DE3039604C2 - - Google Patents
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
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Description
Die Erfindung betrifft Verfahren zum Abtrennen der Spaltedelgase
Xenon und Krypton aus Abgasen kerntechnischer
Anlagen
und eine Kolonnenanordnung zur Durchführung des Verfahrens
nach Anspruch 1 gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1
beziehungsweise 6.
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Kolonnenanordnung
sind aus der DE-OS 28 31 564 bereits bekannt.
Zur Spaltedelgasabtrennung aus dem Auflöserabgas von
Wiederaufarbeitungsanlagen wurden (bzw. werden) kryogene,
adsorptive und absorptive Verfahren entwickelt. Der
Nachteil der kryogenen Verfahren ist, daß sie unter
Druck arbeiten, große Mengen an Spaltkrypton akkumulieren
und eine komplexe und aufwendige Vorreinigung
der Abgase erfordern. Das verschlechtert die Sicherheit
und Betreibbarkeit der kryogenen Anlagen. Die adsorptiven
Verfahren arbeiten diskontinuierlich und erfordern bei
geringer Kr-Akkumulation eine außerordentlich häufige
Betätigung von störungsanfälligen Ventilen.
Die Entwicklung eines Absorptionsverfahrens zur Spaltedelgasabtrennung
im Technikum-Maßstab erfolgt lediglich
in Oak Ridge/USA. Das Verfahren verwendet Cl₂CF₂ als
Absorptionsmittel und ist in der DE-OS 28 31 564 genauer
beschrieben.
Das Verfahren trennt Xe und Kr gemeinsam ab. Da die Menge
an Spaltxenon etwa das Zehnfache der Spaltkryptonmenge
beträgt, muß zum Erreichen eines wirtschaftlich kleinen
Endlagervolumen (und zur evtl. kommerziellen Nutzung
des bereits inaktiven Spaltxenons) das Xe in einem
weiteren Prozeßschritt abgetrennt werden.
Für das Verfahren nach der DE-OS 28 31 564 sind höhere Betriebsdrücke
vorgesehen.
Es werden größere Mengen an Verunreinigungen eingeschleppt.
Diese werden anschließend aus dem Cl₂CF₂-Absorptionsmittel
durch Rektifikation entfernt.
Wegen des hohen Betriebsdruckes wurden die niedrigsten
Betriebstemperaturen zu -32°C gewählt.
Das Kr wird an einer bestimmten Stelle der Kolonne akkumuliert
und dort diskontinuierlich entnommen.
Dieses Verfahren hat bei der Abtrennung des Spaltkryptons
aus dem Auflöserabgas von Wiederaufarbeitungsanlagen folgende
Nachteile:
Ein Druckbetrieb stellt gerade im kerntechnischen Bereich
ein hohes Sicherheitsrisiko dar, da bei einer
Leckage das akkumulierte, radioaktive Inventar freigesetzt
werden kann. Zur Begrenzung des Sicherheitsrisikos
sind deshalb teure zusätzliche Maßnahmen erforderlich.
Darüber hinaus wird ein Abgaskompressor benötigt.
Zur Abtrennung des Xe vom Kr wurde das Ausfrieren des Xe
in Kühlfallen entwickelt. Dieser Prozeß hat den Nachteil
der Diskontinuität und einer hohen Kontamination des ausgefrorenen
Xe mit radioaktivem Spaltkrypton, so daß
weitere Reinigungsschritte nötig sind, die unter komplizierenden
und verteuernden Strahlenschutzmaßnahmen
durchgeführt werden müssen. Es ist wesentlich komplizierter
die einmal eingeschleppten Verunreinigungen
wieder aus dem Absorptionsmittel, z. B. durch prozeßintegrierte
Rektifikation, zu entfernen, als sie bereits
vorher auszufrieren. Durch die höhere als notwendige
Betriebstemperatur der Edelgaswäscher wird
zwar die Kühlung erleichtert, was aber durch die daraus
folgende Verringerung der Trennselektivität, erhöhte
Korrosionsgefahr und den Aufwand bei der Rückgewinnung
des verdampften Cl₂CF₂ aus dem gereinigten Abgas weit
überkompensiert wird. Darüber hinaus wird durch eine
höhere Absorberbetriebstemperatur der Umwälzfluß und
damit der Energiebedarf bei der Abtrennung erhöht.
