DE821340C

DE821340C - Verfahren zum Trennen von Gasgemischen

Info

Publication number: DE821340C
Application number: DES4153A
Authority: DE
Original assignee: Solvay SA
Current assignee: Solvay SA
Priority date: 1935-04-04
Filing date: 1950-05-18
Publication date: 1951-11-15
Also published as: CH251636A; US2144692A; BE454043A; GB611224A; NL63203C

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen von Gasgemischen, insbesondere von solchen zu reinigenden oder zu zerlegenden Gasgemischen, welche aus Gründen der Einfachheit oder Sicherheit verdünnt mit Luft oder einem inerten Gas vorliegen.

Es ist bekannt, daß man bei einer aus zwei Gasen verschiedener Löslichkeit bestehenden Mischung, bei der beispielsweise das Gas A in einem Lösungsmittel S leichter löslich ist als das Gas B, eine teilweise Trennung durch Lösen erzielen kann. Man leitet das Gemisch in das Lösungsmittel, wobei A sich löst und B sich zu entwickeln beginnt, sobald .S" mit B gesättigt ist. Das letztere Gas wird dann praktisch rein gewonnen.

Es ist ferner bekannt, daß man Gase aus einer Lösung wieder freisetzen kann, indem man ein anderes Gas durch diese schickt. Folglich kann man die teilweise Trennung des Gemisches A + B erzielen, indem man mit zwei Gaswäschern arbeitet. Da das Gas A von dem Lösungsmittel S in dem ersten Gaswäscher selektiv absorbiert wird, erhält man das Gas B in dem oberen Teil dieses Gaswaschers, während die unten aus dem Wascher abfließende, mit dem Gas B gesättigte Lösung den größeren Teil des Gases A oder das gesamte Gas A enthält. Diese Lösung läuft dann in den zweiten Gaswäscher, in welchem ein hinzukommendes inertes Gas C die Desorption von A und B bewirkt, die man in einer Mischung A + B+ C erhält. Das Gas A ist also immer mit B verunreinigt, und die Mengen dieser beiden Gase entsprechen im wesentlichen ihrer Löslichkeit in ^S". Es ist schließlich bekannt, daß man selektiv das weniger lösliche Gas B aus der Lösung trennen kann, indem man das Gas A durch sie strömen läßt. Dieses kann von außen hinzukommen oder aus der Lösung selbst durch bekannte Verfahren gewonnen werden, wie etwa

durch fraktionierte Destillation, Entspannen oder Erhitzen der Lösung.

Die letzteren Verfahren sind kostspielig, bedingen Spezialapparate und verhältnismäßig große S Wärmemengen oder mechanische Energie und sind ständig zu überwachen. Außerdem sind sie nicht anwendbar in Fällen, in denen aus Gründen der Einfachheit oder Sicherheit inerte Gase stets zur Verdünnung der Mischungsbestandteile erforderlieh sind. Dieses trifft z. B. zu bei der unten im Ausführungsbeispiel der Erfindung angegebenen Mischung aus ClO₂ + Cl₂ + Luft. Hier würden nämlich die Luft und ein Teil des Chlors bei der selektiven Absorption abgetrennt, und bei der Desorption der an ClO₂ gesättigten Lösung würde dieses Gas unter atmosphärischem Druck gewonnen, was unweigerlich zu einer Explosion führen müßte.

Ähnliche Mischungen von ClO₂ und Cl₂ in einer

Lösung hat man mittels Luft getrennt, aber in diesem Fall erhielt man eine Gasmischung aus Cl₂ + Cl O₂ + Luft. Dieses Verfahren mußte also unbedingt in zwei verschiedenen Kolonnen durchgeführt werden.

Die Erfindung bezweckt die Überwindung dieser Nachteile; sie ermöglicht die Trennung der Bestandteile A und B eines Gasgemisches, die man praktisch voneinander getrennt und in einem inerten Gas C verdünnt erhalten kann. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß, nachdem das Gas- |

gemisch in einer geeigneten Lösung selektiv absor- j biert ist, nacheinander in zwei Stufen zunächst das weniger lösliche Gas B mittels eines aus der zweiten Stufe herrührenden Gemisches getrennt wird, das aus dem löslicheren Gas A und dem inerten Gas C besteht, und daß dann das löslichere Gas A durch Einführen von inertem Gas C getrennt wird. Diese Vorgänge können in einer einzigen Kolonne oder in drei getrennten Kolonnen ablaufen, und zwar zweckmäßig bei atmosphärischem Druck.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung regelt man die Menge des am Boden der Kolonne einzuführenden inerten Gases C derart, daß nach der Desorption des Gases A dessen Teildruck in der Mischung A + C im wesentlichen mit dem Dampfdruck des gelösten Gases A im Gleichgewicht steht; so vermeidet man in praktisch vollkommener Weise die Desorption weiterer Mengen des Gasest, während das gesamte Gas B von der Lösung getrennt wird.

