DE1004147B - Verfahren zur Kuehlung und gegebenenfalls gleichzeitiger Reinigung chlorwasserstoffhaltiger Gase - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die chlorwasserstoffhaltigen Gase, welche insbesondere zur Herstellung wäßriger Salzsäure verwendet werdten, zeigen je nach ihrer Herkunft starke Unterschiede hinsichtlich der Temperaturen, der Zusammensetzung und der Gehalte an Verunreinigungen. Beispielsweise besitzen der Chlorverbrennung entstammende chlorwasserstoffhaltige Gase beim Austritt aus dem Chlor-Wasserstoff-Brenner hohe Temperaturen und eine sehr hohe, im allgemeinen über 90 Volumprozent liegende Chlorwasserstoffkonzentration; sie sind außerdem praktisch frei von Verunreinigungen. Die chlorwasserstoffhaltigen Gase, die aus Hand- oder mechanischen öfen der Natriumsulfatherstellung stammen, besitzen ebenfalls hohe Temperaturen, unterscheiden sich jedoch von den Synthesegasen durch niedrige, im allgemeinen zwischen 15 und 60 Volumprozent liegende Chlorwasserstoffgehalte und durch merkliche Anteile an Verunreinigungen, die insbesondere in Form von Salznebeln und Schwefelsäuretröpfchen vorliegen.

Die üblicherweise angewendeten Verfahren und Apparaturen zur Kühlung chlorwasserstoffhaltiger Gase und erforderlichenfalls auch zu ihrer Reinigung sind diesen Besonderheiten angepaßt. Für die Kühlung der sehr reinen Synthesegase mit höhen Chlorwasserstoffgehalten und entsprechend niedrigem Volumendurchsatz werdten unter Verzicht auf eine besondere Reinigung im allgemeinen als Gaskühler arbeitende Rohrsysteme benutzt. Zur Kühlung der niedrigprozentigen und entsprechend große Volumina umfassenden chlorwasserstoffhaltigen Gase aus den Sulfatöfen finden ebenfalls Rohrsysteme Verwendung; wegen der großen Gasvolumina sind ihnen häufig zusätzlich ebenfalls als Gaskühler arbeitende Sandsteintürme mit großen Durchlaßquerschnitten für die Gase vorgeschaltet. Zur Reinigung der Sulfatöfen entstammenden Gase dienen z. B. Koksfilter, beispielsweise in Form zwischengeschalteter Türme oder Kammern aus keramischem Material, die mit Koksfüllkörpern ausgesetzt sind.

Es Wird auch zur Kühlung chlorwasserstoffhaltiger Gase, insbesondere wenn es sich um die Kühlung großer Volumina niedrigprozentiger Gase auf Temperaturen unter 100° handelt, in steigendem Umfange von dem Verfahren des Wärmeaustausches der heißen Gase mit gekühlten umlaufenden Flüssigkeiten, wie konzentrierter Schwefelsäure oder Salzsäure, Gebrauch gemacht. Dabei werden die Gase gleichzeitig einem Reinigungsprozeß durch Auswaschung unterworfen. Bei diesem Verfahren werden die heißen Gase in mit Füllkörpern ausgestatteten Türmen mit der gekühlten Umlaufflüssigkeit in innige Berührung gebracht. Die dabei aufgewärmte Umlaufflüssigkeit wird in nachgeschalteten Kühlern, beispielsweise Kaskadenkühlern,

Verfahren zur Kühlung

und gegebenenfalls gleichzeitiger

Reinigung chlorwasserstoffhaltiger Gase

Anmelder:

Farbwerke Hoechst Aktiengesellschaft

vormals Meister Lucius & Brüning,

Frankfurt/M.