Die Stelle der Kolonne, wo das Kr akkumuliert und entnommen
wird, hängt von den Betriebsbedingungen, wie
z. B. der Abgasmenge, ab und muß bei schwankenden Betriebsparametern
durch zusätzliche störanfällige Meß-,
Steuer- und Regeleinrichtungen am Abzugspunkt gehalten
werden. Bei einer diskontinuierlichen Entnahme akkumuliert
zwischen den Entnahmezeiten ein etwas höheres Inventar
als bei einer kontinuierlichen Entnahme. Diese
Akkumulation ist zwar gering, erhöht die
radiolytische Zersetzung des Cl₂CF₂,
deren Produkte korrosiv wirken können, sowie die in einem
Störfall freisetzbare Aktivitätsmenge.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Kolonnenanordnung zur Durchführung dieses
Verfahrens bereitzustellen, mit welchem (mit welcher)
ohne Anwendung eines Überdruckes die Spaltedelgase
Xenon und Krypton und weitere Verunreinigungs-Bestandteile,
wie N₂O und ¹⁴CO₂ aus Abgasen kerntechnischer
Anlagen entfernt, Xe und Kr voneinander getrennt werden
können und Kr in praktisch reiner Form anfällt. Das Verfahren
soll keine größeren Kr-Inventare akkumulieren,
die im Störfalle zu einer Strahlenbelastung des Betriebspersonals
und/oder der Umgebung führen könnten.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren nach Anspruch 1 und die Kolonnenanordnung nach Anspruch 6 gelöst.
Vorteilhafte Ausbildungen des Verfahrens
sind in den Unteransprüchen
2 bis 5 beansprucht.
Das vorgereinigte Abgas (3), welches bei einem normalen
Betrieb eine Temperatur im Bereich von ca. -30°C bis
ca. -60°C aufweist, wird im Kühler (6) in Abhängigkeit
der Konzentration des als kritische Auslegungskomponente
zu betrachtenden N₂O auf eine Temperatur im Bereich
von ca. -90°C (bei verhältnismäßig hoher N₂O-Konzentration)
bis ca. -125°C (bei 100 m³ Abgas/t Uran im UO₂ bei
Lösung in halbkonzentrierter HNO₃) abgekühlt. Das Cl₂CF₂
(4, 5) wird jeweils vom unteren Ende (19, 20) des unteren
Abschnittes (13, 23) der Absorptionskolonne (1, 2) zu deren
Kopf (10, 20) im Kreislauf durch einen Wärmetauscher (8, 9)
geführt.
Das beladene Cl₂CF₂ (41, 51) wird jeweils aus dem unteren
Teil (15, 25) des oberen Kolonnenabschnittes (11, 21)
abgezogen und über eine Cl₂CF₂-Leitung (42, 52)
durch den Wärmetauscher (8, 9) dem mittleren Abschnitt
(12, 22) wieder zugeführt.
In einer vorteilhaften Ausbildung der Kolonnenanordnung
ist der Wärmetauscher (8, 9) mit einer Cl₂CF₂-Leitung (42, 52)
verbunden. Die Mittel (46, 56) zum In-Kreislauf-Führen
des Absorptionsmittels sind mit einem Cl₂-CF₂-Lagertank (30)
verbunden. Zum Vermeiden eines störfallinduzierten Akkumulierens
von Verunreinigungskomponenten im Cl₂CF₂ aus dem
Abgas (3) oder Speisegas (31) ist zwischen den unteren
Abschnitten (13, 23), verbunden mit dem Lagertank (30)
eine Cl₂CF₂-Reinigungseinrichtung (60) angeordnet.
