DE883890C

DE883890C - Process for removing low carbonic acid contents from air and gas mixtures, which have to be cooled to temperatures below the freezing point of the carbonic acid for the purpose of decomposition

Info

Publication number: DE883890C
Application number: DEM4599D
Authority: DE
Inventors: Adolf Messer
Original assignee: Adolf Messer GmbH
Current assignee: Adolf Messer GmbH
Priority date: 1940-02-17
Filing date: 1940-02-17
Publication date: 1953-07-23

Description

Verfahren zur Entfernung geringer Kohlensäuregehalte aus Luft und Gasgemischen, welche zwecks Zerlegung auf Temperaturen unter dem Gefrierpunkt der Kohlensäure abgekühlt werden müssen Bekanntlich muß aus Luft und Gasgemischen, welche bei Temperaturen unterhalb des Kohlensäuregefrierpunktes in Apparaturen verarbeitet werden müssen, um Störungen des Arbeitsganges durch Verstopfungen zu vermeiden, die Kohlensäure entweder auf chemischem Wege durch Absorption oder auf pbysikalischem Wege durch Ausfrieren möglichst vollkommen beseitigt werden.Process for removing low levels of carbon dioxide from air and Gas mixtures, which for the purpose of decomposition to temperatures below the freezing point of the Carbonic acid need to be cooled It is well known that from air and gas mixtures, which processed in apparatus at temperatures below the carbonic acid freezing point must be in order to avoid disruptions of the work process due to blockages, carbonic acid either by chemical means through absorption or by physical means Paths caused by freezing are eliminated as completely as possible.

Verwendet man zur vollkommenen Kohlensäureausscheidung das chemische Verfahren, dann wird, weil man übermäßig große Reinigungsapparate vermeiden will, meistens Ätznatronlauge (Na O H) oder Ätzkalilauge (K O H) verbraucht; denn von diesen wird sie am schnellsten und auch bis zu geringsteg Spuren absorbiert. Meistens benutzt man hierbei zwei umschaltbare Waschtürme, um einerseits im ersten dlie Lauge bis zur Bildung von Sodalösung (Na2 CO3 + H, O) bzw. von Pottaschelösung. If you use the chemical for complete carbon dioxide excretion Procedure, then, because you want to avoid excessively large cleaning equipment, mostly caustic soda (Na O H) or caustic potash (K O H) consumed; because of it is absorbed by these the fastest and also to the smallest traces. Usually one uses here two switchable washing towers, on the one hand in the first dlie lye until the formation of soda solution (Na2 CO3 + H, O) or potash solution.

(K2C °3 + H2 0) vollkommen auszunutzen und um im zweiten noch eine Lauge zu haben, welche wenig Kohlensäure aufgenommen hat und deshalb die geringsten Spuren derselben zurückhält. Bei großen Anlagen werden zur Vermeidung der Betriebskosten die verbrauchten Laugen auf Na OH-Lauge oder auf K OH-Lauge regeneriert, wozu aber komplizierte, kostspielige Apparaturen, die zur Regenerierung erforderlichen Stoffe, der Aufwand von Betriebsmitteln, Kraft und Arbeitslohu erforderlich sind.(K2C ° 3 + H2 0) to fully exploit and in the second one more To have lye, which has taken up little carbon dioxide and therefore the least Retains traces of the same. In the case of large systems, the operating costs are avoided regenerated the used lye on Na OH lye or on K OH lye, but for what purpose complex, expensive equipment, the substances required for regeneration, the expenditure of resources, strength and labor are required.

Bei dem physikalischen Verfahren müssen zur genügend vollkommenen Beseitigung der Kohlensäure sehr niedrige Temperaturen benutzt werden. Dabei verwendet man, wenn die Kohlensäure nicht wieder in die rückströmenden Zerlegungsp rodukte gelangen soll, meistens zwei umschaltbare Wärmbeaustauscher mit angebauten Abscheidern zur Aufnahme des Kohlensäureschnees. Bei Anlagen mit großen Leistungen müssen die Kohlensäureabscheider einerseits große, kostspielige Abmessungen erhalten, und andererseits macht die Entfernung der sehr erheblichen Kohlensäureschneemengen aus ihnen durch Erwärmen und Ausblasen, neben großem Zeitaufwand, für einen glatten Ablauf des Betriebes Schwierigkeiten. The physical process must be sufficiently perfect To remove carbonic acid, use very low temperatures. Included used if the carbonic acid does not return to the decomposition products flowing back should reach, usually two switchable heat exchangers with attached separators for taking in the carbon dioxide snow. In the case of systems with high outputs, the Carbon dioxide separator on the one hand received large, expensive dimensions, and on the other hand goes through the removal of the very considerable amounts of carbon dioxide snow from them Heating and blowing out, in addition to a large amount of time, for a smooth operation Trouble.