Dr. Ernst Kolbe, Frankfurt/M-Griesheim,

und Dr. Werner Kunzer, Ludwigshafen-Friesenheim,

sind als Erfinder genannt worden

wieder heruntergekühlt, um dann dem Turm zum Zwecke des Wärmeaustausches erneut aufgegeben zu werden. Dieses Verfahren bietet im Vergleich zu einer Kühlung der chlorwasserstoffhaltigen Gase in Rohren oder Türmen, die als reine Gaskühler arbeiten, den Vorteil eines bedeutend geringeren Bedarfs an Kühlfläche, da die für ihre Bemessung maßgebenden Wärmedurchgangszahlen in Gaskühlern ganz beträchtlich unter denjenigen von Flüssigkeitskühlern liegen, Ferner erübrigt sich durch die mit dem Flüssigkeitsumlauf zwangläufig verbundene Auswaschung der Gase die Erstellung einer besonderen Apparatur für die Gasreinigung; außerdem ist die Gasreinigung mittels Auswaschung wirkungsvoller und umfassender als die Reinigung durch zwischengeschaltete Koksfilter.

Es wurde nun gefunden, daß chlorwasserstoffhaltige Gase, insbesondere solche mit hohen Inertgasanteilen, mit Vorteil gekühlt und erforderlichenfalls gleichzeitig gereinigt werden können, wenn die heißen Gase mit umlaufender Salzsäure geeigneter Zusammensetzung in unmittelbaren Wärme- und gegebenenfalls gleichzeitigen Stoffaustausch gebracht werden. Dabei erfolgt im Unterschied zu den bekannten Verfahren keine Kühlung der Umlaufflüssigkeit; es wird vielmehr die fühlbare Wärme der heißen Gase ausschließlich durch die isotherme Verdampfung kalorisch äquivalenter Mengen von Umlaufsalzsäure geeigneter Zusammensetzung abgeführt. Gegebenenfalls vorhandene Verunreinigungen werden dabei durch Auswaschung aus dien Gasen entfernt. Die chlorwasserstoffhaltigen-Gase können dabei sowohl im Gegenstrom als auch im Gleichstrom zu der beispielsweise in mit Füllkörpern ausgestatteten Türmen herabrieselrtden Umlaufsalz-

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Anwendung der isothermen Gaskühlung gänzlich ohne die Installierung von Kühlflächen durchgeführt werden.

Weiterhin bringt das Verfahren gemäß der Erfindung im Vergleich zu Verfahren, bei denen der Wärmeaustausch mit einer zu kühlenden Umlaufflüssigkeit erfolgt, den Vorteil, daß die Menge der Umlaufflüssigkeit unter vergleichbaren Betriebsverhältsäure geführt werden. Zur Gewährleistung einer iso- Der Vorteil gegenüber den bekannten Verfahren

thermen Verdampfung wird für die Umlaufsalzsäure zur Kühlung solcher Gase durch Wärmeaustausch mit eine solche Zusammensetzung und Temperatur ge- einer zu kühlenden Umlaufflüssigkeit liegt zunächst wählt, daß ihre Chlorwasserstoff- und Wasserpartial- in der Ersparnis an Kühlfläche. Denn bei dem Vordrucke mit denjenigen der gekühlten chlorwasserstoff- 5 gang der isothermen Verdampfung einer Salzsäure haltigen Gase übereinstimmen. geeigneter Konzentration entfällt gänzlich die Küh-

