DEP0000455BA - Verfahren zur Abscheidung und Gewinnung adsorbierbarer Bestandteile aus Gasgemischen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Adsorption von in gasförmigen Mischungen enthaltenen Bestandteilen, insbesondere zur Adsorption von Aethylen.

Obwohl das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren zur Gewinnung von Dämpfen aus gewöhnlich flüssigen organischen Lösungsmitteln, wie beispielsweise Schwefelkohlenstoff und chlorierten Kohlenwasserstoffen, dienen kann, die in gasförmigen Mischungen enthalten sind, ist es besonders geeignet zur Entfernung von gewöhnlich gasförmigen Bestandteilen aus gasförmigen Mischungen, beispielsweise zur Gewinnung von Aethylen aus Gasen, die während der Verkokung von Steinkohle entstehen.

Es ist bekannt, adsorbierbare Bestandteile aus diese enthal- tenden gasförmigen Mischungen zu entfernen durch Anwendung von Adsorptionsmitteln, wie beispielsweise Holzkohle, Silikagel und Aluminiumoxydgel. Ein Beispiel für ein derartiges Verfahren ist die Entfernung von Aethylen aus Koksofengas mit Hilfe von Aktivkohle. Die gasförmige Mischung wird dabei zunächst mit dem Adsorptionsmittel bei niedriger Temperatur in Berührung gebracht, wobei das adsorbierbare Material im wesentlichen adsorbiert wird und die übrigen Gase im wesentlichen nicht adsorbiert vorübergehen. Das adsorbierte Material wird dann aus dem Adsorptionsmittel ausgetrieben, und zwar gewöhnlich dadurch, dass Dampf durch das Adsorptionsmittel geleitet wird. Das frei gemachte Adsorptionsmittel wird dann getrocknet und in geeigneter Weise gekühlt, um von neuem zur Adsorption verwendet werden zu können. Es wurde bereits vorgeschlagen, das Adsorptionsverfahren in der Weise durchzuführen, dass in geeigneten Kesseln feststehende Betten des Adsorptionsmittels untergebracht wurden. Es wurde auch schon vorgeschlagen, zwischen den feinverteilten festen Stoffen und den Gasen eine wechselseitige Wirkung durchzuführen, beispielsweise bei der Adsorption von Mischungsbestandteilen, indem in einer Kammer ein aufsteigender Gasstrom angewandt wurde, der verhinderte, dass das fein verteilte Material durch die Kammer fällt. Nach Beendigung der Behandlung wird die Geschwindigkeit vergrößert, um das verbrauchte Material aus der Kammer auszutreiben. Bei einem derartigen Verfahren kann gewünschtenfalls die Arbeitsweise so geführt werden, dass in der gleichen Kammer, die für die Eingangsreaktion Verwendung findet, auch die umgekehrte Reaktion der Teilchen stattfindet, beispielsweise eine Desorption oder eine Austreibung.

Da das Adsorptionsmittel wechselseitig erhitzt und gekühlt werden muss, tritt für das Erwärmen und Kühlen des Kesselmaterials ein beträchtlicher Wärmeverlust auf. Es wurden schon verschiedene Vorschläge gemacht, um dies zu vermeiden,indem die heiß und kalt arbeitenden Stufen des Verfahrens in getrennten Kesseln durchgeführt wurden, wobei das Adsorptionsmittel je nach dem Erfordernis ais dem einen in den anderen Kessel gebracht wurde. Bei all diesen vorgeschlagenen Verfahren treten jedoch erhebliche Schwierigkeiten auf bei der wirkungsvollen Reinigung der Ausgangsgase und der wirkungsvollen Regenerierung des Adsorptionsmittels.

Es wurde nun gefunden, dass sich ein verbessertes Verfahren der Abscheidung des von in gasförmigen Mischungen enthaltenen adsorbierbaren Material mit Hilfe von Adsorptionsmitteln durchführen lässt, indem getrennte Kessel für die Adsorption und Abscheidung angewandt werden und wobei das Adsorptionsmittel aus dem einen Kessel in den anderen übergeführt wird, wodurch eine wirkungsvolle Reinigung der gasförmigen Mischungen erzielt und eine wirtschaftliche Wiedergewinnung des Adsorptionsmittels erreicht wird.