Die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten bei der Kohlensäureabscheidung und die Nachteile werden vermieden, wenn man erfindungsgemäß die im folgenden erklärten beiden Verfahren miteinander verbunden anwendet, wobei auch gleichzeitig eine weitgehende Befreiung der zu verarbeitenden Luft oder Gasgemische von Wasserdampf erfolgen kann. The carbonic acid separation difficulties described above and the disadvantages are avoided by using the following according to the invention uses both procedures in conjunction with one another, with an extensive one at the same time The air or gas mixtures to be processed can be freed from water vapor.

Es ist nun zwar ein Verfahren bekanntgeworden, bei denen aus Gasen mit einem Kohlensäuregehalt zwischen I2 und 35 ovo mittels einer Kalium-Carbonat-Lösung die Kohlensäure absorbiert, die gebuu; dene Kohlensäure durch Wärme ausgetrieben und die so regenerierte Lauge weiterverwendet wird. A process has now become known in which from gases with a carbonic acid content between I2 and 35 ovo using a potassium carbonate solution the carbonic acid absorbed, the gebuu; the carbon dioxide expelled by heat and the lye regenerated in this way is reused.

Dieses Verfahren ist jedoch auf die Gewinnung von Kohlensäure aus Rauchgasen abgestellt, und es ist durch sie gar nicht möglich, den Kohlensäuregehalt bis zu der hier geforderten Grenze von 0,OI O/cr oder sogar noch darunter zu senken. Selbst nach einem verbesserten Verfahren, wobei eine mit Alkalicarbonat allein und ein mit Alkalicarbonat und Ammoniak arbeitender Waschturm hintereinandergeschaltet ist, enthalten die aus dQm zweiten Turm abziehenden Gase noch IO/o Kohlensäure. Gerade nach diesem Verfahren war es also durchaus nicht zu erwarten, daß auch noch so geringe C O2-Gehalte, wie sie hier gefordert werden, durch Carbonatlösungen ausgewaschen werden könnten.However, this process is based on the extraction of carbonic acid Flue gases are turned off, and it is not at all possible through them to reduce the carbonic acid content to the required limit of 0, OI O / cr or even below. Even according to an improved process, one with alkali carbonate alone and a washing tower working with alkali carbonate and ammonia connected in series is, the gases withdrawn from the second tower still contain 10% carbonic acid. So after this procedure in particular it was by no means to be expected that that too C O2 contents as low as they are required here, washed out by carbonate solutions could become.

Erstaunlicherweise haben nun aber die Versuche ergeben, daß solche Reinheiten erzielt werden können, wenn nur die Regenerierung bis zu einem genügend hohen Grade dlurchgeführt wird. Eine solche weitgehende Regenerierung der Lauge wäre jedoch bei Verfahren zur Gewinnung von Kohlensäure durchaus unzweckmäßig, da die letzten Prozente aus der Lauge nur unter verhältnismäßig hohen Kosten ausgetrieben werden können. Surprisingly, however, the experiments have now shown that such Purity can be achieved if only regenerating up to a sufficient level is carried out to a high degree. Such extensive regeneration of the lye would, however, be quite inexpedient in processes for the production of carbonic acid because the last percent of the liquor driven out only at relatively high cost can be.

