DE1266731B - Vorrichtung zum Abtrennen von gasfoermigen Komponenten aus Gasgemischen - Google Patents
Vorrichtung zum Abtrennen von gasfoermigen Komponenten aus GasgemischenInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. CL:
BOId
Deutsche Kl.: 12 e-3/03
Nummer: 1266 731
Aktenzeichen: S 89019 IV c/12 e
Anmeldetag: 11. Januar 1964
Auslegetag: 25. April 1968
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abtrennen von gasförmigen Komponenten aus Gasgemischen,
insbesondere zur Verminderung oder Konstanthaltung des Gehaltes einer Gaskomponente
in Gasgemischen mit Hilfe flüssiger, im Kreislauf zirkulierender Absorptionsmittel, bestehend aus
mindestens einem Absorptionsturm, aus mindestens einem zur Regenerierung des Absorptionsmittels
verwendeten Desorptionsturm und aus einer Pumpe zur Kreislaufführung der Absorptionsmittels, wobei
im unteren Teil der Absorptions- und Desorptionstürme ein von der auf den erforderlichen Förderdruck
gebrachte Flüssigkeit durchströmter Düsendoppelboden angeordnet ist, der Förderdüsen zur Ansaugung
des Gasgemisches bzw. des Desorptionsgases durch das in die Türme im Gleichstrom mit diesen Gasen
eingeführte Absorptionsmittel enthält und wobei in den Raum zwischen den beiden Böden eine Zuleitung
für das Gasgemisch bzw. das Desorptionsgas einmündet.
Ziel der Erfindung ist es, insbesondere eine einfache und im Betrieb leicht zu überwachende Apparatur
von geringerem Raumbedarf als demjenigen der bisher bekannten Vorrichtungen zu verwenden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sich mindestens ein Absorptionsturm und mindestens ein Desorptionsturm mit je
einem Düsendoppelboden sowie die Pumpe in einem geschlossenen Behälter befinden, daß in diesem ein
Absorptionsmittelraum vorhanden ist, der die Absorptions- und Desorptionstürme mindestens teilweise
umgibt und mit ihnen über einen Gasraum in Verbindung steht, wobei durch eine in den Absorptionsmittelraum
hineinragende Wand der Gasraum in einen dem Absorptionsturm und in einen dem Desorptionsturm
zugeordneten Raum getrennt ist, und daß die Saugseite einer Pumpe mit dem Absorptionsmittelraum
und die Druckseite der Pumpe mit den Unterseiten der Düsendoppelböden verbunden ist.
Während des Betriebes zirkuliert das Absorptionsmittel in zwei über eine gemeinsame Pumpe verbundenen
Kreisläufen einerseits durch den Absorptionsturm und andererseits durch den Desorptionsturm derart,
daß das aus dem Absorptionsturm und das aus dem Desorptionsturm entströmende Absorptionsmittel gemeinsam
von der Pumpe angesaugt und auf den erforderlichen Förderdruck gebracht werden und daß
anschließend vom Gemisch ein Teil die Förderdüsen zur Ansaugung des Gasgemisches durchströmt, wobei
darauf dieser Teil des Absorptionsmittels zusammen mit angesaugtem Gasgemisch in den Absorptionsturm gelangt und oben wieder herausgeführt wird, daß
Vorrichtung zum Abtrennen von gasförmigen
Komponenten aus Gasgemischen
Komponenten aus Gasgemischen
Anmelder:
Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft,
Winterthur (Schweiz)
Vertreter:
Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,
4000 Düsseldorf, Lindemannstr. 31
Als Erfinder benannt:
Dr. Fortunat Hartmann, Zürich (Schweiz)
Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 20. Dezember 1963 (15 557)
der andere Teil des Gemisches Förderdüsen zur Ansaugung eines Desorptionsgases durchströmt und
darauf zusammen mit angesaugtem Desorptionsgas in den Desorptionsturm gelangt und oben wieder
herausgeführt wird.