Das Verfahren ist generell für Abgase,
die bei der Auflösung von oxidischen Kernbrennstoffen
entstehen, verwendbar. Es kann aber auch für N₂O-reichere
Abgase, wie sie beispielsweise bei der Auflösung von
metallischen Brennstoffen gebildet werden, Anwendung
finden. Hierzu müssen lediglich die Verfahrensbedingungen
etwas geändert werden. Je niedriger der Partialdruck
des N₂O im Abgas ist, desto niedriger kann die Betriebstemperatur
des oberen Abschnittes (des Absorbers)
der ersten Absorptionskolonne gehalten werden. Ein
weiterer Vorteil des Verfahrens ist
darin zu sehen, daß sie selektive Absorption in Cl₂CF₂
verhältnismäßig wenig empfindlich gegenüber Verunreinigungen
ist, und daß durch die Verfahrensbedingungen
die Empfindlichkeit gegenüber Unregelmäßigkeiten im
Verlauf des Verfahrens reduziert ist. Durch die Kühlung
des Abgases vor Eintritt in den Absorber werden die
Mengen ausfrierbarer Gaskomponenten derart verringert,
daß Defrosterzyklen von 100 Stunden oder länger ermöglicht
werden. Störungen bei den Absorptionsvorgängen
können durch Abkürzung der Zyklus-Zeiten korrigiert
werden, was eine zusätzliche Online-Redundanz ergibt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Beschreibung
eines beispielhaften Versuchs und einer Figur näher
erläutert.
Die Figur zeigt in schematischer Weise ein Beispiel
einer erfindungsgemäßen Kolonnenanordnung für die Durchführung
des Verfahrens gemäß der Erfindung.
Für die Durchführung des Versuchs wurde eine Kolonnenanordnung
im Labormaßstab verwendet. Zur Vorbereitung
wurde zunächst in den Cl₂CF₂-Vorratstank (30) ein Betriebsinventar
von 4 Liter kommerziellem Cl₂CF₂ einkondensiert
und bei Temperaturen einige Grad unterhalb
des Normaldrucksiedepunktes durch eine etwa einen
Tag andauernde Umwälzung über ein Molekularsiebbett
(in der Figur nicht gezeigt) gereinigt. In die durch
Stickstoffspülung gereinigten und vorgekühlten Absorptionskolonnen
(Edelgaswäscher) 1 und 2 wurde das
vorgereinigte Betriebsinventar von jeweils knapp 2 Liter
Cl₂CF₂ eingespeist. Die Umwälzpumpen 47 und 57 (es wurden
magnetgekuppelte Zahnradpumpen verwendet) wurden mit
Hilfe von Rotametern (in der Figur nicht gezeigt) auf
einen Umwälzfluß von 4 Liter pro Stunde eingestellt.
Dieser Wert garantiert noch einen ausreichenden Abstand
vom Flutpunkt der Kolonnen. Danach wurden die
Wärmetauscher 8, 9, die Durchlaufheizeinrichtungen 43,
53, 49, 59, 45, 55 und die Kühlvorrichtungen 6, 7, 38, 39, 44 und 54 in Betrieb genommen (die Kühlvorrichtung 62 war
selbstverständlich von Anfang an in Betrieb) und bis
zur Einstellung der gewünschten Temperaturgleichgewichte
der Umwälzfluß nachgeregelt und anschließend
während der mehrtägigen Versuchsdauer nicht mehr verändert.
Die dabei beobachteten Schwankungen der Rotameteranzeigen
lagen bei ±0,5 Liter pro Stunde. Die
elektrischen Heizleistungen der Durchlaufheizeinrichtungen
in den mittleren Kolonnen-Abschnitten 12, 22, d. h.
in den Fraktionator-Zonen, und in den unteren Kolonnen-
Abschnitten 13, 23, d. h. in den Entgaser-Zonen, wurde
aus dem Umwälzfluß und aus der bekannten Verdampfungswärme
des Cl₂CF₂ unter Berücksichtigung der Isolationsverluste
(die Isolation der Kolonnen war nicht optimal, es wurden
6 bis 16 cm Polyurethan-Hartschaum als Umhüllung verwendet)
berechnet und über ein in der Figur nicht
gezeigtes Wattmeter eingestellt, sowie beim anschließenden
Versuchsbetrieb mit Gaslast (Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens) anhand der gaschromatographisch
gemessenen Zusammensetzung der abgetrennten
Xenon- und Krypton-Rohprodukte und der Reingasseite
leicht nachjustiert.