Wenn ein aufwärts gerichteter Gasstrom durch ein Bett von abgesonderten Teilchen hindurchgeleitet wird, steigt, wie aus dem in der Zeichnung dargestellten Diagramm ersichtlich ist, der Druckabfall zunächst linear mit dem Anwachsen der Gasgeschwindigkeit. Wenn die Gasgeschwindigkeit gesteigert wird, wird dann ein kritischer Punkt A erreicht, bei dem die Druckabfall-Gasgeschwindigkeitskurve sich zu neigen beginnt und wobei das Volumen des Bettes der abgesonder- ter Teilchen um ungefähr 10% ansteigt. In diesem Punkt nimmt das Bett der abgesonderten Teilchen einige der Eigenschaften einer Flüssigkeit an, indem beispielsweise die Teilchen ähnlich wie Flüssigkeiten gegossen werden können. Infolge der Tatsache, dass die einzelnen Teilchen von dem Gas eingehüllt sind und die innere Reibung des Bettes dadurch wesentlich verringert wird, kann das Bett leicht gut umgerührt werden. Wenn man die Gasgeschwindigkeit weiter steigert, so wird oberhalb des kritischen Punktes A ein Punkt B erreicht, bei dem auf der Bettoberfläche eine Bewegung festgestellt werden kann, die ähnlich der der Oberfläche einer siedenden Flüssigkeit ist. Diese Beobachtung ist für alle Gasgeschwindigkeiten oberhalb dieses Punktes B festzustellen, wobei der Druckabfall nunmehr unabhängig von der Gasgeschwindigkeit ist.

Wenn die Gasgeschwindigkeit oberhalb des durch den Punkt B angegebenen Wertes gesteigert wird, dehnt sich das Bett weiter aus, bis es das ganze Volumen des Reaktionskessels ausfüllt. Bei einer weiteren Steigerung der Gasgeschwindigkeit beginnen die das Bett darstellenden Teilchen in die Gasaustrittsleitung infolge der höheren Gasgeschwindigkeit mit überzugehen, und die Teilchen werden durch den Gasstrom mitgerissen und fortgetragen. Wenn die Gasgeschwindigkeit noch weiter gesteigert wird, wird schließlich ein Zustand erreicht, bei dem die Teilchen als ein von dem Gas mitgerissener Strom durch den Kessel hindurchgehen.

In der folgenden Beschreibung wird ein Bett von Teilchen, bei dem die Gasgeschwindigkeit des hindurchtretenden Gases dem

Wert A oder einem höheren Wert entspricht, als ein fließendes Bett bezeichnet, während ein Bett von Teilchen, bei dem die Geschwindigkeit des durchgehenden Gases zwischen den Punkten A und B liegt, als ein ausgedehntes Bett bezeichnet wird und ein Bett, bei dem die Gasgeschwindigkeit dem Punkt oder einem höheren Punkt der Kurve entspricht, wobei jedoch die Teilchen immer noch die Form eines Bettes bilden, als siedendes Bett bezeichnet. Wenn jedoch die Gasgeschwindigkeit so hoch ist, dass die Teilchen durch den Reaktionskessel hindurchgeführt werden, und zwar als von den Gasen mitgerissener Strom, so wird ein derartiger Zustand als ein mitgerissener Strom bezeichnet.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Entfernung von adsorbierbaren Bestandteilen, die in einer gasförmigen Mischung enthalten sind, mit Hilfe von Adsorptionsmitteln vorgeschlagen, wobei getrennte Kessel für die Adsorption und Austreibung Anwendung finden, und wobei das Adsorptionsmittel aus dem einen Kessel in den anderen übergeführt wird. Hierbei wird derart gearbeitet, dass ein Mitreißen der Teilchen durch den Gasstrom vermieden wird, vielmehr in der Adsorptionsstufe und/oder in der Austreibungsstufe ein fließendes Bett angewandt wird. Die Bildung eines mitreißenden Stromes während der Überführung des Adsorptionsmittels aus dem einen Kessel in den anderen zwischen den Arbeitsstufen der Adsorption und Austreibung wird jedoch vermieden.

Das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren ist besonders geeignet zur kontinuierlichen Durchführung der Entfernung von adsorbierbaren Bestandteilen aus gasförmigen Mischungen.