Ein Anwendungsfall der Erfindung ist die Auswaschung von Kohlendioxyd aus einem Gasgemisch,
insbesondere aus einem Lagerungsraum für Früchte, wobei z. B. als Absorptionsmittel Pottasche und als
Desorptionsgas Frischluft verwendet wird. Doch kann die erfindungsgemäße Vorrichtung allgemein auf dem
Gebiet der chemischen Verfahrenstechnik angewendet werden, beispielsweise auch bei chemischen Kreisprozessen.
Bekanntlich liegt die Möglichkeit einer Abtrennung einer Gaskomponente aus einem Gemisch
in der Existenz passender Absorptionsmittel. Dabei wird der Grad der Erniedrigung einer Gaskomponente
in einem Gasgemisch im wesentlichen von der Verfahrensweise, von der Art bzw. der Konzentration
des verwendeten Absorptionsmittels, der Verfahrenstemperatur und dem Verfahrensdruck sowie
dem Wirkungsgrad der verwendeten Absorptionsvorrichtungen bestimmt.
Es ist im allgemeinen in der Praxis üblich, Absorptions- und anschließende Desorptionsverfahren
als sogenannte Gegenstromverfahren auszuführen. Zwar ist der Absorptionsmittelumlauf dieser Verfahren
relativ gering, jedoch erfordern die hierbei meistens
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3 , ' 4
verwendeten Füllkörpersäulen auf Grund ihres großen gemisch mit Hilfe einer !.normalen wäßrigen Pott-Volumens
einen entsprechend großen Gebäuderaum. aschelösung; in
Bei großer Säulenhöhe wird viel Energie für das Um- F i g. 4 ist eine vorteilhafte Ausführungsform einer
pumpen des Absorptionsmittels verbraucht. Die erfindungsgemäßen Vorrichtung im Schnitt dargestellt,
Kosten der Füllkörpersäulen sind bekanntlich meistens 5 während
hoch, und auf Grund des großen Gewichtes sind solide F i g. 4 a eine Querschnitt durch die Vorrichtung
Fundamente erforderlich. Da der gasseitige Strömungs- längs der Schnittlinie IV-IV zeigt,
widerstand der Füllkörpersäulen beträchtlich ist, In der in F i g. 1 dargestellten Gegenstromanlage,
kann auch der Energieverbrauch für das Durchpressen die mit einer Anlage, in der die erfindungsgemäße
oder -saugen des Gases bedeutend werden. Außerdem io Vorrichtung verwendet werden kann, vergleichbar ist,
sind bei diesen Verfahren häufig zusätzliche Kühl- wird ein Gasgemisch — im Ausführungsbeispiel mit
und Heizeinrichtungen für das Absorptionsmittel Kohlendioxyd angereichertes Gasgemisch — von
erforderlich. einem Gebläse 1 z. B. aus einem Lagerungsraum für
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht die Früchte durch einen Absorptionsturm 2 — z. B. durch
wirtschaftliche Durchführung von Verfahren zum 15 eine Füllkörpersäule — gefördert, in welchem eine
Abtrennen von Gaskomponenten aus Gasgemischen, Kohlendioxydauswaschung mittels einer als Abinsbesondere
für diejenigen Fälle, wo der Gehalt einer sorptionsmittel dienenden Pottaschelösung stattfindet.
Gaskomponente in einem Gasgemisch um einen be- Das mit Kohlendioxyd beladene Absorptionsmittel
stimmten Prozentsatz erniedrigt werden soll oder wo wird aus dem Absorptionsturm 2 von einer Pumpe 3
in einer in einem Raum abgeschlossenen Gasgemisch- 20 in einen Desorptionsturm 4 gefördert und nach
menge eine Gaskomponente in veränderlicher Menge erfolgter Auswaschung von Kohlendioxyd von einer
anfällt und der Gehalt dieser Gaskomponente auf Pumpe 5 wieder in den Absorptionsturm 2 gefördert,
einem konstanten Wert gehalten werden soll. Zum Transport des Desorptionsgases — im Aus-
Eine wesentliche Erkenntnis, auf der die Lösung führungsbeispiel Frischluft — dient ein Gebläse 6.