An Stelle eines echten Abgases 3 wurde ein simuliertes
Speisegas 31 verwendet, das einmal aus sogenannter
synthetischer Luft (Luft ohne CO₂-Anteil) und ein
anderes Mal aus CO₂-enthaltender Umgebungsluft bestand,
der verschiedene Mengen Xenon, Krypton bzw. N₂O zugemischt
wurden. Die Flußmessung erfolgte für jede Abgaskomponente
getrennt über in der Figur nicht dargestellte
Rotameter. Die Genauigkeit des Gesamtflusses betrug etwa
±5%. Der gesamte Speisegasfluß betrug 120 Normalliter
pro Stunde und enthielt maximal 3 Vol.-% Xenon, 3 Vol.-%
Krypton, 3 Vol.-% N₂O und maximal 350 vpm CO₂. Edelgase,
N₂O und CO₂ (Umgebungsluft) wurden erst eingespeist,
nachdem die Anlage mit synthetischer Luft auf konstante
Betriebsbedingungen eingeregelt war. Vor dem Eintritt
in den Xenon-Wäscher 1 wurde das Speisegas 31 in einem
Schlangenkühler 6 auf -90°C abgekühlt, um ausfrierbare
Verunreinigungen zu entfernen. Danach wurde das Speisegas
31
an der Stelle 14 im unteren Teil 15 des Absorbers
11 eingeleitet und im Gegenstrom im gepackten Absorber
mit dem nach unten fließenden Absorptionsmittel 4 in
Kontakt gebracht. Die nun hauptsächlich mit Xenon, N₂O
und CO₂ beladene Flüssigkeit 41 wurde am unteren Ende
des Absorbers aus der Kolonne 1 entnommen und über eine
Cl₂CF₂-Leitung 42, die bei dem vorliegenden Versuch als
Siphon ausgebildet war und in ihrem aufsteigenden Teil
den Wärmeaustauscher 8 und eine Heizvorrichtung 43 enthielt,
abgeleitet und an der Stelle 48 des Fraktionators
12 in diesen wieder eingeführt. Die mittlere Temperatur
im Absorber betrug -80° ± 6°C. Durch die Erwärmung des
beladenen Cl₂CF₂ im Wärmetauscher 8 und in der Heizvorrichtung
43, sowie durch die Heizleistung der Heizvorrichtung
49
unterhalb der Packung 40 im Fraktionator
stieg die mittlere Temperatur im Fraktionator 12 auf
-30°±1°C an. Die Heizleistung der Vorrichtung 49
wurde so eingestellt, daß eine Nettosiederate von 3±1%
des Umwälzflusses aus dem Cl₂CF₂ verdampfte und die Restmengen
Kr, N₂ und O₂ aus dem beladenen Cl₂CF₂ desorbierte
und abtrennte. Praktisch das gesamte Krypton, N₂ und
O₂ wurde so aus der Absorptionskolonne 1 über die Gasleitung
34 in die Absorptionskolonne 2, den Krypton-Wäscher,
überführt. Das nur noch mit Xenon, N₂O und CO₂
beladene Cl₂CF₂ wurde am unteren Ende des Fraktionators
12 ebenfalls mit einem Siphon 16 in den Entgaser 13 gefördert
und dort im Gegenstrom mit Cl₂CF₂-Dampf, der mit
Hilfe einer Heizvorrichtung 45 mit einer Nettosiederate
von 15±2% des Umwälzflusses des Cl₂CF₂ erzeugt wurde,
innerhalb des gepackten Teiles des Entgasers in Kontakt
gebracht. Der Cl₂CF₂-Dampf strippte Xe, N₂O und CO₂ aus
der Flüssigkeit heraus, d. h. die Gase wurden desorbiert,
im oberen Teil 17 des Entgasers 13 mit Hilfe einer Kühleinrichtung
44 gekühlt und an der Stelle 18 am Kopf des
Entgasers 13 aus dem Xenon-Wäscher 1 abgeführt.
Die Reindarstellung des Xenon kann auf bekannte Weise
durch Ausfrieren der Beimengungen an CO₂ und N₂O erfolgen.
CO₂ kann auch aus dem Xenon mit Hilfe einer
NaOH-Lösung ausgewaschen werden bis zu Konzentrationen
weit unter 1 vpm im Xenon (vpm=Anzahl Volumenteile pro Million).
Das am unteren Ende 19 des Entgasers 13 angekommene
Cl₂CF₂ wurde über eine Pumpe 47 und die Leitung 46 unter
Durchfluß des Wärmetauschers 8 und der Kühlvorrichtung
38 wieder zurück zum oberen Ende 10 des Absorbers im
Kreislauf geführt und wiederverwendet.
