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Verfahren und Vorrichtung zur Durchf³hrung langsam verlaufender chemischer
Reaktionen von Gasen mit Fl³ssigkeiten Die vorliegede Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Durch-Uhrung langqaa verlaufender ohemiwohrReaktionenT6nGemen mit Fl³ssigkeiten
unter Verwendung einer mit der Reaktionsfl³ssigkeit besufschlagten, mit B~den versehen
Kolone so-,.. t ibekawiMtmKriwfoheaitoh*Rationenvon oft, ail Fl³ssigkeiten, wie
beispielsweise die u<w<Mohung von CO2 aus @@sen mittels heider Futtsschal~sung,
in der Weise durchsuf³res, da# die aussuwaschenden Gase von unten in eine F³llk~rperkolonne
eingeleitet werden, w³hrend gleichseitig von ohen die Waschfl³ssigkeit durch die
Fullk~rperschicht herabwisselt. Bei dieses Verfahren ist die Stoff³bergangssahl
unsbhõngts von der Gasgeschwindigkeit, sie ist jedoch abh³ngig von der Bereiselungodichte
des F³llk~rperschicht. Die Stoff³hergangssahl steigt mit steigender Fl³ssigkeitsaufenthalsseit
in der F³llk~rpersdule. Daraus ergibt sich, da# eine ideale Vorrichtung zur Durchf³hrung
derartiger Reaktionen ein m~glichet gro#es 'hMSaPtieRaaktiBneinmSieht$o$e< @@
Diese
Bedingung wird jedoch von den F³llk~rpersõulen, bei doyen im Normalbetreib nur etwa
5 - 10 % des Voluments mit Fl³ssigkeit gef³llt sind, nicht erf³llt.
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Ziel der vorliegenden Erfindung wr es nun, ein Verfahren sur Durchf³hrung
langsam verlaufender chemischer Reaktionen von Gasen mit Fl³ssigkeiten zu entwickeln,
bei dem die Gase mit einem m~glichst grp#en Fl³ssigkeitsvolumen in Ber³hrung kommen.
Dies wird erfindungsgemõ# dadurch erreicht, da# die Reaktionen in einer Kolonne
durchgef³hrt werden, die mit B~den versehen ist, wie sie in der Destillier- und
Rektifisierteohnik üblioherweiee gebxteht werden, bei der die Stauh~he der einselen
B~den jedoch mehr als 200 mm, vorzugsweise mehr, als 400 mm, betrõgt. Dabei tritt
das Gas in den unteren Teil der Kolone ein, duchstr~mt die einsalen mit der Fl³ssigkeit
beaufschlagten B~den und tritt oben aus der Kolonne aus, wõhrend gleichseitig die
Fl³ssigkeit ³ber ~berlõufe von Boden zu Boden durch die Kolonne herabflie#t. h e
soloche Arbeitsweise is durchaus ³berraschand, da es keineswegs von vornherein zu
erwarten war, da# Waschkolonnen, bei denen die einselnen B~den mit derartig gro#en
Stauh~hen beaufschlagt sind, mechanisch einwandfrei arheiten k~nnen. Es war vielmehr
zu erwarten, da# in einen solches Falls die Wasehfl³ssigkeit durch die IR hindurchlõuft
und si<W smakto Stabilisierung der Statuhohe nicht erreicht werden kann.
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Die Verwendung von Kolonnenwasohem, die mit u der Destillier-und Rektifiziertechnik
bekannten Böden, wie s. B. Glocken-, Klappen-oder Ventilböden (siehe E. Kirschbaum,
Destillier-und Rektifiziertechnik, 3. Auflage, Berlin 1960) ausgestattet sind, ist
zwar an sich ebenfalls nicht mehr neu. Man hat bisher jedoch bei der Verwendung
derartiger Kolonnen für die Umsetzung von Gasen mit Flüssigkeiten die Loden aus
dem weiter oben geachlldorten Grunde mit wesentlich kleineren Stauhöhen beaufschlagt
und die Kolonnen dementsprechend ausgelegt.