Die Erfindung umfaßt also im Prinzip drei bestimmte Vorgänge, die in ein und demselben Kreislauf oder in drei getrennten Kreisen bewirkt werden können. Des besseren Verständnisses wegen sei zunächst an Hand der Fig. 1 der Zeichnung veranschaulicht, wie die drei Vorgänge beispielsweise in drei getrennten Kreisen bewirkt werden.

Das zu behandelnde Gasgemisch enthält ein Gas A, ein weniger lösliches Gas B und ein inertes Gas C. Das unten in die Kolonne eingeführte inerte Gas kann, aber muß nicht unbedingt mit dem Gas C identisch sein. Die Mengen dieser Gase, die in die einzelnen Phasen eintreten, sind bezeichnet mit a, a , b, 0 , c, c , c und c .

Das Gasgemisch a + b + c, welches um ein aus einem vorhergehenden Kreislauf herrührendes Gemisch a + b' und c" vermehrt ist, wird unten in einen Gaswäscher I eingeführt, der mit einem Lösungsmittel 5 beschickt ist; es tritt eine selektive Absorption ein: das gesamte a + α geht in Lösung, B sättigt die Flüssigkeit bis zu dem Werte b', während b gleichzeitig mit c + c" im oberen Teil des Gaswäschers I vollkommen freigesetzt wird. Die Lösung gelangt dann in den Wascher II, um hier mittels eines Gasgemisches, welches aus dem Wascher III kommt und sich aus α und c" zusammensetzt, einer selektiven Desorption unterworfen zu werden. Der Partialdruck von a in diesem Gemisch steht im wesentlichen im Gleichgewicht mit der Dampfspannung von A in der Lösung, so daß dieses gelöste Gas praktisch nicht die Tendenz hat, aus seiner Lösung zu entweichen; das Gemisch a + c" setzt vielmehr // völlig frei, das oben aus dem Wascher Il zusammen mit c" und α austritt. Das Gemisch a + b' + c" tritt in den Gaseinlaß des Waschers 1 wieder ein, während die Lösung, die α und α enthält, oben in den Wascher III eingeführt wird. Hier setzt das unten eingeführte inerte Gas c das gesamte Gas A frei und liefert das Gemisch, deren Teil α und c" in den Kreislauf zurückgeht, während a + c" die Anlage verläßt. Die am Kopf des Waschers III entnommene Menge a + c" entspricht genau derjenigen, welche erforderlich ist, um b' völlig freizusetzen. Das Lösungsmittel S kehrt oben in den Wascher 1 zurück, um einen neuen Kreislauf zu beginnen.

Fig. 2 veranschaulicht die Durchführung des Verfahrens in einer Einzelkolonne, in deren oberem, mittlerem und unterem Teil die Vorgänge ablaufen, die in den Kolonnen I, II und 111 stattfinden. Wie dargestellt, wird das Gasgemisch in das obere Drittel der Kolonne eingeführt, das inerte Gas tritt unten ein, während das löslichere Gas aus dem unteren Drittel entnommen wird, und das weniger lösliche die Kolonne oben verläßt.

Zu bemerken ist, daß gemäß den vorstehenden Ausführungen nach dem Verfahren der Erfindung das unten in die Kolonne eingeführte inerte Gas drei Funktionen hat: 1. Desorption des Gases A im Unterteil der Kolonne, 2. selektive Desorption des Gases B in dem mittleren Teil gleichzeitig mit A, 31 Verdünnung der unbeständigen Gase bei atmosphärischem Druck.

Der Vorteil der Erfindung gegenüber bekannten Verfahren liegt darin, daß das Trennen von Gasgemischen ermöglicht wird und nur die Energie aufzuwenden ist, welche erforderlich ist, um das inerte Gas auf einen zum Ausgleich der in den Waschern auftretenden Druckverluste zu bringen. Sie bietet ferner die sichere Gewähr, daß unbeständige und explosible Gase bei atmosphärischem Druck getrennt werden. Sie betrifft insbesondere die Behandlung eines Gasgemisches, das in Verdünnung mit einem inerten Gas anfällt. Für den Fall, daß die Bestandteile solcher Gasgemische beständig sind, kann man selbstverständlich das erfindungsgemäße Verfahren durch bekannte Maß-

nahmen ergänzen, um sie von inerten Gasen zu trennen. Man kann gleichfalls die Wascher durch Kolonnen mit Böden ersetzen.

Falls das Gas A technisch frei von B sein soll bzw. man mit einem Gas B zufrieden ist, welches geringe Mengen des ersteren enthält, kann man erfindungsgemäß die Produktion eines gegebenen Waschers steigern, sei es, daß man die aufgegebene Menge des Lösungsmittels verringert, sei es, daß

ίο man weniger inertes Gas einführt, im übrigen jedoch wie angegeben verfährt.