Um einen bestimmungsgemäßen Betrieb des abmessungsgleichen
Krypton-Wäschers 2 bei der eingestellten Absorbertemperatur
von -85°C zu erreichen, konnten nur
rund 20 bis 25% des vom Xenon, N₂O und CO₂ befreiten
Gases aus dem Xenon-Wäscher 1 eingespeist werden. Dies
ist jedoch nur auf die geringen Abmessungen der Laborkolonnenanordnung
zurückzuführen und nicht verfahrensspezifisch.
Die gesamte Gasmenge ließe sich nämlich
auf einfache Weise entweder durch entsprechende Erniedrigung
der Absorbertemperatur im Krypton-Wäscher 2
oder durch Vergrößerung der Kolonne 2 und damit des
Umwälzflusses und der Heizleistungen erreichen. Das
Speisegas 32 für den Krypton-Wäscher 2 wurde nach Abkühlen
auf -85±5°C in der Kühlvorrichtung 7 an der
Stelle 24 im unteren Teil 25 des Absorbers 21 eingebracht
und im Gegenstrom durch den gepackten Absorber
zu dem Absorptionsmittel 5 geführt, wobei Krypton und
eine geringe Menge N₂ und O₂ absorbiert wurden. Am
Kopf des Absorbers 21 wurde das befreite Abgas 33 (=Reingas) abgeführt
und konnte in den Schornstein (in der Figur
nicht aufgeführt) geleitet werden. Die beladene Absorptionsflüssigkeit
51 wurde aus dem unteren Teil 25
des Absorbers 21 abgeführt und mit Hilfe einer Leitung
52, die im vorliegenden Falle als Siphon ausgebildet
war und in ihrem aufsteigenden Teil mit einem Wärmetauscher 9
und einer Heizeinrichtung 53 versehen war,
an der Stelle 58 im Fraktionator 22 in diesen eingeführt.
Die Abtrennung der Reste N₂ und O₂ vom Krypton
erfolgte durch Cl₂CF₂-Dampf, der durch die Heizeinrichtung 59
unterhalb der Packung 50 im Fraktionator erzeugt
wurde. Die Absorption des Krypton im Cl₂CF₂ blieb
erhalten und dieses wurde mit Hilfe eines Siphons 26
aus dem unteren Teil des Fraktionators 22 in den Entgaser 23
transportiert. Bei bestimmungsgemäßem Betrieb
ergab sich eine Nettosiederate von 0,9±0,5% des Umwälzflusses
des Cl₂CF₂ im Fraktionator 22. Zur Desorption
und Gewinnung des Kryptons wurde mit Hilfe der Heizeinrichtung 55
im unteren Teil des gepackten Entgasers 23
Cl₂CF₂-Dampf erzeugt mit einer Nettosiederate von 6±2%
des Umwälzflusses. Der Cl₂CF₂-Dampf strippte das Krypton
aus der Flüssigkeit, welches nach Kühlung in der Kühlvorrichtung 24
im oberen Teil 27 des Entgasers 23 an der
Stelle 28 im Kopf des Entgasers in praktisch reiner Form
austrat.
Die angegebenen Standardabweichungen sind durch die
Korrektur der am Wattmeter (in der Figur nicht dargestellt)
eingestellten Bruttoheizleistung durch die experimentell
nicht mit großer Genauigkeit zugänglichen Wärmeübergängen
durch die Isolation bedingt. Unter anderem wurde
eine verhältnismäßig lange Zeit zur Einstellung des
Temperaturgleichgewichts in der Isolation benötigt.
Die Betriebsbedingungen und die Versuchsergebnisse
sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt.