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Die Vorteile des efindungsgemäßen Verfahrens bestehen einerseits darin,
da# man, bedingt durch die bessere Stoff³bergangszahl, mit Kolonnen arbeiten kann,
die einen wesentlich geringeren Raumbedarf aufweisen als die bisher angewandten
Kolonnen. Andererseits kann auf die Verwendung von F³llk~rpern verzichnet werden.
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Di ist vor allem bedeutsam, wenn das Gas mit einer alkalisch reagierenden
Fl³ssigkeit umgesetzt werden soll, wie es beispeilsweise bei der COp-Auswasohung
mit heißer Pottaschelösung der Fall ist. Die normalerweise verwandten keramischen
Püllkörper sind dabei nur sehr begrenzt haltbar und m³ssen durch teuere Stahl- oder
Kohlenstoff-F³llk~rper ersetzt werden. Der v~llige Fortfall von F³llk~rpen beim
erfindungsgemäßen Verfahren bedeutet unter diesen Umstõnden einen ganz erheblichen
wirtschaftlichen Vorteil.
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Die bisher duchgef³hrten Untersuchungen haben ergeben, da# die erfindungsgemõ#
Arbeitweise mit einem beliebigen Bodentyp durchgef
³hrt werden kann.
Besonders vorteilhaft ist jedoch die Anwendung von Siebboden. Diese zeichnen sich
durch ihre einfache Konstruktion aus. Auch entfallen beim vorliegenden Verwendungszweck
die ³blicherweise vorhandenen Vorteile anderer Bodenkonstruktionen gegenüber Siebboden.
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Das erfindungsgemõ#e Verfahren wird zweckmõ#igerweise in einer Kolonne,
wie sie in Figur 1 dargestellt ist, durchgeführt.
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Es ist jedoch nicht unbedingt an die Anwendung dieser Kolonnenkonstruction
gebunden. Innerhalb des zylinderischen Kolonnenmantels 1 sind dabei die einzelnen
Bdden 2 ³bereinander angeordnet. Diese BUden nehmen jedoch nicht den gesamten Kolonnenquerschnitt
ein, sondern weisen jeweils an einer Stelle einen freien Durchtritt auf. Sie sind
dabei so versetzt ³bereinander angeordnet, da# abwechselnd an der rechten und linken
Kolonnenseite die Uberlaufkandle 3, die jeweils von der Kolonnenwand 1 und dem ~berlaufwehr
4 begrenzt sind, gebildet werden. Durch these Uberlaufkanäle strömt die Flüssigkeit
in Richtung der Pfeile von oben nach unten. Die Stauh~he ³ber den B~den 2 wird dabei
jeweils durch die Höheneinstellung des Uberlaufwehres 4 begrenzt.
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Die dabei durch den ~berlaufkanal 3 herabfliegende Flüssigkeit tritt
dabei durch die Eintritts~ffnung 5, die durch das tuberlaufwehr 4 und das Leitblech
6 begrenzt wird, in den Stauraum des darunter liegenden Bodens ein. Die aufwärts
gerichteten Pfaile markieren die Strdmungsrichtung des Gases durch die Kolonne.
Die Bdden 2 kUnnen dabei entweder Sieb-oder Ventilböden sein. Der einfacheren Darstellung
wegen sind in den Figuren jeweils Siebbidon eingazeichnat worden.
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Figur 2 stellt einen Quarsohnitt durch die colonne dar. Aus dieser
Darstellung geht hervor, daß der Boden 2 nur im Bereich dos von dem Leitblech 6
und dem berlaufwehr 4 begrenzten Teiles des Kolonnenquerschnittes Bohrungen 7 aufweist.
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Figur-3 stellt eine Variante der erfindungsgemõ#en Vorrichtung dar.
In diesem Falle ist der Stauraum ³ber den Boden 2 durch die Einbauten 9 und 10 unterteilt.