der erfindungsgemäßen Aufgabe beruht, besteht darin, 25 Bei einer Anlage zur Durchführung eines Gleiche
daß es möglich ist, mit nur einer Pumpe für den Stromverfahrens nach F i g. 2 — ebenfalls mit einer
Transport sowohl des Absorptionsmittels als auch des Anlage, die die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält,
Gasgemisches bzw. des Desorptionsgases durch die vergleichbar — werden sowohl das Gasgemisch als
Türme zu sorgen. Wie an späterer Stelle noch ein- auch das Absorptionsmittel von unten in den Abgehender
erläutert wird, wurde bei der Erfindung 30 sorptionsturm 10 eingeleitet, wobei zur Erzeugung
erstmals erkannt, daß es auf einem großen An- des erforderlichen Förderdruckes ein Gebläsen
Wendungsbereich der in der chemischen Technik bzw. eine Pumpe 12 dient. Das beladene Absorptionsanfallenden
Absorptionsprobleme ohne merkliche mittel zirkuliert ebenfalls in einem Kreislauf und wird
Verschlechterung des Wirkungsgrades des Absorptions- von einer Pumpe 13 durch einen Desorptionsturm 14
Verfahrens — d. h. ohne eine Änderung des Wirkungs- 35 gefördert, welchen es in der gleichen Strömungsgrades mit einer technischen Messung registrieren richtung wie das mit Hilfe eines Gebläses 15 in den
zu können — möglich ist, das den Absorptions- und Turm eingeleiteten Desorptionsgases durchströmt.
Desorptionstürmen entströmende Absorptionsmittel F i g. 3 zeigt schließlich — ebenfalls in schematischer
gemeinsam von einer Pumpe ansaugen zu lassen, zu Darstellung — eine Anlage zur Durchführung eines
vermischen und das Gemisch sodann verteilt wieder 40 Verfahrens der obengenannten Art mit der erfindungsin
die Absorptions- und Desorptionstürme zu fördern. gemäßen Vorrichtung. Ein Absorptionsturm 20 und
Dadurch ergibt sich aber für die praktische Aus- ein Desorptionsturm 21 werden vom Gasgemisch
führung der zugehörigen Apparatur eine wesenthche bzw. vom Desorptionsgas und vom Absorptionsmittel
Vereinfachung, da nunmehr nur noch eine Pumpe in gleicher Strömungsrichtung durchsetzt. Als einziges
überwacht werden muß. 45 angetriebenes Förderelement ist eine Pumpe 22 im
Beispielsweise kann das Absorptionsmittel in Strömungsweg des Äbsorptionsmittels angeordnet,
gleicher Menge von der Pumpe durch den Absorptions- Diese Pumpe saugt sowohl beladenes Absorptionsturm als auch durch den Desorptionsturm gefördert mittel vom Kopf des Absorptionsturmes 20 als auch
werden und in den Türmen mit einer gleich großen regeneriertes Absorptionsmittel vom Kopf des De-Gasmenge
in Stoffaustausch treten. Jedoch richtet 50 sorptionsturmes 21 vorteilhaft in gleicher Menge an
sich die mengenmäßige Verteilung des Absorptions- und bringt das Gemisch auf den erforderlichen Fördermittels
auf die Absorptions- und Desorptionstürme druck zur Einleitung einerseits in den Absorptionssowie
die durch die Düsen der Türme angesaugten turm und andererseits in den Desorptionsturm.
