Gases wird aus ihm neben Wasser und wenig Teerölen ein Teil seines Benzolgehaltes
kondensiert. Diese Kondensate rieseln an den Kühlrohren außen entlang im Gasraum
abwärts, dem aufwärts ziehenden Gasstrom entgegen. Dabei lösen das Benzol und die
Teeröle das Naphthalin heraus, mit dem Ergebnis, daß das beim Austritt aus dem zweiten
Kühler 6 bei 7 praktisch ganz naphtalinfrei ist. Die mit dem Naphthalin beladenen
Benzolkondensate und das gleichzeitig kondensierte Wasser des Gases fließen am Boden
der Gasräume bei 13 und 14 ab und werden durch die anschließenden Rohrleitungen
15 und 16 in einen Scheide= behälter 17 überführt, welcher je einen Ablauf 18 für
die öligen und i9 für die wäßrigen Kondensate besitzt. Das Gas ist jetzt frei von
Naphthalin., enthält aber noch den größten Teil seines Benzols, einen wesentlichen
Restteil des ursprünglichen Schwefelwasserstoffs der Rohgase und einen gewissen
Mengenanteil von Wasserdampf. Es wird nun durch die Rohrleitung 2o dem Anlagenteil
zur Entfernung des Schwefelwasserstoffs zugeführt. Dieser besteht aus dem Gasanwärmer
2 1 und dem Trockenreinigungsturm 22. In dem Anwärmer 2i, welcher einen stehenden
zylindrischen Behälter mit innenliegenden Wassereinspritzdüsen 2,3 darstellt,
wird das Gas mittels heißen Wassers, z. B. Ab dampfkondensat, welches durch die
Druckpumpe 24 und die Verteilungsleitung 25 den Düsen zugeführt und am Fuß durch
den Ablauf z6 weggeführt wird, mäßig angewärmt, z. B. auf etwa 35 bis 40°, und zugleich
angefeuchtet. Das angewärmte und angefeuchtete Gas wird nun durch die Verbindungsrohrleitung
27 dem Trockenreinigungsturm 22 unten bei 28 zugeführt und aus ihm oben bei 29 weggeleitet.
Dieser Trockenreinigungsturm enthält im Innern wie üblich eine Mehrzahl von Körben
30 für die Trockenreinigungsmasse, die das Entfernen des Schwefelwasserstoffs bewirkt.
Beim Austritt aus dem Trockenreinigungsturm 22 enthält das Gas nur noch Wasserdampf
und Benzol. Der nächste Schritt ist die Entfernung des Wasserdampfs bis zur nahezu
vollständigen En:tfeuchtung durch stufenweise Kühlung in den drei vom, Gas durch-'
strömten Röhrenkühlern 32, 33 und 34. Der erste Kühler 32 ist ein Vorkühler; er
wird mit einem kalten Frischwasser, z. B. mit Brunnenwasser von 12 °, als Kühlmittel
beschickt, welches bei 35 in den rechten Kühlerkopf eintritt, durch die Kühlrohre
36 geführt wird und am linken Kühlerkopf bei 37 mit einer Temperatur von beispielsweise:
2o° abzieht. Dieses verhältnismäßig kühle Wasser wird durch die Rohrleitung 38 und
zugleich das vom Rückkühlwerk durch die Rohrleitung 39 zurückkehrende Wasser nach
der Zufuhrstelle 8 am Kopf des zweiten Gaskühlers 6 überführt, so daß das ganze
Wasser eine Mischtemperatur von etwa 231 hat.