Sollen beispielsweise chlorwasserstoffhaltige Gase, lung der Umlaufflüssigkeit, und in der nachgeschalwelche mit 300° aus einem Sulfatofen austreten und teten Anlage für die Absorption der gekühlten chlor-Chlorwasserstoffgehalte von 27,5 Volumprozent, ent- wasserstoffhaltigen Gase ist der Kühlflächenanteil, sprechend einem Chlorwasserstoffpartialdruck von io welcher der Kondensation der isotherm verflüchtigten 208 Torr, besitzen, auf Temperaturen unter 100° ge- Dämpfe entspricht, sehr viel geringer als die Kü'hlkühlt werden, so kann dies erreicht werden dlurch die fläche, welche bei Verwendung der üblichen Verfahren bei 74° erfolgende Verdampfung von Wasser aus zur Nachkühlung der Umlaufflüssigkeit benötigt wird, einer Umlaufsalzsäure mit 28,8 Gewichtsprozent da die Wärmedurchgangszahlen im allgemeinen bei Chlorwasserstoff, die bei dieser Temperatur einen 15 der Kondensation in einer Chlorwasserstoffabsorp-Chlorwasserstoffpartialdruck von 180 Torr und einen tionsanlage beträchtlich höher sind als im Falle der Wasserdampfpartialdruck von 112 Torr hat, wobei Kühlung von Flüssigkeit gegen Flüssigkeit, wie sie eine Verminderung des Chlorwasserstoffpartialdruckes bei der Kühlung der Umlaufrlüssigkeit, beispielsweise durch Verdünnung mit der für die Kühlung der heißen in Kaskadenkühlern, vorliegt. Falls die der Kühlung Eingangsgase kalorisch äquivalenten Menge Wasser- 20 der chlorwasserstoffhaltigen Gase nachgeschaltete dampf erfolgt. Die Kühlung kann aber beispielsweise Chlorwasserstoffabsorption nach einem adiabatisch auch erfolgen durch die bei 65,2° durchgeführte Ver- arbeitenden Verfahren bewerkstelligt wird, was insdampfung von Chlorwasserstoff und Wasser in einem besondere bei chlorwasserstoffhaltigen Gasen mit Gewichtsverhältnis, das der Zusammensetzung einer hohen Inertgasanteilen zweckmäßig ist, so kann der Umlaufsalzsäure mit 30,6 Gewichtsprozent Chlor- 25 gesamte Verfahrensgang, die Gaskühlung und die wasserstoff entspricht; letztere hat bei dieser Tem- nachgeschaltete Chlorwasserstoffabsorption, bei der peratur einen Chlorwasserstoffpartialdruck von
208 Torr und einen Wasserdampfpartialdruck von
68 Torr. In diesem letzten Beispiel erfolgt eine Verminderung des Inertgasanteiles bei konstantem Chlor- 30
wasserstoffanteil durch Verdampfung einer kalorisch
äquivalenten Menge Chlorwasserstoff-Wasser-Gemisch
geeigneter Zusammensetzung.

Aus diesen beiden einander gegenübergestellten
Beispielen ist ersichtlich, daß bei gegebenem Chlor- 35 nissen beträchtlich geringer und die zugehörige Appawasserstoffpartialdruck der zu kühlenden Gase die ratur entsprechend kleiner gehalten werden kann, Temperatur der isothermen Verdampfung und damit da bei der Mengenbemessung einer durch Wärmeauch die Temperatur, bis zu welcher die chlorwasser- austausch mit den heißen Gasen sich aufwärmenden stoffhaltigen Gase heruntergekühlt werden, in ge- und: wieder zu kühlenden Umlaufflüssigkeit die spewissen Grenzen, die im einzelnen von dem Dampf- 40 zifische Wärme der Umlaufflüssigkeit maßgebend ist, druckdiagramm wäßriger Salzsäure abhängen, frei wohingegen bei isothermer Verdampfung die Menge wählbar ist. Die dlurch die isotherme Verdampfung
entstehenden Verluste an Umlaufsalzsäure können
durch die laufende Zufügung von Wasser ausgeglichen
werden, dessen Zulaufmenge so eingestellt ist, daß die 45
Menge der Umlaufsalzsäure während des Prozesses
der isothermen Verdampfung sich nicht ändert. Die
bei dem Vorgang der isothermen Verdampfung ausgetriebenen Dämpf e werden im allgemeinen zusammen

mit den gekühlten chlorwasserstoffhaltigen Gasen in 50 gekühlt wird. Derartige Verfahren haben aber mit der einer nachgeschalteten Chlorwasserstoffabsorptions- vorliegenden Erfindung ersichtlich nichts zu tun, zuanlage kondensiert. Die umlaufende Salzsäure dient mal letztere ohne Kühlung der Umlaufflüssigkeit gleichzeitig dazu, die mit ihr in inniger Berührung arbeitet. Dasselbe gilt auch für weitere bekannte Verstehenden chlorwasserstoffhaltigen Gase durch inten- fahren, bei welchen flüssige Salzsäure aus chlorwassersive Auswaschung von gegebenenfalls vorhandenen 55 stoffhaltigen Gasen nach dem adiabatischen Verfahren Verunreinigungen, wie beispielsweise mitgerissenen gewonnen wird. Hierbei werden die Chlorwasserstoff-Festpartikeln, Schwefelsäuretröpfchen, flüchtigen, in absorptionswärme und gegebenenfalls auch die fühlder Umlaufsalzsäure löslichen Eisen- oder Arsen- bare Wärme durch die kalorisch äquivalente Ververbindungen od. dgl., zu befreien. dampfung von Wasser abgeführt. Die Unterschiede