Claims (7)
1. Verfahren zum Abtrennen der Spaltedelgase Xenon und
Krypton aus Abgasen kerntechnischer Anlagen, insbesondere
aus dem Auflöserabgas einer Wiederaufarbeitungsanlage
für bestrahlte Kernbrenn- und/oder Brutstoffe,
bei welchem das vorgereinigte, von
Aerosolen,
NOx, CO₂, Wasserdampf, Jod, RuO₄
praktisch vollständig befreite und im wesentlichen
nur noch Xe, Kr, N₂O, O₂, N₂ sowie geringe Mengen
(im ppm-Bereich) CO₂ enthaltende Abgas
- a) im Gegenstrom mit flüssigem Difluordichlor-methan (Cl₂CF₂) als Absorptionsmittel in Kontakt gebracht wird, wobei Xe, Kr, N₂O und CO₂ sowie geringe Mengen O₂ und N₂ absorbiert werden,
- b) die Absorptions-Flüssigkeit zur fraktionierten Desorption der absorbierten Gase auf Siedetemperatur des Cl₂CF₂ erwärmt und ein Teil der Absorptions- Flüssigkeit hierbei verdampft wird,
- c) die Spaltedelgase durch Kondensation des Absorptionsmitteldampfes von diesem abgetrennt werden und
- d) das von den absorbierten Gaskomponenten befreite und wieder kondensierte Cl₂CF₂ im Kreislauf gefahren und wiederverwendet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
- e) das Abgas einem ersten Absorptionsvorgang bei Normaldruck oder unterhalb desselben zugeführt wird, bei welchem Xe, Kr, N₂O, CO₂ sowie geringe Mengen O₂ und N₂ vom flüssigen Cl₂CF₂ absorbiert werden, danach das beladene Absorptionsmittel auf eine Temperatur, die dem Siedepunkt bei dem zugehörigen Betriebsdruck entspricht, erwärmt wird, wobei Kr sowie der absorbierte O₂ und N₂ desorbiert werden und gemeinsam mit dem O₂- und N₂-Anteil des Abgases von den im Cl₂CF₂ noch absorbierten Gasen Xe, N₂O und CO₂ getrennt und abgeleitet werden,
- f) das nur noch mi Xe, N₂O und CO₂ beladene Cl₂CF₂ erneut auf eine Temperatur, die dem Siedepunkt bei dem zugehörigen Betriebsdruck entspricht, erwärmt wird, wobei Xe, N₂O und CO₂ desorbiert werden, durch Abkühlen des Gasgemisches das Cl₂CF₂ kondensiert und so von den Gasen Xe, N₂O und CO₂ abgetrennt wird und die desorbierten Gase gemeinsam abgeleitet werden,
- g) das abgeleitete Gasgemisch aus Schritt e), bestehend aus Kr, N₂ und O₂, nach Kühlung einem zweiten Absorptionsvorgang bei Normaldruck oder unterhalb desselben zugeführt wird, bei welchem Kr und geringe Mengen O₂ und N₂ vom flüssigen Cl₂CF₂ absorbiert werden, danach das beladene Absorptionsmittel auf eine Temperatur, die dem Siedepunkt bei dem zugehörigen Betriebsdruck entspricht, erwärmt wird, wobei praktisch die ganze Menge N₂ und O₂ in das gereinigte Abgas, bestehend aus N₂ und O₂ geführt und dieses abgeleitet wird,
- h) das nur noch mit Kr beladene Cl₂CF₂ auf eine Temperatur, die dem Siedepunkt bei dem zugehörigen Betriebsdruck entspricht, erwärmt wird, wobei das Kr desorbiert wird, durch Abkühlen das Cl₂CF₂ kondensiert und so vom Kr abgetrennt wird, das desorbierte Kr in praktisch reiner Form gewonnen wird und
- i) das in den Schritten f) und h) kondensierte Cl₂CF₂ zur Absorption in den Schritten e) bzw. g) wiederverwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß
- j) das vorgereinigte Abgas (3) in einem Kühler (6) auf eine Temperatur unterhalb der niedrigsten Betriebstemperatur im darauffolgenden Gegenstromabsorptions- Verfahrensschritt, jedoch oberhalb der N₂O-Verflüssigungstemperatur abgekühlt wird,
- k) das abgekühlte Abgas als Speisegas (31) kontinuierlich in eine erste in drei Abschnitte (11, 12, 13) unterteilte Absorptionskolonne (1), und zwar an einer Stelle (14) im unteren Teil (15) des oberen Abschnittes (Absorber 11), eingeleitet und im Gegenstrom zu dem lediglich aufgrund der Schwerkraft von oben nach unten fließenden Absorptionsmittelk Cl₂CF₂ geführt wird, wobei Xe, N₂O und CO₂, sowie Kr und die kleine Mengen an N₂ und O₂ absorbiert werden und mit dem Cl₂CF₂ (4) in den mittleren Abschnitt (12) transportiert werden,
