DEP0000455DA - Verfahren zur Abscheidung und Gewinnung adsorbierbarer Bestandteile aus Gasgemischen. - Google Patents

Description

Lichterfelde-West, 11. Nov. 1948 Freiwaldauer Weg 28.

Beschreibung

zur Patentanmeldung der

Imperial Chemical Industries Limited, London SW 1,

betreffend:

Verfahren zur AblicheTdling/jiS^

Priorität England No. 14118/43 vom 30. August 1943.

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 Schwefelkohlenstosff und chlorierten^wasserstoffen 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 e&^oο- vonfKohle entstehen. Es ist bekannt, adsorbierbare Bestandteile aus diese enthal-

tenden gasförmigen Mischungen zu entfernen durch Anwendung von Adsorptionsmitteln, wie beispielsweise Holzkohle, Silikagel und Aluminiumoxydgel. Sin Beispiel für ein derartiges Verfahren ist die Entfernung von Aethylen aus loksofengas mit Hilfe von Aktivkohle. Die gasförmige Mischung wird dabei zunächst mit dem Adsorptionsmittel bei niedriger Temperatur in Berührung gebracht, wobei das a&sorbierbare Material im wesentlichen adsorbiert wird und die übrigen Gase im wesentlichen nicht adsorbiert vorübergehen. Das adsorbier^®*©· Material wird dann aus dem Adsorptionsmittel ausgetrieben, und zwar gewöhnlich dadurch, dass Dampf durch das Adsorptionsmittel geleitet wird. Das freigemachte Adsorptionsmittel wird dann ^&sß^B&&^¥-^e^r^^t- und in geeigneter Weise gekühlt, um von neuem zur Adsorption verwendet werden zu können. Ss wurde bereits vorgeschlagen, das Adsorptionsverfahren in der Weise durchzuführen, dass in ggeigneten Kesseln feststehende Betten des Adsorptionsmittels untergebracht wurden. Ss 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 Gasgeschwindigkeit 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*^

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 aus 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.

Bs wurde nun gefunden, dass sich ein verbessertes Verfahren der Abscheidung des von in gasförmigen Mischungen enthaltenen adsorbierbarem 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-

ten Teilchen um ungefähr 10$ ansteigt. In diesem Punkt nimmt das Bett der abgesonderten Teilchen~^|Mfe/iCigenschaften 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. WennvSie Gasgeschwindigkeit weiter g-e-steigert wird oberhalb des kritischen Punktes A wtrd 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 Reiktionskessels ausfüllt. Bei einer weiteren Steigerung der Gasgeschwindigkeit beginnen die das Bett darstellenden Teilchen in die Gasaustrittsleitung infolge der höheren Gasgeschwindigkeit mit über zugehen, 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 .

Gamäss der Erfindung wird ein Verfahren zur Entfernung von adsorbierbaren Bestandteilen, die in einer gasförmigen Mdschung enthalten sind, mit Hilfe von Adsorptionsmittel!!, vorgeschlagen, wobei getrennte Kessel für die Adsorption und frbslmldl 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 Adsoyptionsstufe und/oder in der At^^^^äfe^sstufe ein fliessendes Bett angewandt wird. Die Bildung eines mitreissenden Stromes während der Überführung des Adsaptionsmittels aus dem einen Kessel in^ den anderen zwischen den Arbeitsstufen der Adsorption und Afe*ÄS*te^g- 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 Adsaptionsmittels 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 wi^-är 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 GewinnungYaus^asförmlgen Mischungen mit Hilfe von Adsorptionsmitteln. Hierbei finden getrennte Gefässe für die Adsorption und A»te«ete«-täfeag Anwendung, wobei das Adsorptionsmittel aus dem einen Gefäss in das andere ü,berge£ührt wird und während der Adsorptionsstufe bezw. der Afeeeiw&iUuagBstufe oder in beiden Stufen ein fliessendes Bett des Adsorptionsmittels Anwendung findet und ein Mitreissen dieses Adsorptionsstoffes durch den Gasstrom vermieden wird.