Wenn kontinuierlich gearbeitet wird, umschließt das Verfahren die Arbeitsschritte der kontinuierlichen Zuleitung von fein verteiltem Adsorptionsmittel in die Adsorptionsstufe, die kontinuierliche Entfernung des fein verteilten Adsorptionsmittels aus der Adsorptionsstufe und der Zuleitung desselben in eine Austreibungsstufe, aus der es ständig in die Adsorptionsstufe zurückgeführt wird. Die Strömung des fein verteilten Adsorptionsmittels und der gasförmigen Mischung wird derart eingestellt, dass während der Adsorptionsstufe und/oder der Austreibungsstufe ein fließendes Bett gebildet und das Mitreißen des Materials verhindert wird.

Wie schon erwähnt, ist das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren besonders zweckmäßig in der Anwendung der üblichen Gewinnung von Aethylen aus gasförmigen Mischungen mit Hilfe von Adsorptionsmitteln. Hierbei finden getrennte Gefäße für die Adsorption und Austreibung Anwendung, wobei das Adsorptionsmittel aus dem einen Gefäß in das andere übergeführt wird und während der Adsorptionsstufe bzw. der Austreibungsstufe oder in beiden Stufen ein fließendes Bett des Adsorptionsmittels Anwendung findet und ein Mitreißen dieses Adsorptionsstoffes durch den Gasstrom vermieden wird.

Wenn ein fließendes Bett während der Adsorptionsstufe Anwendung findet, ist es zweckmäßig, dafür zu sorgen, dass das Bett in ausgedehnter Form vorliegt, wobei mit einer Gasgeschwindigkeit gearbeitet wird, die so nahe wie möglich dem Punkt der Kurve liegt. Die Teilchen, welche sich am Boden des Adsorptionsbettes befinden, kommen zuerst mit dem eintretenden Gas in Berührung und infolgedessen reichern sie sich stärker mit dem zu adsorbierenden Mittel an als diejenigen an der Oberseite des Bettes, mit denen das austretende Gas in Berührung kommt, aus dem bereits der adsorbierbare Bestandteil bzw. die adsorbierbaren Bestandteile im wesentlichen entfernt worden sind. Alle die Teilchen, welche sich in dem Bett unter dem Einfluss des Gasstromes nach oben bewegen, haben also das Bestreben, gewisse Anteile des Materials, die sie bereits adsorbiert haben, an das Gas wieder abzugeben. Diese unerwünschte Eigenschaft wird dadurch vermieden, dass mit einer Gasgeschwindigkeit gearbeitet wird, die so niedrig wie überhaupt möglich ist unter der Voraussetzung, dass ein ausgedehntes Bett gebildet wird. Wenn jedoch in der Austreibungsstufe ein fließendes Bett Anwendung findet, ist es zweckmäßig, die Gasgeschwindigkeit derart zu steigern, dass ein siedendes Bett erhalten wird, um die wirksamste Reinigung der Teilchen zu erreichen und so eine weitgehende Entfernung des adsorbierten Materials herbeizuführen.

Es ist zweckmäßig, dass das Adsorptionsmittel eine hohe Volumendichte besitzt und einen möglichst geringen Anteil an fein verteilte Stoffe aufweist. Die Anwendung von großstückigem Adsorptionsmittel ist vorteilhaft, da jedoch durch die Gasgeschwindigkeit ein fließendes Bett aufrecht erhalten werden muss und infolgedessen der Druckabfall anwächst mit dem Wachsen der Teilchengröße, ist für die praktische Arbeitsweise eine obere Grenze durch den gerade noch zu duldenen Druckabfall gegeben. Die kleinste Teilchengröße, mit der gearbeitet werden kann, hängt von der Natur des Adsorptionsmittels und der zu behandelnden Gasmischung ab. Wenn beispielsweise Aethylen aus Koksofengas unter Anwendung von fein verteilter Aktivkohle als Adsorptionsmittel adsorbiert werden soll, ist es unmöglich, ein siedendes Bett zu erreichen, wenn die Teilchengröße 120 (My) oder kleiner ist. In ähnlicher Weise sollte die Tiefe des Adsorptionsmittelbettes so hoch wie irgend möglich sein und wie mit einem praktisch brauchbaren Druckabfall verträglich ist.

In der folgenden Tabelle sind die minimalen Gasgeschwindigkeiten angegeben, welche erforderlich sind, um mit Aktivkohle ein siedendes Bett durchführen zu können, wobei die Aktivkohle eine verschiedene Teilchengröße besitzt. Die Gasgeschwindigkeiten wurden oberhalb des siedenden Bettes gemessen.