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Das zu kühlende Gas betritt zunächst den Vorkühler 32 durch die Rohrleitung
29, zieht in den die Kühlrohre 36 umgebenden Raum hinein und durch die Abgangsleitung
41 mit einer erniedrigten Temperatur von etwa 15' heraus, um dann in den zweiten
Kühler 33 an dem rechten Kopf bei 42 einzutreten:. Dieser zweite Kühler 33 ist ein
Wärmeaustauscher, in welchem das im ersten Kühler 32 vorgekühlte Gas durch das in
der letzten Kühlerstufe 34 tiefgekühlte Gas weiter abgekühlt wird. Das bei 42 in
den rechten Kühlerkopf eingetretene Gas durchzieht in dem Kühler 33 die Kühlrohre
43 und tritt am linken Kühlerkopf bei 44 mit etwa io° aus. Der Raum um die Kühlrohre
43 wird von fertiggekühltem Gas umströmt, welches in der später anzugebenden Weise
zugeführt und abgeführt wird. Das bei 44 abgezogene teilweise tiefgekühlte Gas wird
durch die Zwischenleitung 45 dem Schlußkühler 34 an dem einen Kühlerkopf bei 46
zugeführt, durch die Kühlrohre 49 desselben bis zu dem anderen Kühlerkopf geleitet
und hier bei 47 fertig bis auf beispielsweise 5° abgekühlt in die Zwischenleitung
48 abgeführt. Es gelangt nun durch diese bei 50 in. den Röhrenaußenraüm des
Wärmeaustauschßrs 33 hinein und dient in ihm zur Vorkühlung des Gases in der oben
angegebenen Weise unter eigener An.wärmung auf beispielsweise io°, mit welcher Temperatur
es durch die Abgangsleitung 67 wegzieht. Die Durchführung der schließlichen Tiefkühlung
in 34 geschieht in der nachstehend zu beschreibenden Weise durch ein Kältemittel,
welches den Außenraum der Kühlrohre 49 umströmt. Als Kältemittel wird beispielsweise
flüssiges Ammoniak benutzt, indem es in entspanntem dampfförmigem Zustand aus dem
Röhrenaußenraum durch die Abgangs- und Kompressorsaugleitung 52 durch den Kompressor
53 angesaugt, in ihm auf erhöhten Druck gebracht, dann durch die Kühlschlange 54
geführt und dabei verdichtet wird, worauf die Ammoniakflüssigkeit durch das Entspannungsventil
55 in den Flüssigleeitsabscheiider 56 hinein entspannt und der Ammoniakdampf
durch die Verbindungsleitung 57 dem Röhrena.ußenraum des Schlußkühlers 34 zugeführt
wird, aus dem der Dampf, wie vorbeschrieben, durch die Abgangs- und Saugleitung
52 wieder dem Kompressor 53 zugeleitet wird.
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In den beschriebenen drei Gaskühlern 32, 33 und 34, in welchen das
Gas von ursprünglich etwa 4o0 Anfangstemperatur auf 5° Endtemperatur abgekühlt wird,
wird der Wasserdampfgehalt des. Gases durch Kondensieren ausgeschieden. Das ausgeschiedene
Wasser fließt aus demGasraum des ersten Kühlers 32 durch die Abgangsrohrleitung
6o, aus dem Gasraum des zweiten Kühlers durch die Abgangsrohrleitungen 61, 62 und
schließlich aus dem dritten Gaskühler 34 durch die Abgangsrohrleitungen 63 und 64
in die Sammelleitung 65 ab, welche an den Druckbehälter 66 angeschlossen ist- Hiermit
ist nun das Gas bis auf einen sehr geringen Wasserdampfgehalt, also praktisch fast
völlig entfeuchtet.
Es wird nun durch die Abgangsgasleitung 67 aus
dem mittleren Kühler bzw. Wärmeaustauscher 33 mit dex angegebenen Temperatur von
io° abgezogen und bei 68 in; den Fuß des Benzolwaschers 69 eingeleitet. Dieser Benzolwascher
ist ein Glockenbodenwascher, dessen oberster Boden bei 70 aus der Zufuhrrohrleitung
71 mit einem naphthalinfreien Waschöl beschickt wird, welches von den Waschödkühlern
der zugehörigen Abtreibeanlage herkommt und nach dem Durchrieseln des Benzolwaschers
an seiinem Fuß bei 72 mit Benzol belaid.en abgezogen wird, um zur Abtreibeanlage
geführt zu werden, aus der es rückkehrend dann wieder in die besagte Zufuhrleitung
71 des Benzodwaschers 69 gelangt. Das von Benzol befreite Gas wird am Kopf des Was.chers
69, natürlich immer noch unter dem Fernleitungsdruck, durch die Abgangsrohrleitung
73 weggeführt und gelangt von da in das Fernleitungssystem hinein. Hiermit ist das
ganze Verfahren beendet.
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Die Anwendung eines naphthalinfreienWaschöls im Benzolwascher 69 gibt
Sicherheit, daß das vom Wascher abziehende, vorher vom Naphthalin befreite Gas nicht
erneut mit Naphthalindämpfen beladen wird.