Die Durchführung des Verfahrens geht im einzelnen in folgender Weise vor sich: Zunächst wird die Kohlensäureaufnahme in Sodalösung (Na2 C O3 + H2 0) oder besser in Pottaschelösung (K2 C O, + H2 0) durchgeführt. Hierzu wird beispielsweise bei Luftzerlegungsanlagen die Luft auf den notwendigen Druck verdichtet in einem Waschturm von unten nach oben durch die ihr von oben nach unten entgegenströmende Lösung geführt, wobei der Turm zur Schaffung großer Berührungsflächen zwischen Luft und Lösung mit Blechringen angefüllt oder besser mit Durchdringungsglockenböden ausgestattet ist. Auf dem Wege durch den in erträglichen Abmessungen hergestellten' Turm ist der größte Teil der Kohlensäure in der Lösung aufgenommen, Nach dem bekannten einfachen Verfahren wird die mit Kohlensäure gesättigte Lösung zwecks Regenerierung in einem Gegenströmer auf Siedetemperatur erhitzt, wobei sie die Kohlensäure gasförmig abgibt, und alsdann im gleichen Gegenströmer wieder auf die Eintrittstemperatur abgekühlt, wodurch der Wärmeverbrauch sehr gering ist. Es ist vorgesehen, die Pottaschelösung auf etwa s°C C oder sogar bis zu -IoO' C abgekühlt zu verwenden, wobei dann zur Vermeidung von Eisbildung, welche nach der Kohlensäureaufnahme entstehen könnte, ein Zusatz von Glycerin oder ähnlich wirkenden Stoffen nötig wird. Bei diesen Temperaturen nimmt die Lösung auch den größten Teil des in der Luft enthaltenen Wasserdampfes auf. The process is carried out in detail in the following manner in front of you: First, the carbonic acid intake in soda solution (Na2 C O3 + H2 0) or better done in potash solution (K2 C O, + H2 0). For this purpose, for example in air separation plants the air is compressed to the necessary pressure in one Washing tower from bottom to top through the one flowing towards it from top to bottom Solution led, the tower to create large areas of contact between air and solution filled with sheet metal rings or better with penetrating bell bottoms Is provided. On the way through the ' Tower is absorbed most of the carbonic acid in the solution, according to the well-known simple procedure, the solution saturated with carbon dioxide for the purpose of regeneration heated in a countercurrent to boiling temperature, making the carbonic acid gaseous releases, and then in the same countercurrent again to the inlet temperature cooled, which means that the heat consumption is very low. The potash solution is provided to use cooled to about s ° C or even down to -IoO 'C, then for Avoidance of ice formation, which could occur after carbonation, an addition of glycerine or similar substances is necessary. At these temperatures the solution also takes up most of the water vapor contained in the air on.

Um Pottaschelösung mit ihrer billigen, einfachen Regenerierung in Apparaturen von nicht zu großen Abmessungen verwenden zu können, wird in diesen nur ein Teil der Kohlensäure aus der zu zerlegenden Luft aufgenommen, nämlich bis zu etwa 85 O/&. Der Kohlensäurerest läßt sich alsdann vorteilhafter nach dem physikalischen Verfahren durch Ausfrieren beseitigen. Hierbei werden einerseits Kohl'ensäureschneeabscheider in kleineren, erträglichen Abmessungen benötigt, und andererseits kann man die viel geringeren Mengen abgeschiedenen Kohlensäureschnees leicht durch Auftauen in einer Zeit beseitigen, die ohne weiteres zur Verfügung steht. To get potash solution with its cheap, easy replenishment in Apparatus of not too large dimensions can be used in these absorbed only part of the carbon dioxide from the air to be decomposed, namely up to to about 85 O / &. The carbonic acid residue can then be used more advantageously according to the Eliminate physical processes by freezing out. Here are on the one hand Carbon dioxide snow separators in smaller, more tolerable dimensions are required, and on the other hand, one can see the much smaller amounts of carbon dioxide snow deposited easily eliminate by thawing at a time readily available stands.

In der Zeichnung ist beispielsweise eine Luftzerlegungsanlage dargestellt, welche mit dem neuen Kohlensäureverfahren arbeitet und im folgenden beschrieben ist. In the drawing, for example, an air separation plant is shown, which works with the new carbonic acid process and is described below is.