Das Austreiben des adsorbierten Materials aus dem Adsorptionsmittel kann durch bekannte Verfahren erfolgen, beispielsweise indem Dampf durch das Adsorptionsmittel hindurchgeleitet wird.

Der Wassergehalt des Adsorptionsmittels ist für die Durchführung des Verfahrens von Wichtigkeit; wenn Dampf zum Reinigen des Adsorptionsmittels verwendet wird, ist dafür zu sorgen, dass vermieden wird, dass das Adsorptionsmittel so feucht wird, dass die Teilchen zusammenbacken und ihre frei fließenden Eigenschaften verlieren. Abgesehen hiervon, ist es wünschenswert, den Feuchtigkeitsgehalt des Adsorptionsmittels so niedrig wie nur möglich zu halten, um den besten Wirkungsgrad des Adsorptionsmittels zu erreichen, und zu diesem Zweck wird zweckmäßig das die Austreibungsstufe verlassende Adsorptionsmittel von Feuchtigkeit befreit, indem es beispielsweise durch einen heißen Strom eines inerten Gases hindurchgeleitet wird, bevor es gekühlt und in den Adsorptionskessel zurückgeleitet wird. Für diesen Zweck findet vorteilhaft Stickstoff oder die gasförmige Mischung selbst Anwendung, nachdem wichtige Bestandteile aus ihr entfernt worden sind.

Es wurde gefunden, dass bei Anwendung von Dampf mit einem genügenden Grad der Überhitzung des Adsorptionsmittel genügend getrocknet werden kann, um dann direkt gekühlt zu werden, damit es in der Adsorptionsstufe wieder verwendet werden kann, ohne dass eine Zwischentrocknungsstufe Anwendung finden muss. Wenn beispielsweise mit Aktivkohle gearbeitet wird, kann eine genügende Austreibung und eine wesentlich trockene, von den Bestandteilen befreite Kohle erhalten werden, wenn bei Atmosphärendruck mit einem Dampf von 200°C gearbeitet wird. Das Adsorptionsmittel kann durch bekannte Mittel gekühlt werden, beispielsweise indem es durch einen kalten Strom eines inerten Gases geleitet wird, beispielsweise eines solchen, wie es zum Trocknen dadurch erfolgt, dass ein Gasstrom durch das Adsorptionsmittel geleitet wird, wird dieses vorteilhaft in dem Zustand eines siedenden Bettes in dieser Stufe gehalten. Wenn das Trocknen durch Anwendung eines Gasstromes erfolgt, wird das Adsorptionsmittel vorteilhaft ebenfalls in dem Zustand eines fließenden Bettes und vorzugsweise eines siedenden Bettes gehalten.

Die Arbeitsstufen der Austreibung und Trocknung erfolgen in getrennten Gefäßen und zweckmäßig auch das Kühlen. Die Trocknungs- und Kühlungsstufen können aber auch in denselben Gefäßen durchgeführt werden.

Das Überführen des Adsorptionsmittels aus der einen Stufe in die andere kann durch bekannte Verfahren erfolgen, jedoch werden zweckmäßig solche angewandt, bei denen die geringste Zerteilung des Adsorptionsmittels stattfindet.

Beispiel 1

Koksofengas, welches 1,5 Volumenprozent Aethylen enthält, wird mit einer Geschwindigkeit von 3 cm pro Sek. durch ein Bett von Aktivkohle geleitet, dessen Teilchengröße zwischen 180 und 250 (My) liegt. Diese Kohle befindet sich in einem zylindrischen Kessel, und durch die Gasgeschwindigkeit wird in diesem Kessel ein siedendes Bett erzeugt. Die Gasgeschwindigkeit wurde oberhalb des siedenden Bettes gemessen. Das Koksofengas wird durch das Aktivkohlebett solange hindurchgeleitet, bis das Austrittsgas die gleiche Zusammensetzung wie das Austrittsgas die gleiche Zusammensetzung wie das Eintrittsgas besitzt. Die Aktivkohle wird dann in einen anderen Kessel übergeleitet, durch den Dampf mit einer Temperatur von 300°C und einer Genauigkeit von 5 cm pro Sek. durchgeleitet wird. Die den Kessel verlassenen Gase werden gekühlt, um Wasserdampf zu kondensieren, und hierbei wird ein Gas erhalten, welches 41,8 Volumenprozent Aethylen enthält. Die Aktivkohle wird dann gekühlt und in die Adsorptionsstufe zurückgeführt, wo sie für einen weiteren Arbeitsgang verwendet werden kann.