Die. Bohrungen 7 im Boden 2 befinden sioh dabai mur lm Bereich des durch die beiden
Einbauten 9 und 10 begrenzten Rhumes. Da das Gas von unten in die in diesem Raum
befindliche Fl³ssigkeitssõule gedr³ckt wird, wirkt dieser Faum gleichsam als Mammutpumpe.
Es entsteht eine zirkulierende Str~mung, wie sie durch die Pfeile angedeutet ist.
Die daneben liegenden Rõume 11 und 12 dienen dabei als Reaktionsräume. Durch diese
Anordnung wird die Verweilzeit des Gases in der Flüssigkeit vergrößert. Die Anordnung
ist daher in all den Fallen vorgesehen, in danen eine m~glichst kleine Gasgeschwindigkeit
erw³nscht ist.
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Die nachfolgenden Beispiele sollen die erfindungsgemõ#e Arbeitsweise
noch weiter verdeutlichen.
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Beispiel 1 CO2-Abtreiber. Es treten ein: 59 m3/h K2OO3-L~sungen mit
mit Mol/l Gesamtalkali, gerechnet als K2OO3. 71 % davon liegen als Bikarbonat vor.
Im Gegenstrom zu der L~su ng treten 2650 kg/h Dampe von unten ia die Abtreibeeinrichtung
ein.
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Es tritt aus : Die gleiche Lösungsmenge mit 2 Mol/l Gesamtkali. Der
Bikarbonatgehalt betrggt nur noch 37, 5 irfo des Karbonatgehaltes. Es wurden also
59 x 2 x (0, 71-0, 375) x 22,4 = 885 NM3/h C02 abgetrieben, die zusammen mit Wasser@ampf
die Apparatur verlassen.
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Nach dem bisherigen Stand der Technik sind daf³r bei einem Abtreibedurchmesser
von 1800 mm 5 Schichten mit je 3 m Schichth~ne erforderlich, wenn als FUllmaterial
Raschigringe von 35 x 35 mm vorgesehen sind. Bei Verwendung von Steinzeug-oder Porzellan-F³llkdrpern
ist wegen der mangelhaften Alkalibestgndigkeit nur mit begrenzter Haltbarkeit zu
rechnen. Es wdren also teuerere Kohlonstoff-oder Metall-F³llk~rper als Füllmaterial
vorzusehen.
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Nach der erfindungsgemõ#en Arbeitsweise sind drei Siebbdden mit 800
mm Stauh~he und 1400 mm Bodenabstand erforderlich.
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Biespiel 2 CO2-Wescher mit Monoõthanolaminl~sung (MEA). Die Zusammen#etzung
des Gases vor und nach dem Wascher sind in der folgenden Tabelle angegeben : vor
dem Wäscher nach dem Wascher Nm3/h Nm3/h H2 1948 1948 CO 26 26 CO2 636 31 Summe
2610 2005
G@sdruck 2,5 ata Gustemperatur 40#C t 8 m3/h TA-Konzentration
200 g/1 CO2-@ufnahme 0,35 Mol CO2/Mol MEA a'''\T:i.'tai'i.crc:.'.iJ:uind::'ürdieAuswaschung
26 normale Glockenböden mit einem Bodenabstand von 40U mm und einem Durchmesser
von 1200 mm, entaprechend einer Nettohohe des Kolonne von 26 x 0,4 = 10, 4 m erforderlich.
Der Druckverlust b@ t scrõgt 0, 15 at.
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Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Kolonne und der eriindungsgemõ#en
Arbeitsweise gentigen 2 B~den mit einem Durchmesser von 1200 mm, einer Stauhöhe
von 1200 mm und einem Bodenabstand von 1800 mm. Damit ist die Nettohöhe der Kolonne
3, 6 m. Der Druckverlust beträgt 0, 15 at.
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. Beispiel 3 Senkung des Druckverlustec f³r Belastungen nach Beispiel
2.
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Bei Erh~hung des Durchmeeaers der erfindungagemäßen Kolonne auf 1700
mm kann die Stauhöhe auf 600 mm gesenkt werden. Der Druckverlust sinkt dann auf
0,08 at.