DE3149847A1

DE3149847A1 - "verfahren zur entfernung von kohlenwasserstoffen und anderen verunreinigungen aus einem gas"

Info

Publication number: DE3149847A1
Application number: DE19813149847
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. 8000 München Frey
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1981-12-16
Filing date: 1981-12-16
Publication date: 1983-07-21

Description

Verfahren zur Entfernung von Kohlenwasserstoffen
und anderen Verunreinigungen aus einem Gas Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen von Kohlenwasserstoffen und anderen Verunreinigungen aus einem Gas.
Ein derartiges Verfahren ist in der deutschen Offenlegungsschrift 23 37 055 beschrieben. Zur Rückgewinnung von Kohlenwasserstoffen, die in einem Benzin-Luft-Gemisch enthalten sind, wird das Gemisch in dem regenerierten von zwei wechselbaren Wärmetauschern je nach der gerade vorliegenden Schaltphase soweit abgekühlt, daß die Kohlenwasserstoffe an den Wärmetauscherwänden auskondensieren bzw.
ausfrieren.
Dabei hat sich gezeigt, daß insbesondere bei dem Abtauen von festgewordenem Benzol die Wärmetauscher sehr groß und zusätzlich durch die automatischen Umschalteinrichtungen sehr teuer werden. Die Wärmetauscher sind deshalb so groB, weil mit nur sehr geringen Wärmedurchgangswerten gerechnet werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zu entwickeln, mit dem die Entfernung von Kohlenwasserstoffen und anderen Verunreinigungen aus Gasen preiswert und ohne Einsatz teurer Umschaltvorrichtungen durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das zu reinigende Gas durch Einsprühen eines Käliemittels gekühlt wird, wobei die Verunreinigungen gefrieren und/oder kondensieren, und anschließend die Verunreinigungen zusammen mit dem Kältemittel vom Gas abgetrennt werden.
Das zu reinigende Gas wird demgemäß durch direkten Wärmekontakt abgekühlt, wodurch ein wesentlich besserer Wärmeübergang als bei einem indirekten Wärmetausch erreicht wird. Das Kältemittel wird in fein verteilter Form und in einer Menge in das verunreinigte Gas eingesprüht, die ausreicht, alle Verunreinigungen zu verflüssigen oder auszufrieren. Die dann in verschiedenen Aggregatszuständen vorliegenden Bestandteile des ungereinigten Gases, nämlich das Gas und die nunmehr festen bzw. flüssigen Verunreinigungen, sind leicht zu trennen. Bei genügend tiefen Temperaturen des Kältemittels liegen die Verunreinigungen und gegebenenfalls auch Wasser in Form von festen Niederschlägen in fein verteilter Form vor, die gepumpt werden können.
Daher gestaltet sich die Entfernung dieser Verunreinigungen besonders einfach.
Da sich die ausfrierenden Verunreinigungen nicht an den Flächen eines Wärmetauschers absetzen, erübrigt sich ein Abtauen solcher Flächen. Zu dem kann auf den Einsatz von Wärmetauschern zum Ausfrieren von Verunreinigungen sowie die damit notwendige Umschalteinrichtung vollständig verzichtet werden. Neben den Investitionskosten erspart man sich auch die anfallenden Wartungskosten. Die Reinigung des Gases ist praktisch vollkommen, da die Temperatur und die Verteilung des Kältemittels leicht auf geeignete Werte gebracht werden kann. Die je nach den vorliegenden Betriebstemperaturen festwerdenden Kohlenwasserstoffe werden also einwandfrei abgeschieden. Liegt beispielsweise die Betriebstemperatur unter dem Gefrierpunkt von Wasser, so liegen die festwerdenden Kohlenwasserstoffe und das Wasser in Form von Eis in feinst verteilter Form vor und sind pumpbar. In einer besonders wirtschaftlichen Atso gestaltung des Erfindungsgedankens wird das Kältemittel mit Vorteil im Kreislauf geführt. Hierbei werden die Verunreinigungen aus dem Kältemittel abgetrennt und wird das gereinigte Kältemittel gekühlt und erneut in das zu reinigende Gas eingesprüht. Zwar muß das Kältemittel nach wie vor durch Abkühlung in einer Kälteanlage auf die zur-Abtrennung der Verunreinigungen erforderliche tiefe Temperatur gebracht werden, jedoch muß beim vorgeschlagenen Verfahren nur das quasi als Waschflüssigkeit dienende Kältemittel gekühlt werden. Als Kältemittel können erfindungsgemäß verschiedene Stoffe dienen: Einerseits kann als Kältemittel ein von den abzutrennenden Verunreinigungen verschiedener Stoff, z.B. Toluol zur Abtrennung von Benzol, eingesetzt werden. Andererseits ist es aber auch möglich, als Kältemittel die Verunreinigungen, insbesondere Kohlenwasserstoffe einzusetzen. In beiden Fällen werden zunächst die ausgefrorenen Verunreinigungen von den in flüssiger Form vorliegenden Verunreinigungen und dem Kältemittel abgetrennt. In der ersten Variante werden dann die in flüssiger Form im Kältemittel gelöst vorliegenden Verunreinigungen von diesem, vorteilhafterweise durch-Destillation, abgetrennt.
Mit besonderem Vorteil ist es jedoch in der zweiten Variante lediglich erforderlich, die festen Verunreinigungen beispielsweise durch ein geeignetes Sieb abzutrennen. Da die kondensierten Verunreinigungen in dieser Variante selbst als Kältemittel dienen, ist ein weiterer Trennprozeß nicht erforderlich. Die auskondensierten Verunreinigungen (d.h.
