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Verfahren zur Auswaschung von Gasbestandteilen Es ist bekannt, Gase
mit Flüssigkeiten im Gegenstrom in mit Füllkörpern versehenen Waschtürmen zu waschen.
Um einegute Auswaschung zu erhalten. werden hohe Waschtürme und große Waschmittelmengen
auge wendet. Liegt ein Waschmittel von nur geringem Lösungsvermögen vor, welches
einen bestimmten Teil des zu waschenden Gases aufnehmen soll, so werden die Waschmittelmengen
so bemessen, daß sie etwas größer sind als die theoretisch erforderlichen N lengen.
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So wird z. B. für die Kohlensäureauswaschung durch Wasser eine Wassermenge
benötigt, deren Volumen etwa dem Gasvolumen bei dem Druck der Waschung entspricht.
Allgemein läßt sich die theoretisch erforderliche Waschmittelmenge hierbei nach
der Formel ermitteln: G W = = G'/a , a # P wobei W die Waschmittelmenge in m3, a
die Löslichkeit des zu lösenden Gases in m3 je m3 Waschmittel, G die Gesamtgasmenge
in m3, P den absoluten Gesamtdruck in Atmosphären und G' die reduzierte, d. h. durch
den Druck dividierte Gasmenge darstellt. Für a
Kohlensäure = 1 und
P = 1 wird W = G bzw. das Verhältnis der theoretisch erforderlichen Wassermenge
zur zu waschenden Gasmenge = I. Zur l>esseren Auswaschung wenet man noch einen
etwa 10%igen Überschuß des Waschmittels an, multipliziert also die rechte Seite
der Gleichung mit dem Faktor 1,1.
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Für sehr große Werte von α wird nach der Gleichung die für
eine bestimmte Gasmenge benötigte Waschmittelmenge theoretisch sehr klein. Trotzdem
wird allgemein ein bestimmtes Verhältsnis von W zu G' nicht unterschritten, welches
auch bei sehr großem Wert von α, insbesondere also bei chemischer Bindung
des Gasbestandteiles an das Waschmittel beispielsweise von der Größenordnung 0,I
ist. Der somit angewandte vielfache Überschuß des Waschmittels wird in einem solchen
Fall so lange umgepumpt, bis er weitgehend verbraucht ist. Trotz des großen Waschmittelüberschusses
werden, um eine vollständige Entfernung der auszuwaschenden Gasbestandteile zu gewährleisten.
Waschtiirme erheblicher Höhe angewendet.
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Es ist ferner bekannt, den Stoffaustausch durch Vergrößerung der
Oberfläche der Einbauten von Waschtürmen zu verbessern, z. B. durch Verwendung von
schmalen Holzlatten, die mit geringen Abständen angeordnet sind. Aber selbst solche
Maßnahmen verhindern nicht, daß die Türme unnötig groß werden, weil derartige Einbauten
je m3 Füllraum immer noch eine zu geringe Oberfläche haben, so daß die Waschflüssigkeit
nicht fein genug verteilt wird und somit ein unverhältnismäßig großer Waschmittelbedarf
eintritt. Dies bedeutet eine Vergeudung des Waschmittels, welches den Waschturm
unvollständig verbraucht verläßt, worin auch durch Kreislaufführung des Waschmittels
deswegen nichts geändert wird, weil hierbei ständig frisches und verbrauchtes Waschmittel
vermischt werden. Aber auch bei Eitibauten mit größerer Oberfläche, z.B.
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Raschigringe od. dgl., wurden bisher viel zu große Waschmittelmengen
verwendet.
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Durch die Erfindung wird hierin ein wesentlicher Wandel geschaffen.
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Es wurde nämlich überraschenderweise gefunden, daß bei Anwendung
von Füllkörpern oder Einbauten sehr großer Oberflächen, die mit kleinen Waschmittelmengen
lediglich benetzt werden. das in einem dünnen Film an den Füllkörpern langsam herabsickert,
ein einmalig durchlaufendes Waschmittel praktisch vollkommen beladen und eine vollkommene
Auswaschung des Gases erzielt lvi rd.