Die verdichtete Luft tritt durch Rohr a in den unteren Teil des Waschturms b und durchströmt diesen in der Richtung von unten nach oben. Die Pottaschelösung zur Aufnahme der Kohlensäure gelangt durch das Rohr c in den oberen Teil des Turmes und durchströmt diesen im Gegenstrom zur verdichteten Luft in der Richtung von oben nach unten. Der mittlere Teil des Waschturms ist mit Blechringen ausgefüllt oder besser mit Durchdringungsglockenbödlen, damit dadurch zwischen Lauge und Luft großle Berührungsflächen geschaffen werden. Die mit Ko'hiensäure gesättigte Lauge fließt durch Rohr d zu einem Gegenstromapparat in bekannter Bauart, der deshalb nicht gezeichnet und beschrieben ist. In diesem wird sie auf Siedetemperatur erhitzt. Hierbei wird aus der Lauge die Kohlensäure gasförmig abgetrieben. Die alsdann kohlens,äurefr,eie heiße Lauge wird im gleichen Gegenstromapparat der kohlensäurebaltigen Lauge entgegengeführt, wodurch sie, ihre Wärme abgebend, fast auf Eintrittstemperatur abgekühlt wird. The compressed air enters the lower part of the washing tower through pipe a b and flows through it in the direction from bottom to top. The potash solution to take up the carbonic acid passes through the pipe c into the upper part of the tower and flows through it in countercurrent to the compressed air in the direction from above downward. The middle part of the washing tower is filled with sheet metal rings or better with penetration bell caps so that there is a great deal between the lye and air Contact surfaces are created. The lye, saturated with ko'hienic acid, flows through pipe d to a countercurrent apparatus of a known type, which is therefore not shown and is described. In this it is heated to boiling temperature. Here is the carbon dioxide is driven off in gaseous form from the lye. The then kohlens, äurefr, eie hot lye is fed in the same countercurrent device to the carbonated lye, whereby it, giving off its heat, is cooled down almost to the inlet temperature.

Der bei dieser Laugeregeuerierung notwendige geringe Wärmebedarf wird durch Dampf oder eine Heizvorrichtung gedeckt. Die Kohlensäureausscheidungsapparatur wird so bemessen, daß in ihr bis zu etwa 85 O/o der in der verdichteten Luft enthaltenen Kohlensäure aufgenommen wird.The low heat requirement necessary for this caustic control is covered by steam or a heater. The carbonic acid elimination apparatus is so dimensioned that it contains up to about 85% of that contained in the compressed air Carbonic acid is absorbed.

Es ist vorteilhaft, die Kohlensäureausscheidung aus der Luft unter einer Temperatur von etwa s°lC durchzuführen, Noch vorteilhafter ist es, diese Temperatur auf - 100 C herabzusetzen, wobei aber der Pottaschelösung zwecks Vermeidung von Eisbildung, welche nach der Kohlensäureaufnahme entstehen könnte, Glycerin oder ähnlich wirkende Stoffe zugesetzt werden müßten. Bei diesen Temperaturen nimmt die Lauge auch den größten Teil des in der Luft enthaltenen Wasserdampfs auf, der zur Vermeidung von Störungen bei ihrer Verarbeitung ebenfalls ausgeschieden werden muß. It is beneficial to take the excretion of carbon dioxide from the air at a temperature of about s ° lC, it is even more advantageous to these Reduce temperature to - 100 C, but use the potash solution for the purpose of avoidance of ice formation, which could arise after carbonation, glycerine or substances with a similar effect would have to be added. At these temperatures the It also leaches out most of the water vapor in the air that is used to Avoidance of disturbances in their processing must also be eliminated.

Hierzu wird durch das Rohr e der Sauerstoff und durch das Rohr f der Stickstoff mit einer Temperatur von etwa - 5 bzw. etwa - 10° C dem Gegenstromapparat g zugeleitet, den sie in der Richtung von oben nadel unten durchströmen. Die regenerierte Lauge bzw. die Pottaschelösung wird dem Gegenstromapparat g durch das Rohr h unten mit etwas Außentemperatur zugeführt, und sie durchströmt ihn im Gegenstrom zu Sauerstoff und Stickstorf von unten nach oben. Alsdann gelangt die regenerierte Lauge etwa auf die Sauerstoff-Stickstoff-Temperatur abgekühlt oben aus dem Wärmeaustauscher durch Rohr i in einen Ammoniakverdampfes k von bekannter und deshalb nicht beschriebener Bauart. In diesem Ammoniakverdampfer, der durch die Rohre I und m mit der Verdichtunganlage in Verbindung steht, wird der Lösung die Kälte zugeführt, welche durch Ausstrahlung und nicht vollkommenem Wärmeaustausch verlorengeht und die zur Aufnahme des Wasserdampfes aus der Luft notwendig ist. Die abgekühlte Lösung gelangt alsdann durch Rohrc oben in den Waschturmb.For this purpose, the oxygen is supplied through tube e and the oxygen through tube f Nitrogen at a temperature of around -5 or around -10 ° C in the countercurrent apparatus g, through which they flow in the direction from above needle below. The regenerated Lye or the potash solution is the countercurrent apparatus g through the tube h below with a little outside temperature, and it flows through it in countercurrent to oxygen and stick peat from bottom to top. Then the regenerated lye arrives cooled to the oxygen-nitrogen temperature at the top of the heat exchanger through tube i into an ammonia evaporator k of known and therefore not described Design type. In this ammonia evaporator, which goes through pipes I and m with the compression system is connected, the cold is added to the solution, which is caused by radiation and incomplete heat exchange is lost and the absorption of water vapor from the air is necessary. The cooled solution then passes through the top of the pipe in the washing tower.