Wenn eiryfliessendes Bett während der Adsorptions stufe Anwendung findet. ist_es zweckmässig, dafür zu sorgen, dass das Bett *€«^4iθ4eiHieft^ί©ΐifi-, wobei mit einer Gasgeschwindigkeit gearbeitet wird, die so nahe wie möglich dem Punkt ρ 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 sn der Oberseite des Bettes, mit denen das austretende Gas in Berührung kommt,

aus dem bereits der adsorbierbare Bestandteil bezw. 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, urn die wirksamste Reinigung der Teilchen zu erreichen und so eine weitgehende Entfernung des adsorbierten Materials herbeizuführen.,

Ss ist zweckmässig, dass das Adsorptionsmittel eine hohe Volumendichte besitzt und einen möglichst geringen Anteil an fein verteilten Stoffen 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 Teilchen-grösse, 1st für die praktische Arbeitsweise eine obere Grenze durch den gerade noch zu duldenden 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</adsorbiert werden soifcl^unter Anwendung von fein verteilter Aktivkohle als AdsorptionsmittelVist es unmöglich, ein siedendes Bett zE erreichen, wenn die Teilchengrösse 120/^oder kleiner '1st. In ähnlicher Weise

O.	50
2.	75
7.	00

sollte die Tiefe des Adsorptionsmittelbettes sofroch 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 durchfuhren zu können, wobei die Aktivkohle eine verschiedene Teilchengrösse besitzt. Die Gasgeschwindigkeiten wurden oberhalb des siedenden Bettes gemessen.

Bereich der Teilchengrösse Gasgeschwindigkeit om/sek.

150 - 180 u· 180 - 250 Λ' 250 - 500 _£C

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 freifliessenden Eigenschaften verlieren. Abgesehen hiervon ist es wünschenswert, den Feuchtigkeitsgehalt des Adsorptionsmittels so niedrig wie nur möglich zu halten, um den besten Wirkungsgrad des Adsorptionsmittel zu erreichen, und zu diesem Zweck wird z.weckmässig das die Ate^aeAekmgf-stufe 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, «äk^esatä· wichtige Bestandteile aus ihr entfernt worden sind.

Es wurde gefunden, dass bei Anwendung von Dampf mit einem genügenden Grad der Überhitzung das Adsorptionsmittel genügend getrocknet v/erden 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 im wesentlichen trockene von den Bestandteilen befreite Kohle erhalten werden, wenn bei Atmosphärendmck mit einem Dampf von 200⁰C 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 des Adsorptionsmittels Verwendung findet.-V/enn das Trocknen dadurch erfolgt, dass ein Gasstrom durch das Adsorptionsmittel geleitet wird, wird dieses vorteilhaft in dem Zustand eines fliessenden Bettes und zweckmässig in dem Zustand eines siedenden Bettes in dieser Stufe gehalten. Wenn das Trocknen durch Anwendung eines Gasstroms erfolgt, wird das Adsorptionsmittel vorteilhaft ebenfalls in dem Zustand eines fliessenden Bettes und vorzugsweise eines siedenden Bettes gehalten.

Die Arbeitsstufen der :M=st>rpir±OireWs1rre4-&ai^ 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 Adsorptionsmittel 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 Jam pro Sek. durch ein Bett von Aktivkohle geleitet, dessen Teilchengrösse zwischen 180 und 250 ','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 Eintrittsgas besitzt. Die Aktivkohle wird dann in einen anderen Kessel übergeleitet, durch den Dampf mit einer Temperatur von 30O⁰C und einer Geschwindigkeit von 5 cm pro Sek. durchgeleitet wird. Die den Kessel verlassenden 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 B.

Koksofengas mit einem Aethylengehalt von 1,5$ wird mit einer

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Geschwindigkeit von 6 jg pro Sek. aufwärts durch ein Bett von Aktivkohle geleitet, dessen Teilchengrösse zwischen 250 und 420 iV. liegt. Diese Aktivkohle befindet sich in einem