Gasmengen nach der Aufgabenstellung des jeweils In den Türmen sind nicht dargestellte Förderdüsen in
vorliegenden Verfahrens. 55 Art von Ejektordüsen angeordnet, durch welche das
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich an Absorptionsmittel als Treibmittel für das Gasgemisch
Hand der in der Zeichnung dargestellten und im bzw. für das Desorptionsgas strömt, so daß das Gasfolgenden erläuterten Ausführungsbeispiele. In gemisch bzw. das Desorptionsgas mit in den Ab-
F i g. 1 bis 3 sind in Prinzipschemata eine Anlage sorptions- bzw. den Desorptionsturm eingesaugt wird,
für ein vergleichbares Gegenstromverfahren, eine 60 Die Diagramme in den Fig. la bis 3a betreffen
Anlage für ein vergleichbares Gleichstromverfahren ein spezielles Ausführungsbeispiel, und zwar sei die
und eine Anlage für das in einer erfindungsgemäß aus- Aufgabe gestellt, aus einem Luftgemisch von 100 Nm3,
gebildeten Vorrichtung durchgeführte Verfahren dar- welches 5 Volumprozent Kohlendioxyd enthält, mit
gestellt; · Hilfe einer lnormalen wäßrigen Pottaschelösung
Fig. la bis 3 a zeigen die zugehörigen charakteristi- 6g 2 Volumprozent Kohlendioxyd auszuwaschen, wobei
sehen Diagramme für ein Ausführungsbeispiel, und das Absorptionsmittel mittels Frischluft regeneriert
zwar für die Kohlendioxydauswaschung aus einem werden soll. Ein wesentlicher Faktor bei der Be-5
Volumprozent Kohlendioxyd enthaltenden Gas- rechnung einer Absorptionsanlage ist, neben der Fest-
5 6
legung der erforderlichen Berührungsoberfläche der zugehörigen Diagramm F i g. 2 a abgelesenen Wert
Phasen, der Bedarf an Absorptionsmittel. In den für Ax2 = 0,05 eine Absorptionsmittelmenge
Diagrammen ist auf der Abszisse χ aufgetragen,
welches den Beladungsgrad des Absorptionsmittels τ _ 2 _ ^q 3/^
mit der löslichen Gaskomponente angibt, ausgedrückt 5 0,05
in Nm3 gelöstes Kohlendioxyd pro Kubikmeter
Absorptionsmittel. Auf der Ordinate ist y aufgetragen, Die minimale Absorptionsmittelmenge — die be-
welches das volumetrische Verhältnis der löslichen kanntlich einen Wirkungsgrad η = roder Absorptions-
Gaskomponente zum Gasgemisch bzw. das Ver- anlage erfordern würde und die mit Hilfe des aus dem
hältnis der löslichen Gaskomponente zum Desorptions- io Disgramm abgelesenen zugehörigen maximalen Ax
gas ist, ausgedrückt als Verhältnis des Partialdruckes berechnet werden kann — ergibtsichzuLOTi» = 2,5m3/h.
der löslichen Gaskomponente zum Totaldruck des Der Wert des zugehörigen A xmaa läßt sich bekanntlich
Gasgemisches bzw. des Desorptionsgases. ermitteln, wenn man die Verbindung zwischen Punktes
In allen Diagrammen ist die Gleichgewichtskurve g und dem Schnittpunkt der Gleichgewichtskurve mit
für die gestellte Aufgabe bei einer Temperatur von 15 einer durch die Ordinate 0,03 gelegten Horizontalen
etwa 4O0C eingetragen. Mit O1, a2, as sind die Arbeits- und die Verbindung zwischen Punkt D2 und dem
geraden für die Absorptionsvorgänge und mit dx, «?2>
ds Schnittpunkt der Gleichgewichtskurve mit einer durch
sind die Arbeitsgeraden für die Desorptionsvorgänge die Ordinate 0,02 gelegten Hotizontalen herstellt,
bezeichnet. ' Im Ausführungsbeispiel ist A xmax = 0,8.