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Die Erfindung besteht demzufolge in einem Verfahren zur Auswashung
von Gasbestandteilen durch Waschflüssigkeiten von hohem Aufnahmevermögen, die über
Füllkörper großer Oberfläche geführt und dabei mit dem Gas in Berührung gebracht
werden, und wird dadurch gekennzeichnet, daß nur wenig mehr als die theoretische
Waschflüssigkeitsmenge angewendet wird und diese Waschflüssigkeit auf so großer
Oberfläche verteilt wird, z. B. durch Füllkörper mit 6 bis 10 mm Kantenlänge oder
weniger, daß bei einmaligem Durchlauf eine praktisch vollständige Sättigung bzw.
Umsetzung der Waschflüssigkeit erreicht wird.
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Es bereitet unter Umständen Schwierigkeiten, das Waschmittel schon
bei der Aufgabe auf den Waschturm fein genug zu verteilen. Im allgemeinen lassen
sogar feine Düsen zu viel Waschmittel für die Durchführung der Erfindung durch.
Genau dosieren läßt sich die erfindungsgemäße Waschmittelmenge, wenn die genau abgemessenen
Waschmittelmengen von Zeit zu Zeit schwallartig auf das Füllmaterial des Turmes
aufgegeben werden. Die feine Verteilung des Waschmittels erfolgt dann ohne weiteres
Zutun durch die Füllkörper sehr großer Oberfläche.
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Eine zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht
demzufolge darin, daß das Waschmittel durch periodische Zugabe auf das Füllmaterial
verteilt wird.
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Dies Verfahren läßt sich auch so durch führen, daß das Waschmittel
dem Waschturm stetig zugeführt und durch heberartige Wirkung aus einem unter dem
Druck der Waschung stellenden und sich immer wieder füllenden Behälter periodisch
auf das Füllmaterial verteilt wird. Als besonders günstig erwies sich eine zusätzliche
Anordnung, die aus einer horizontal über der Füllkörperoberfläche angeordneten Verteilerpfanne
besteht, in deren Boden eine größere Anzahl gleich--mäßig verteilter, beiderseits
offener und den Pfannenboden überragende Rohre eingesetzt ist, die mit oben genau
horizontalen, unter sich gleichen Rohrenden versehen sind. I)ie zwischen den Rohrenden
stehende Waschflüssigkeit bewirkt bei Zugabe eines neuen Waschmittelschwalles ein
sehr gleichmäßiges Ablaufen desselben durch die einzelnen Röhrchen und eine befriedigend
gleichmäßige Verteilung auf die Füllkörper.
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Ferner ist es vorteilhaft, saugfähige, also poröse Füllkörper, z.
B. aus Bims oder Ton. zu verwenden. Solche Füllkörper, enthalten eine gewisse Reserve
an Waschmittel, so daß sie eine äußerst gleichmäßige Waschwirkung auch bei wechselnden
Gasmengen gewährleisten.
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Ein besonderer Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung ist die
Möglichkeit, außer der Gegenstromwäsche auch die Gleichstromwäsche
anzuwenden,
wobei Flüssigkeit und Gas gleichzeitig nach unten strömen, ohne daß hei chemisch
wirkenden ÄVasdimitteln. insbesondere bei Anwendung eines Waschmittelüberschusses
von etwa 20%, die Waschwirkung wesentlich schlechter wird.
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Dagegen dürfte bei physikalischen Waschprozessen ausschließlich der
Gegenstrom anzuwenden sein.
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Die wirtschaftlichen Vorteile der Erfindung silld folgende: Dadurch.
daß die Flüssigkeit vom Gas nicht mehr getragen wird, wird der Druckabfall in der
Waschsäule auf ein Minimum herabgesetzt, so daß Füllkörper oder Einbauten mit großer
Oberfläche bei verhältnismäßig kleinem freiem Querschnitt zur Anwendung kommen können.