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Kessel_s srobei sieh das Volumen ä&r fein verteiltes infolge der angewandtmi Gtrömmgsgeschv/lndlgkett ausdehnt« Die Sasgt*seii\ädndigfe©it wurete ober&alb d®s ausgedehntes. Bettes gesseos en. Von der Oberseite des Kess^ela her wird st Sad ig neue feiB. verteilte Aktirkohle sugeftibxt nnü gleichseitig wird ..4k

kerntiniiierlleil vom Boden d©s Kessele abgase*gea» Bie ^keit äer Safialir xmä äer 'iktxüar- von 'ktivteoiile ist dass unter ,lawendang der erwähnten fesgasohwindigfeeit imm.mv eis ausgeöeiintes Bett beibehalten wird« IJurch. diese ,Irbeitaw-eise vdxd im der gleiciie-n Seit im wesentlichen das ganae in dem Kok®©feiigas enthaltene Athyluu. von der Aktivkohle aufg«noHirnen ixad mit ihr gefütirte Di6 fei» verteilte Aktivkohle, welche "<m Böden des ständig abgeEogen wirä, wird kontinuierlich von ofesn in scheidekesael elafegebea₉ durch <l©m von unten nach obea aia etrom mit eiaer T«apferatur tob 500° und einer Sesohwindigk«it tob 8 0® pro S«&. geleitet wlr-d, wodurch in ihm ein sied.end.es Bett auf« recht erlialtea wird,, Pie asm AbseiiMdungskeesel Yerlasseadea werden abg#]feüklt_s ^m d^n in ilmen enthalt<&η®Ά Wasserdrampf zm. ©ieren_e Die Saee enthalten 53?6 Volvirnemprosent /thylea. Vob ö#m Bö« äes iss Ädeorptioiislessels wird kontiiiuie.rlich feiß verteilte A kohle abgezogen und in einen dritten Sessel übergeleitet, w© man sie abkühlen lässt und worauf sie äsjffi wieöer in den Adsorptions kessel eingegeben weräea

Claims (3)

Patentanspruch©·

1.) Yerfahren bot Abseheidung \xnö Oewinnung -von adeorbierbaren £»ta2iätelles ^as Saemisoimn-gea mit Hilfe yoö Ade-orptione-aitteln getr^mter BLeeeeL filar Si© adsorption snö Amstngitoimg^ wo»

bei das Adsorptionsmittel aus des einen. Kessel in den andere» Wb®¥~ geführt wird, dadurch gelEfmnseiehnet, dass während der Adsorption®· und/oder der Austreibuagsattife das M sorptionsmittel durch den Sas· strom im Zustand, eines fliessenden Bettes gehe.lt en wird, wobei eis Mitreissen <!es Msorptioneiaittels durch &®n (Jasstroia verhindert ?;ird -und wobei wiährend des ftberführens des Adsorptionsraittels aus dem einsn Kessel in den anderen ^wi-aeiien öen 'dsorptions- und troifcungsstufen. ein mitreiseenäer Strom verhindert wird«

2·) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennaeichnet, dass als sorptionsmittel Aktivkohle* Silikagel ού@τ Alimlniumöxydgel ver wendet

3.) Verfahren nach Ansprach 1 und 2, dadurch ge&ennaeichnet, dass während der 'äsorptionsstufe das Msorptionaiaittslbett in einem ausgedehnten Zustand gehalten wird«

4e) Verfahren nach Anspruch 3_e dadurch gekäiiiüseiaimüt, dass der .M so rp ti ons stufe die iasgesohwiridigkeit jiieht wesentlloh ist als dis liTiiBit«a_s welch.ee zur Aufrechterhaltung des Adssorptiom© mittels in Fora eines ausgedehnten Bettes erforderlich

5«) Terfahren nach .faispröch 1 bis 4 ₁ d^/itu-eh gekennzeichnet, dl aas während der Austreibungsstufe das ^dsorntionsmittel in öinem al eä© artigen Sustand gehalten wirrt»

6*5 Anwendung des Verfahrens nach '-.nsprueh 1 auf die öewinnung von Ithylen aus gagföiisigen Miaohungcari, wobei als Adsorptionsmittel voraugsweise Aktivkohle dient·

7*} Verfahren nach Anspruch S₉ dadurch gekennzeichnet, dass da© Ithylen aus der Aktivkohle durch ktvnenäxmg eines Batnpfetromes mit einer Temperatur von mindestens 200° bei Atmosphärendruck trieben wird»

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