- l) das in den mittleren Abschnitt (Fraktionator 12) eintretende, beladene Cl₂CF₂ (41) auf oder auf nahezu den Siedepunkt des Cl₂CF₂ erwärmt wird und zunächst nur ein solcher Anteil der Flüssigkeit in die Dampfform überführt wird, der in der Kolonne ein Dampf-Zu- Flüssigkeit-Volumen-Flußverhältnis erzeugt, das größer ist als der Verteilungs-Koeffizient Kr (Gas) zu Kr (Flüssigkeit) und kleiner ist als der Verteilungs-Koeffizient Xe (Gas) zu Xe (Flüssigkeit), wobei die absorbierten Gase Kr, N₂, O₂ mit dem Cl₂CF₂-Dampf in den oberen Abschnitt (11) und somit in das Speisegas zurückgeführt (gestrippt) werden, und Kr, N₂ und O₂ während der durch Abkühlung erzwungenen Kondensation des Cl₂CF₂-Dampfes vom Absorptionsmittel desorbiert und abgetrennt werden,
- m) die desorbierten Mengen Kr, N₂ und O₂ mit dem von Xe N₂O und CO₂ befreiten Speisegas (32) über Kopf der Absorptionskolonne (1) einer zweiten, ebenfalls in drei Abschnitte (21, 22, 23) unterteilten Absorptionskolonne (2), und zwar an einer Stelle (24) im unteren Teil (25) des oberen Abschnittes (21) nach Abkühlen in einem Kühler (7) auf eine Temperatur, die der des Kühlens (6) entspricht oder darunter, zugeleitet und im Gegenstrom zu dem auf gleiche Temperatur befindlichen Cl₂CF₂ (5) geführt werden, wobei Kr und geringe Mengen N₂ und O₂ wieder absorbiert werden,
- n) das nur noch mit Xe, N₂O und CO₂ beladene, durch den mittleren Abschnitt (12) der ersten Absorptionskolonne (1) fließende Cl₂CF₂ über einen Siphon (16) in den unteren, vom mittleren gasseitig getrennten Abschnitt (Entgaser 13) eingeleitet wird, durch weitere Wärmezufuhr ein solcher Anteil der Flüssigkeit in die Dampfform überführt wird, der in der Kolonne ein Dampf-zu-Flüssigkeit-Volumen-Flußverhältnis erzeugt, das größer ist als die Verteilungs- Koeffizienten von Xe (Gas) zu Xe (Flüssigkeit), N₂O (Gas) zu N₂O (Flüssigkeit) und CO₂ (Gas) zu CO₂ (Flüssigkeit), die absorbierten Gase Xe, N₂O und CO₂ mit dem Cl₂CF₂ Dampf ohne Akkumulation in den oberen Teil (17) des unteren Abschnitts (13) gebracht (gestrippt) werden, der Cl₂CF₂-Dampf dort durch Abkühlung kondensiert wird, wobei Xe, N₂O und CO₂ vom Absorptionsmittel desorbiert und abgetrennt werden und schließlich am Kopf (18) des unteren Kolonnen-Abschnitts kontinuierlich abgenommen werden,
- o) das in den mittleren Abschnitt (22) der zweiten Absorptionskolonne (2) eintretende, beladene Cl₂CF₂ (51) auf oder auf nahezu Siedetemperatur erwärmt wird und ein solcher Anteil der Flüssigkeit in die Dampfform überführt wird , der in der Kolonne ein Dampf-Zu-Flüssigkeit-Volumen-Flußverhältnis erzeugt, das größer ist als der Verteilungs-Koeffizient Kr (Gas) zu Kr (Flüssigkeit) und kleiner ist als der Verteilungs-Koeffizient O₂ (Gas) zu O₂ (Flüssigkeit), wobei praktisch die ganze Menge N₂ und O₂ mit dem Cl₂CF₂-Dampf in den oberen Abschnitt (21) und somit in das gereinigte Abgas (33) zurückgeführt (gestrippt) wird, und N₂ und O₂ während der durch Abkühlung erzwungenen Kondensation des Cl₂CF₂ Dampfes vom Absorptionsmittel desorbiert und abgetrennt werden und schließlich mit dem gereinigten Abgas (33) abgeleitet werden,