das Kältemittel) sind lediglich abzukühlen und können anschließend unmittelbar in das zu reinigende Gas eingesprüht werden. Um die umlaufende Kältemittelmenge konstant zu halten, muß in dieser Variante lediglich der überschüs- sige Teil des Kältemittels, das sind die pro Kältemittelkreislauf aus dem Gas abgeschiedenen, verflüssigten Verunreinigungen aus dem Kältemittelkreislauf abgeführt werden.
Auf diese Weise gelingt es besonders einfach, Verunreinigungen aus dem Gas, z.B. Benzin oder Lösungsmittel aus der Luft abzutrennen und rückzugewinnen In einer besonders energiesparenden Variante des Erfindungsgedankens wird das gereinigte Gas, das eine unter Umgebungstemperatur liegende Temperatur besitzt, in Wärmetausch mit dem zu reinigenden Gas gebracht, wodurch dieses vorgekühlt und die Kälteexergie des gereinigten Gases genutzt wird.
Dieser Verfahrensschritt lohnt sich insbesondere dann, wenn wenige Verunreinigungen im Gas enthalten sind. In diesem Fall ist die Absorptionswärme gegenüber der fühlbaren Wärme klein, wodurch auch die Wärmetönung im Wärmetauscher (z.B.
Venturi-Wäscher) gering gehalten ist und so mit geringen Temperaturdifferenzen wirtschaftlich gefahren werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt zur Reinigung von Luft beim Verladen von Kohlenwasserstoffen eingesetzt, ist jedoch nicht nur auf die Abtrennung von Kohlenwasserstoffen beschränkt. Es kann z.B-. auch bei Schwefelkohlenstoff oder anderen Nichtkohlenwasserstoffen bei Wahl entsprechender Kältemittel und Kältemitteltemperaturen ein guter Reinigungseffekt erzielt werden. Bei Reinigung von inerten Gasen besteht bei dem System die Möglichkeit, über einen Kompressor den Druck des Gases zu erhöhen und somit das tösungsvermögen des Kältemittels wesentlich zu erhöhen.
Ein weiterer Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens ist, daß mit verhältnismäßig geringem Aufwand (ein Venturi-Wäscher kostet nur einen Bruchteil eines indirekten Wärmetauschers) eine geschlossene Kondensation erzielt werden kann. Entsprechende Aufwendungen, wie z.B. der Bau eines Strippers bei bekannten Benzin-Rückgewinnungsanlagen, können entfallen.
Im folgenden soll anhand einer schematischen Skizze ein Ausführungsbeispiel geschildert werden.
Das zu reinigende Gas, z.B. mit Benzoldämpfen beladene Luft wird über eine Zufuhrleitung 7 in einen Venturi-Wäscher 2 eingeleitet, bei dem die Energie für die Strömung und Dispergierung des ebenfalls in den Venturi-Wäscher über eine Leitung 12 eingeleiteten Kältemittels durch das Gas aufgebracht wird. In direktem Wärmetausch mit dem Kältemittel wird das zu reinigende Gas auf eine geeignet tiefe Temperatur gekühlt. Dabei friert ein Teil der Verunreinigungen (Kohlenwasserstoffe mit höherem Gefrie-rpunkt als die Kältemitteltemperatur, Wasser) aus, während ein weiterer Teil kondensiert und im Kältemittel gelöst von diesem mittransportiertwird. Nachfolgend wird das Gas zusammen mit den ausgefrorenen bzw. kondensierten Verunreinigungen und dem Kältemittel in einen Abscheider, im Ausführungsbeispiel in einen Zyklonabscheider 3 eingeleitet.
Durch die Fliehkraftwirkung setzten sich die feste und# flüssige Phase an der Zykloninnenwand ab und bewegen sich in den Unterteil des Zyklons. Das gereinigte Gas steigt spiralig in der Achse des Zyklons empor und wird in dessen Deckel durch eine Leitung 8 abgezogen. Das gereinigte Gas besitzt eine unter Umgebungstemperatur liegende Temperatur und kann daher zur Vorkühlung des ungereinigten Gases dienen. Dazu dient ein Wärmetauscher 1,durch den gereinigtes und ungereinigtes Gas durch Schließen -von Absperrventilen 15, 16 in den Leitungen 7, 8 geleitet-werden;-Anschließend kann das gereinigte Gas z.B. an die Umgebung abgegeben werden. Die ausgefrorenen Verunreinigungen, im Ausführungsbeispiel Eis und Kohlenwasserstoffe, werden im Zyklon beispielsweise mittels eines Siebes zurückgehalten während das Kältemittel mit den gelösten Kohlenwasserstoffen aus dem Zyklon mittels einer Pumpe 6 und einer Leitung 10 abgeleitet werden. Der Zyklonabscheider kann so gestaltet sein, daß aufgrund der verschiedenen spezifischen Gewichte der Feststoffe an bestimmten Stellen nur z.B. Wasser oder Kohlenwasserstoffe abgeschieden werden.
Im Ausführungsbeispiel werden als Kältemittel die Kohlenwasserstoffe verwendet, die als Verunreinigungen aus dem zu reinigenden Gas abgeschieden wurden. Diese kondensierten Kohlenwasserstoffe werden mittels Pumpe 6 über eine Leitung 11 zu einem Wärmetauscher 4 gepumpt, im indirekten-Wärmetausch mit dem Kältemedium einer Kälteanlage 5 auf die erforderliche Temperatur abgekühlt und anschließend über eine Leitung 12 in den Venturi-Wäscher 2 eingeleitet. In diesem Fall ist es lediglich erforderlich, die über die im Kreislauf erforderliche Menge an Kältemittel hinaus anfallenden flüssigen Verunreinigungen aus dem Kreislaufsystem zu ziehen.
Zweckmäßigerweise erfolgt dies über eine mittels Absperrventil 14 absperrbare Leitung 13, die in Strömungsrichtung des Kältemittels nach Pumpe 6 und vor Wärmetauscher 4 von Leitung 11 abzweigt. Uber Pumpe 6 und Leitung 13 können auch die im Zyklon 3 abgeschiedenen, ausgefrorenen Verunreinigungen von Zeit zu Zeit, nach Erreichen einer besimmten Füllhöhe, abgepumpt werden. Hierzu dient ein, den Filter für die Abtrennung der ausgefrorenen Verunreinigungen von Kältemittel umgehende Leitung 17.
Leerseite