Im Ausführungsbeispiel beträgt die zu absorbierende 20 Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ergibt
Menge M an Kohlendioxyd 2 Nm3/h, da die durch- sich schließlich aus dem Diagramm in F i g. 3 a ein A x3
gesetzte Gasmenge G 100 Nm3/h mit Kohlendioxyd von 0,1 oder, anders ausgedrückt, von 2 -A xz.
beladene Luft ist und eine Reduktion des Kohlen- Da bei der Erfindung das Absorptionsmittel in zwei
dioxydgehaltes von 5 auf 3 Volumprozent verlangt Kreisläufen geführt wird, die über eine gemeinsame
ist. Mit L ist die durchgesetzte Absorptionsmittelmenge 25 Pumpe miteinander verbunden sind, gilt für die
bezeichnet, y gibt den Gehalt an Kohlendioxyd in der _,, . , ,, 2L ~ . , ... r An „,,
Gasphase und χ den Gehalt an Kohlendioxyd im Gleichung M = -^. Daraus folgt fur L = 40 m»/h.
Absorptionsmittel an. Es ergibt sich hieraus, daß bei der erfindungs-
Aus der Stoffbilanz ergibt sich für gemäßen Vorrichtung im Vergleich zu einem Gleich-
M — G(v — ν ) = 4-L(x —xi) 3° stromverfanren ™t emer Anlage mit zwei Gebläsen
und zwei Pumpen die erforderliche Absorptionsmittel-
Der Index I bezieht sich auf die Zusammensetzungen menge nicht erhöht zu werden braucht. Das heißt,
an der Gaseintrittsseite, der Index II an der Gas- es kann mit der gleichen Menge der gleiche Absorptionsaustrittsseite.
Das Pluszeichen gilt für Gegenstrom, effekt erreicht werden. Jedoch weist die Erfindung
das Minuszeichen für Gleichstrom. Die Stoffbilanzen 35 demgegenüber den wesentlichen Vorteil auf, daß in
können dazu verwendet werden, die charakteristischen der Gesamtanlage nur eine Pumpe benötigt wird.
Diagramme aufzustellen, welche den Zusammen- Wenn auch die Erfindung an Hand eines speziellen
hang zwischen den Zusammensetzungen beider Phasen Beispieles erläutert worden ist, so ist die Anwendung
in jedem Zwischenstadium des Absorptions- bzw. der Erfindung — wie bereits gesagt ·— allgemein für
Desorptionsvorganges zeigen. Die Arbeitscharakteri- 40 solche Anwendungsfälle möglich, in denen die
stiken, die durch gerade Linien abgebildet werden, charakteristischen Diagramme und Gleichgewichtsweiche
für die Absorptionsvorgänge in den F i g. 1 a kurven ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel liegen,
bis 3 a durch die Punkte A1 und A1, A2 und A%', A3 so z. B. auch für die Schwefeldioxydauswaschung aus
und A? und für die Desorptionsvorgänge durch die einem Luftgemisch, mit Wasser als Absorptionsmittel.
Punkte D1 und D1, D2 und D2', D3 und D3' gehen. 45 Da bei der Erfindung sowohl in der Absorptions-Der
Deutlichkeit halber sind in den F i g. 1 bis 3 diese als auch in der Desorptionsvorrichtung Förderdüsen
Punkte ebenfalls angegeben, um zum Ausdruck zu verwendet werden, durch welche das Absorptionsbringen,
wie die Zusammensetzungen der Phasen an mittel als Treibmittel für das Gasgemisch bzw. für
den Ein- und Austrittsseiten der Türme sind. Bekannt- das Desorptionsgas strömt, und es dazu erforderlich
lieh liegen die Arbeitsgeraden für die Absorptions- 50 ist, ein Flüssigkeitsvolumen durch die Düsen durchvorgänge
stets über der Gleichgewichtskurve, während zusetzen, das mindestens in der Größenordnung von
die Arbeitsgeraden für die Desorptionsvorgänge unter- einem Sechstel, vorteilhaft von etwa einem Drittel
halb von ihr liegen. bis die Hälfte des angesaugten Gasvolumens liegt
Aus der angegebenen Gleichung läßt sich bei und außerdem dieses Verhältnis vom Flüssigkeitsgegebenen Anfangs- und Endzusammensetzungen 55 volumen zum Gasvolumen in den Türmen selbst zur