Aus dem gleichen Grunde kommt auch ein Mitreißen der Waschflüssigkeit in Tröpfchenform
oder gar größerer aufgestauter Waschmittelmengen nicht mehr in Frage. Ein großer
Vorteil ist die infolge des dünnen Flüssigkeitsfilms stark verringerte Durchlaufgeschwindigkeit
des Waschmittels und die dadurch erzielte erhöhte Berührungsdauer mit dem Gas, wodurch
die niedrige Bauhöhe der Waschsäulen bei dem N'erfahren gemäß der Erfindung ermöglicht
wird. Durch den Wegfall der Flüssigkeitsbehälter am unteren Ende der Waschsäulen
werden dieselben weiter verkürzt. Der Kraftverbrauch für eine Waschanlage gemäß
der Erfindung ist minima], da die Waschflüssigkeit nicht im Kreislauf umgepumpt
wird und die auf den Druck der Waschsäule zu fördernde geringe Flüssigkeitsmenge
einen nur sehr geringen Kraftaufwand erfordert. nur allem ist auch der N'erl>rauch
an Waschflüssigkeit sehr gering. da die Ausnutzung derselben sehr vollkommen ist
und stets nur kleine Waschmittelmengen im Waschturm sind und da ferner ein Verlust
durch AIitreißen von RVaschflüssigkeit nicht eintritt.
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Einige Ausführungsbeispiele mögen del durch die Erfindung erzielten
Vorteil erläutern: Luft mit einem CO2-Gehalt von I % durchströmt einen Turm von
nur 2 m Höhe mit einer Geschwindigkeit von I dm/sec bzw.
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10 m3/h und wird durch 2n-Natronlauge gewaschen, welche am Kopfe des
Turmes in einer Menge von 41/h aufgegeben wird und der Luft bei Verwendung von Bims
von 6 bis 10 mm Körnung als Füllmaterial langsain entgegenwandert. Die Luft enthält
bei ihrem Austritt am oberen Ende des Turmes weniger als 0,00033% CO2, wird also
praktisch vollkommen von ihrem CO2-Gehalt befreit. Das Verhältnis W/G' beträgt dabei
nur 0,0004.
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Wenn im Gegensatz zur Erfindung I-mm-Eisenringe statt Bims von 6
bis 10 mm Twörnung bei sonst gleicher Versuchsanordnung verwendet werden, so wird
trotzdem nur eine Auswaschung bis 0,3% CO. erzielt, d. h. der CO2-Gehalt im Gas
rest beträgt fast (las Tausendfache des nach dem Verfahren der Erfindung erzielten
Wertes von 0,00033 0/0.
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Auch durch Umpumpen der Lauge läßt sich das Resultat nicht verbessern.
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Ein anderer Versuch verlief folgendermaßen: Stickstoff mit 5.3% Ammoniak
wurde mit einer linearen Gasgeschwindigkeit von 3,3 cm/sec iiber eine Füllkörperschicht
aus 8-mm-Berlsättel von nur o,g m Höhe geleitet, über die ihm Wasser in einer Menge
des 1,17fachen der theoretischen ÄVaschmittelmenge, also 0,107 m3 je 100 m3 Gas,
bzw.
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0,125 m3 Waschflüssigkeit pro 1 m2 Turmquerschnitt und Stunde entgegengeführt
wurde. Die Auswaschung ging daltei bis zu einer Konzentration von 0,035%. Der Wirkungsgrad
der Auswaschung beträgt demnach 99.3%. Unter gleichen Bedingungen. jedoch bei einer
linearen Gasgeschwindigkeit von 6,9 cm/sec und bei Anwendung des 1,2fachen der theoretischen
Menge des Waschmittels erfolgte die Auswaschung bis auf 0.019% Ammoniak, bei einem
Wirkungsgrad von gg.64°/o. Bei einer linearen Gasgeschwindigkeit von 6,9 cm/sec
und bei Anwendung des 1.35fachen der theoretischen Waschmittelmenge erfolgte die
Auswaschung bis auf 0.013% Ammoniak bei einem Wirkungsgrad von 99.75%. Bei einer
linearen Gasgeschwindigkeit von 3.3 cm/sec und bei Anwendung des 1,7fachen der theoretischen
Waschmittelmenge erfolgte die Auswaschung bis auf 0,011% Ammoniak bei einem Wirkungsgrad
von 99.8%.
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Derartige weitgehende Waschergebnisse bei so kleinen Abmessungen
der Waschsäulen wie bei dem Verfahren gemäß der Erfindung lassen sich mit den bisher
bekannten Maßnahmen nicht erzielen.