Das so erzielte Ergebnis ist noch insofern neu, als man das löslichere Gas in reinem Zustand gewinnt, während nach dem bekannten Verfahren, bei welchem man Luft als Desorptionsmittel benutzt, das weniger lösliche Gas im Reinzustand erhalten wird.

Um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, braucht ein inertes Gas in der zu trennenden Gasmischung offensichtlich nicht zugegen sein; das Gasgemisch kann nur aus α und b bestehen, und das oben der Einrichtung entnommene Gas lediglich aus b und c" zusammengesetzt sein. Das zu trennende Gemisch kann auch ein von dem

»5 inerten Gas c, welches man unten in die Einrichtung einführt, verschiedenes Verdünnungsgas D enthalten.

Die Erfindung ist anwendbar auf die Trennung von Gasgemischen verschiedener Löslichkeit. Sie ist auch mit Vorteil auf Mischungen anwendbar, die verdünnt mit einem inerten Gas erzeugt werden, beispielsweise auf ein Gemisch aus Propylenoxyd und Äthylenoxyd, welches in Gegenwart von Luft erzeugt wird, und auf Gemische, von welchen ein Bestandteil oder beide Bestandteile unbeständig oder beim Druck einer Kolonne explosibel sind, z. B. Cl₂O+ Cl₂, ClO₂ + Cl,, usw.

Die Desorption kann mittels eines beliebigen inerten Gases vorgenommen werden und mittels eines Lösungsmittels, welches hinsichtlich der Löslichkeit der zu trennenden Bestandteile zweckentsprechend gewählt ist.

Die folgenden Beispiele zeigen eine praktische Anwendung des Verfahrens, das erste für den Fall, daß man eine völlige Trennung der beiden Gase wünscht, das zweite für den geläufigeren Fall, daß es für die Bedürfnisse der Praxis genügt, das löslichere Gas im reinen Zustand, das andere mit geringeren Mengen des ersteren zu erhalten.

Beispiel 1

Man gibt ein Gemisch aus 11% ClO₂, 11% Cl₂ und 78% Luft (a + b + c) in einen Wascher, durch welchen eine konzentrierte Chlornatriumsole fließt; man leitet unten in diese Kolonne die für die völlige Trennung des CIO₂ aus der Sole, welche unten aus der Kolonne austritt, erforderliche Luftmenge ein, etwa 27,5 m³ Luft je m³ ClO₂. Man erhält auf diese Weise einerseits ein Gas, das 7,6% Cl₂ und ■ 92,4 % Luft und andererseits ein Gas mit4,3⁰/oC10₂ und 95,7% Luft enthält.

Beispiel 2

Man verdoppelt je Zeiteinheit die in die Kolonne gemäß Beispiel 1 eingeführte Gasmenge a + b + c. Die unten in die Kolonne eingeleitete Luftmenge c beläuft sich nur auf um³ je m³ ClO₂. Die aufgegebene Flüssigkeitsmenge beträgt 87% der des Beispiels 1. Auf diese Weise erhält man einerseits ein Gemisch von 10,9% Cl₂+ 1,1% Cl₂ und andererseits ein Gas mit 8,2% ClO₂ in Verdünnung mit 91,8% Luft.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

ι. Verfahren zum Trennen der Bestandteile eines Gasgemisches, welches durch ein inertes Gas verdünnt ist, durch selektive Absorption in einem Lösungsmittel und Desorption mittels eines inerten Gases, dadurch gekennzeichnet, das die Desorption in zwei Stufen verläuft, wobei in der ersten die Desorption des weniger löslichen Gases (B) mittels eines Teils des aus der zweiten Stufe herrührenden Gasgemisches vorgenommen wird, während in der zweiten Stufe die Desorption des löslicheren Gases (A) durch Einführen von inertem Gas erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Desorption in die zweite Stufe eingeführte Menge an inertem Gas so berechnet ist, daß nach der Desorption des löslicheren Gases (A) der Partialdruck dieses mit inertem Gas verdünnten Gases im wesentlichen im gleichen Gewicht steht mit seiner Dampfspannung in der Lösung (A-{- B).
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Desorption als inertes Gas Luft angewendet wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Desorption verwendete inerte Gas verschieden von dem das zu zerlegende Gasgemisch verdünnenden Gas ist.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Desorption ein inertes Gas in solchen Mengen angewendet wird, daß die Partialdrucke der zu trennenden unbeständigen oder explosiblen Bestandteile auf den Druck der Kolonne gebracht werden.
6. Verfahren nach de'n Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die absorbierende Lösung in einer Kolonne zirkuliert, in deren oberes Drittel das Gasgemisch und in die unten das inerte Gas eingeführt wird, während das löslichere Gas aus dem unteren Drittel entnommen wird und das weniger lösliche Gas die Kolonne oben verläßt.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es in drei getrennten Kolonnen durchgeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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