beider Phasen die notwendige Umlauf menge L an Erzeugung eines wirksamen sogenannten »Blasen-Absorptionsmittel
ermitteln. bettes«, welches ausschlaggebend für einen guten
Im Ausführungsbeispiel beträgt M — 2 Nm3/h, Stoffübergang ist, erforderlich ist, beträgt die Ab-
G = 100 Nm3/h und Ay = 0,02. sorptionsmittelmenge stets ein Vielfaches der theo-
Aus der F i g. 1 a wird für A X1 der Wert 1,48 ab- 60 retischen minimalen Absorptionsmittelmenge. Die
gelesen. Eingesetzt in die Gleichung ergibt sich eine neue Erkenntnis, die der Erfindung zugrunde liegt,
Absorptionsmittelmenge L = 1,35 m3/h. Diese relativ besteht darin, daß es dann ohne eine merkliche Vergeringe
Absorptionsmittelmenge erfordert jedoch schlechterung des energetischen Aufwandes möglich
Türme — beispielsweise Füllkörpersäulen — von ist, das Absorptions- und Desorptionsverfahren in der
einer beträchtlichen Höhe, da für einen guten Stoff- 65 beschriebenen Weise durchzuführen,
übergang große Volumina benötigt werden. In den F i g. 4 und 4 a ist eine vorteilhafte Ausfüh-
übergang große Volumina benötigt werden. In den F i g. 4 und 4 a ist eine vorteilhafte Ausfüh-
Das gleiche Ausführungsbeispiel erfordert bei einer rungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dar-
Verfahrensweise nach F i g. 2 entsprechend dem im gestellt. In einem geschlossenen Behälter 30, der
Claims (2)
1. Vorrichtung zum Abtrennen von gasförmigen
Komponenten aus Gasgemischen, insbesondere zur Verminderung oder Konstanthaltung des
Gehaltes einer Gaskomponente in Gasgemischen mit Hilfe flüssiger, im Kreislauf zirkulierender
Absorptionsmittel, bestehend aus mindestens einem Absorptionsturm, aus mindestens einem zur Regenerierung
des Absorptionsmittels verwendeten Desorptionsturm und aus einer Pumpe zur Kreislaufführung
des Absorptionsmittels, wobei im unteren Teil der Absorptions- und Desorptionstürme
ein von der auf den erforderlichen Förderdruck gebrachte Flüssigkeit durchströmter Düsendoppelboden
angeordnet ist, der Förderdüsen zur Ansaugung des Gasgemisches bzw. des
Desorptionsgases durch das in die Türme im Gleichstrom mit diesen Gasen eingeführte Absorptionsmittel
enthält und wobei in den Raum zwischen den beiden Böden eine Zuleitung für
das Gasgemisch bzw. das Desorptionsgas einmündet, dadurch gekennzeichnet,daß
sich mindestens ein Absorptionsturm und mindestens ein Desorptionsturm mit je einem Düsen-
doppelboden sowie die Pumpe in einem geschlossenen Behälter befinden, daß in diesem ein
Absorptionsmittelraum vorhanden ist, der die Absorptions- und Desorptionstürme mindestens
teilweise umgibt und mit ihnen über einen Gasraum in Verbindung steht, wobei durch eine in
den Absorptionsmittelraum hineinragende Wand (38) der Gasraum in einen dem Absorptionsturm
und in einen dem Desorptionsturm zugeordneten Raum getrennt ist, und daß die Saugseite einer
Pumpe (54) mit dem Absorptionsmittelraum und
die Druckseite der Pumpe mit den Unterseiten der Düsendoppelböden (33, 34) verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand im Gasraum
des Desorptionsturmes eine durchgehende, an den Seitenwänden des Behälters endende Auffangrinne
aufweist, wobei an den Seitenwänden eine Abflußöffnung angeordnet ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 1197 847.
Deutsche Patentschrift Nr. 1197 847.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
809 540/365 4.68 © Bundesdruckerei Berlin
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