Claims

1. Verfahren zur Entfernung von Kohlenwasserstoffen und anderen Verunreinigungen aus einem Gas, dadurch gekennzeichnet, daß das zu reinigende Gas durch Einsprühen eines Kältemittels gekühlt wird, wobei die Verunreinigungen gefrieren und/oder kondensieren, und anschließend die Verunreinigungen zusammen mit dem Kältemittel vom Gas abgetrennt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigungen aus dem Kältemittel abgetrennt werden und das gereinigte Kältemittel gekühlt und erneut in das zu reinigende Gas eingesprüht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die ausgefrorenen Verunreinigungen durch Sieben von dem mit zu kondensierten Verunreinigungen beladenen Kältemittel und nachfolgend die kondensierten Verunreinigungen durch Destillieren vom Kältemittel abgetrennt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Abkühlen des zu reinigenden Gasstroms auskondensierten Verunreinigungen als Kältemittel dienen+

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auskondensierten Verunreinigungen von den ausgefrorenen Verunreinigungen abgetrennt, gekühlt und in das zu reinigende Gas eingesprüht werden, wobei der zur Reinigung des Gases nicht erforderliche Teil der auskondensierten Verunreinigungen vor der Kühlung aus dem Kreislauf abgezogen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zu reinigende Gas vor dem Einsprühendes Kältemittels in Wärmetausch mit gereinigtem Gas gebracht wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittel im indirekten Wärmetausch mit dem im Kreislauf geführten Kältemedium einer Kälteanlage gekühlt wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Mischvorrichtung mit Zuleitungen für zu reinigendes Gas und für Kältemittel sowie einer Ableitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischvorrichtung (2) ein Venturi-Wäscher ist, dessen Ableitung (9) an den Eingang eines Zyklons (3) angeschlossen ist, und. dessen Zuleitung für das Kältemittel (12) über einen Wärmetauscher (4), eine Pumpe (6) in den dem Zyklondeckel mit einer Ableitung (8) für das gereinigte Gas gegenüber-liegenden Zyklonboden mündet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung (8) des Zyklons (3) für das gereinigte Gas und die Zuleitung (7) für zu reinigendes Gas an jeweils einen Strömungsquerschnitt eines Wärmetauschers (1) angeschlossen sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen Pumpe (6) und Venturi-Wäscher (2) angeordnete Wärmetauscher (4) einen Strömungsquerschnitt für das Kältemedium einer Kälteanlage (5) besitzt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß von der die Pumpe (6) und den Wärmetauscher (4) verbindenden Leitung (11) eine absperrbare Leitung (13) abzweigt.

12. Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung adf die Reinigung von Luft beim Verladen von Kohlenwasserstoffen.