Die von Kohlensäure größtenteils gereinigte und abgekühlte, verdichtete Luft gelangt aus dem oberen Teil des Waschturms b durch Rohr n in einen der durch V'entile umschaltbaren Wärmeaustauscher c. Most of it has been cleaned of carbonic acid, cooled and compressed Air comes from the upper part of the washing tower b through pipe n into one of the through Valves of switchable heat exchanger c.

Sie durchströmt diesen Wärmeanstauscher in der Richtung von unten nach oben und kühlt sich in diesem unter Ausfrieren des Wasserdampfes so tief ab, daß in ihr nur noch geringe Spuren desselben verbleiben. Stickstoff und Sauerstoff werden den Wärmeaustauschern durch Rohrep und q mit entsprechend tiefen Temperaturen oben zugeführt.It flows through this heat exchanger in the direction from below upwards and cools down so deeply, with the water vapor freezing out, that only slight traces of it remain in it. Nitrogen and oxygen are connected to the heat exchangers by pipes p and q with correspondingly low temperatures fed up.

Einerseits Sauerstoff und Stickstoff, andererseits verdichtete Luft durchströmen die Wärmeaustauscher c im Gegenstrom. Alsdann gelangt die verdichtete Luft durch Rohr r in den Wärmeaustauscher s und durchströmt diesen in der Richtung von oben nach unten. Der Sauerstoff gelangt durch Rohr t und der Stickstoff durch Rohr u in den Wärmeanstauscher s. Durch die tiefen Temperaturen von Sauerstoff und Stickstoff wird die verdichtete Luft in dem Wärmeaustauschers im Gegenstrom so weit abgekühlt, daß sich aus ihr die Kohlensäure fast vollkommen, d.h. bis auf geringe Spuren, in Form von Schnee ausscheidet.On the one hand oxygen and nitrogen, on the other hand compressed air flow through the heat exchanger c in countercurrent. Then comes the condensed Air through pipe r into heat exchanger s and flows through it in the direction top down. The oxygen passes through tube t and the nitrogen through Tube u into the heat exchanger, see Due to the low temperatures of oxygen and Nitrogen is countercurrent to the compressed air in the heat exchanger so far cooled so that the carbonic acid is almost completely out of it, i.e. except for a small amount Traces, in the form of snow.

Zur Aufnahme des ausgeschi'eden'en Kohl,ensäureschnees dient die Abscheidevorrichtung v. Diese Kohlensäureabscheidevorrichtung ist so bemessen, daß sie den während einer langen Betriebszeit entstehenden Kohlensäureschnee aufnehmen kann. Die Abscheidevorrichtung v kann auch zwecks Vermeidung jeglicher Betriebsunterbrechung zweifach und umschaltbar angeordnet werden. Von der Kohlensäureabscheidevorrichtung v gelangt die verdichtete Luft durch Rohr w in den Zerlegungsapparat r von bekannter Bauart, der deshalb nicht beschrieben ist. The is used to collect the precipitated carbon dioxide snow Separation device v. This carbon dioxide separator is dimensioned so that they absorb the carbon dioxide snow that forms during a long period of operation can. The separation device v can also be used to avoid any interruption of operation can be arranged twice and switchable. From the carbon dioxide separator v the compressed air passes through pipe w into the decomposition apparatus r of known Type that is therefore not described.

Der Kohlensäureschnee wird aus der Abscheidevorrichtung v durch Erwärmen gasförmig beseitigt. The carbon dioxide snow is removed from the separator v by heating eliminated in gaseous form.

Claims

PATENT CLAIMS 1 Process for removing low carbon dioxide levels from air and gas mixtures, characterized in that first the EXolhlensaure mostly in a solution that absorbs them and is easy to regenerate, e.g. B. in potash solution, added and then the remaining amount at accordingly low temperatures-in the form of carbon dioxide snow by freezing out in switchable or non-switchable separators.

2. The method according to claim I, characterized in that the first The carbon dioxide separation stage is carried out in a solution which is based on a Temperature is below so cooled, while at the same time most of the water vapor is absorbed from the air or the gas mixture to be broken down.