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ist 60 dieser Verfahren gegenüber der vorliegenden Ervon besonderem Vorteil für die Kühlung und ge- fmdung bestehen in folgendem: Bei dem adiabatischen gebenenfalls für die gleichzeitige Reinigung hoch- Verfahren ist die Herstellung von flüssiger Salzsäure, temperierter und fremdgasreicher, gegebenenfalls ver- die den eigentlichen Zweck dieses Verfahrens darstellt, unreinigter chlorwasserstoffhaltiger Gase. Es kann zwangläufig gekoppelt mit der gegebenenfalls gleichaher im Bedarfsfalle selbstverständlich auch zur Küh- 65 zeitig erfolgenden Kühlung der eintretenden Chlorlung und gegebenenfalls Reinigung hochtemperierter, wasserstoffgase. Hierbei ist es somit nicht möglich, aber sehr chlorwasserstoffreicher Gase und ferner sich nur auf die Kühlung der Chlorwasserstoffgase zu auch zur ausschließlichen Reinigung bereits niedrig beschränken, wenn beispielsweise Chlorwasserstofftemperierter, aber stark verunreinigter chlorwasser- gase nach der Kühlung als solche weiterverarbeitet stoffhaltiger Gase benutzt werden. 7° werden sollen. Außerdem ist bei diesem adiaba-

an Umlaufflüssigkeit abhängig ist von der mehrere Größenanordnungen höher liegenden Verdampfungswärme der Umlaufflüssigkeit.

Es sind zwar schon Verfahren bekannt, bei denen die Umlaufflüssigkeit selbst gekühlt wird bzw. bei denen die erhitzte Säurelösung auf dem Umwege über die Kühlung einer mit ihr im Wärmeaustausch stehenden, aber mit ihr nicht mischbaren Flüssigkeit

tischen Verfahren die Reinigung der Chlorwasserstoffgase von in Wasser löslichen Beimengungen, wie Sulfatpartikeln, bzw. die Herstellung von Fertigsalzsäure, die diese Verunreinigungen nicht mehr enthält, unmöglich. Beim adiabatischen Verfahren steht, wenn eine handelsübliche Fertigsalzsäure abgezogen werden soll, die auf den Absorptionsturm aufgegebene Absorptionswassermenge in einem genau festgelegten Verhältnis zu Temperatur, Menge und Chlorwasserstoffgehalt der durchgesetzten Gase. Hierbei können sich beim Durchsatz von inertgasreichen Chlorwasserstoffgasen, die gleichzeitig hohe Temperatur besitzen, insofern Schwierigkeiten ergeben, als die Absorptionswassermenge zur einwandfreien Berieselung des adiabatischen Turmes, dessen Querschnitt maßgeblich von den durchgesetzten Gasvolumina abhängig ist, nicht ausreicht. Zweck und Erfolg des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung sind) somit von den bekannten Verfahren verschieden.

Claims (2)

20 PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Kühlung und gegebenenfalls gleichzeitiger Reinigung chlorwasserstoffhaltiger Gase durch unmittelbaren Wärme- und gegebenenfalls Stoffaustausch mit Hilfe von umlaufender Salzsäure, dadurch gekennzeichnet, daß unter Vermeidung einer besonderen Kühlurig der umlaufenden Salzsäure die Abführung der fühlbaren Wärme der chlorwasserstoffhaltigen Gase lediglich durch isotherme Verdampfung kalorisch äquivalenter Mengen von Umlaufsalzsäure bzw. von Wasser der Umlaufsäure erfolgt, deren Zusammensetzung und Temperatur so gewählt wird, daß ihre Chlorwasserstoff- und Wasserdampfpartialdrücke mit denen der gekühlten chlorwasserstoffhaltigen Gase übereinstimmen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die isotherme Verdampfung entstehenden Verluste an Umlaufsalzsäure durch laufende Zufügung von Wasser ausgeglichen werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 163 371, 519 726, 883, 863 336.

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