Das folgende beispiel erläutert eine Arbeitsweise, bei der kontinuierlich gearbeitet wird.

Beispiel 2

Koksofengas mit einem Aethylengehalt von 1,5% wird mit einer Geschwindigkeit von 6 cm pro Sek. aufwärts durch ein Bett von Aktivkohle geleitet, dessen Teilchengröße zwischen 250 und 420 (My) liegt. Diese Aktivkohle befindet sich in einem

Neue Seite 11 der Beschreibung vom 11. November 1948

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zylindrischen Kessel, wobei sich das Volumen der fein verteilten Aktivkohlemasse infolge der angewandten Strömungsgeschwindigkeit ausdehnt. Die Gasgeschwindigkeit wurde oberhalb des ausgedehnten Bettes gemessen. Von der Oberseite des Kessels her wird ständig neue fein verteilte Aktivkohle zugeführt und gleichzeitig wird Aktivkohle kontinuierlich vom Boden des Kessels abgezogen. Die Geschwindigkeit der Zufuhr und der Abfuhr von Aktivkohle ist derart, dass unter Anwendung der erwähnten Gasgeschwindigkeit immer ein ausgedehntes Bett beibehalten wird. Durch diese Arbeitsweise wird in der gleichen Zeit im wesentlichen das ganze in dem Koksofengas enthaltene Äthylen von der Aktivkohle aufgenommen und mit ihr abgeführt. Die fein verteilte Aktivkohle, welche am Boden des Kessels ständig abgezogen wird, wird kontinuierlich von oben in einen Abscheidekessel eingegeben, durch den von unten nach oben ein Dampfstrom mit einer Temperatur von 300° und einer Geschwindigkeit von 8 cm pro Sek. geleitet wird, wodurch in ihm ein siedendes Bett aufrecht erhalten wird. Die den Abscheidekessel verlassenden Gase werden abgekühlt, um den in ihnen enthaltenen Wasserdampf zu kondensieren. Die Gase enthalten 39,6 Volumenprozent Äthylen. Von dem Boden des Adsorptionskessels wird kontinuierlich fein verteilte Aktivkohle abgezogen und in einen dritten Kessel übergeleitet, wo man sie abkühlen lässt und worauf sie dann wieder in den Adsorptionskessel eingegeben werden kann.

Claims (8)

1.) Verfahren zur Abscheidung und Gewinnung von adsorbierbaren Bestandteilen aus Gasgemischen mit Hilfe von Adsorptionsmitteln unter Anwendung getrennter Kessel für die Adsorption und Austreibung, wo- bei das Adsorptionsmittel aus dem einen Kessel in den anderen übergeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der Adsorptions- und/oder der Austreibungsstufe das Adsorptionsmittel durch den Gasstrom im Zustand eines fließenden Bettes gehalten wird, wobei ein Mitreißen des Adsorptionsmittels durch den Gasstrom verhindert wird und wobei während des Überführens des Adsorptionsmittels aus dem einen Kessel in den anderen zwischen den Adsorptions- und Austreibungsstufen ein mitreißender Strom verhindert wird.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Adsorptionsmittel Aktivkohle, Silikagel oder Aluminiumoxydgel verwendet wird.

3.) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass während der Adsorptionsstufe des Adsorptionsmittelbett in einem ausgedehnten Zustand gehalten wird.

4.) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass während der Adsorptionsstufe die Gasgeschwindigkeit nicht wesentlich höher ist als das Minimum, welches zur Aufrechterhaltung des Adsorptionsmittels in Form eines ausgedehnten Bettes erforderlich ist.

5.)Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während der Austreibungsstufe das Adsorptionsmittel in einem siedeartigen Zustand gehalten wird.

6.) Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf die Gewinnung von Äthylen aus gasförmigen Mischungen, wobei als Adsorptionsmittel vorzugsweise Aktivkohle dient.

7.) Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Äthylen aus der Aktivkohle durch Anwendung eines Dampfstromes mit einer Temperatur von mindestens 200° bei Atmosphärendruck ausgetrieben wird.

8.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Austreibung das Adsorptionsmittel gekühlt wird.