- p) das nur noch mit Kr beladene, durch den mittleren Abschnitt (22) der zweiten Absorptionskolonne (2) fließende Cl₂CF₂ über einen Siphon (26) in den unteren, vom mittleren gasseitig getrennten Abschnitt (23) der zweiten Absorptionskolonne (2) eingeleitet wird, durch weitere Wärmezufuhr ein solcher Anteil der Flüssigkeit in die Dampfform überführt wird, der in der Kolonne ein Dampf-Zu-Flüssigkeit-Volumen-Flußverhältnis erzeugt, das größer ist als der Verteilungs-Koeffizient Kr (Gas) zu Kr (Flüssigkeit), das Kr mit dem Cl₂CF₂-Dampf ohne Akkumulation in den oberen Teil (27) des unteren Abschnitts (23) gebracht (gestrippt) wird, dort während der durch Abkühlung erzwungenen Kondensation des Cl₂CF₂-Dampfes vom Absorptionsmittel desorbiert und abgetrennt und schließlich am Kopf (28) des unteren Kolonnenabschnitts in reiner Form kontinuierlich abgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das vorgereinigte Abgas (3), welches
eine Temperatur im Bereich von ca. -30°C bis
ca. -60°C aufweist, im Kühler (6) in Abhängigkeit
der Konzentration des
N₂O auf eine Temperatur im Bereich
von ca. -90°C (bei verhältnismäßig hoher N₂O-Konzentration)
bis ca. -125°C
abgekühlt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Cl₂CF₂ (4, 5) jeweils vom unteren Ende (19, 29)
des unteren Abschnittes (13, 23) der Absorptionskolonne
(1, 2) zu deren Kopf (10, 20) im Kreislauf durch
einen Wärmetauscher (8, 9) geführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das beladene Cl₂CF₂ (41, 51) jeweils aus dem unteren
Teil (15, 25) des oberen Kolonnenabschnitts (11, 21) abgezogen
und über eine Cl₂CF₂-Leitung (42, 52) durch
den Wärmetauscher (8, 9) dem mittleren Abschnitt (12, 22)
wieder zugeführt wird.
6. Kolonnenanordnung zur Durchführung des Verfahrens
nach Anspruch 1 mit drei jeweils in Stoffaustauschzonen
mit Mitteln zum Stoffaustausch versehenen Kolonnen-
Abschnitten (oberer, mittlerer und unterer Abschnitt),
mit einem Absorptionsmittel-Verdampfer, mit
einer der Kolonnenanordnung vorgeschalteten Kühlvorrichtung
und mit Mitteln zum In-Kreislauf-Führen des
Absorptionsmittels,
dadurch gekennzeichnet, daß
- a) eine erste Absorptionskolonne (Xenon-Wäscher 1) über Kopf mit einer zweiten, im wesentlichen gleich ausgebildeten Absorptionskolonne Krypton-Wäscher 2) unter Zwischenschaltung einer Kühlvorrichtung (7) mittels einer Gasleitung (34) hintereinander geschaltet ist,
- b) die Absorptionskolonnen (1, 2) jeweils an den Übergängen der mittleren Abschnitte (12, 22) in die unteren Abschnitte (13, 23) gasseitig getrennt ausgebildet und jeweils mit einem den Flüssigkeitsfluß ermöglichenden Siphon (16, 26) versehen sind,
- c) jeweils zwischen dem unteren Teil (15, 25) des oberen Abschnitts (11, 21) und dem mittleren Abschnitt (12, 22) zur Überführung des beladenen Absorptionsmittels (41, 51) in den letzteren eine Cl₂CF₂-Leitung (42, 52) mit einer Heizeinrichtung (43, 53) angeordnet ist,
- d) im mittleren Abschnitt (12, 22) zusätzlich und unterhalb der Cl₂CF₂-Leitungseinmündung (48, 58) und unterhalb der Stoffaustauschzone (40, 50) eine Heizeinrichtung (49, 59) angeordnet ist,
- e) jeweils der obere Teil (17, 27) des unteren Abschnitts (13, 23) eine Kühleinrichtung (Rückfluß- Kondensator) (44, 54) und oberhalb des unteren Endes (19, 29) dieses Abschnittes eine Heizeinrichtung (45, 55) aufweist, und
- f) jede Absorptionskolonne (1, 2) mit Mitteln (46, 56) zum In-Kreislauf-Führen des Absorptionsmittels, jeweils vom unteren Ende (19, 29) des unteren Abschnitts (13, 23) zum Kopf (10, 20) des oberen Abschnitts (11, 21), ausgestattet ist und diese Mittel (46, 56) jeweils eine Pumpe (47, 57) und mindestens einen Wärmetauscher (8, 9) aufweisen.
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