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Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen von Kohlenoxyd aus organische
Schwefelverbindungen enthaltenden Gasen und Gasgemischen mittels der Wasserdampfkatalyse
Die Entfernung von Kohlenoxyd aus Gasen und Gasgemischen verschiedener Art kann
nach den Patentschriften 700598 und 718854 erfolgen.
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Danach werden den zu behandelnden Gasen und Gasgemischen außer kleineren
Mengen Sauerstoff (0,2 bis 0,3 Volumprozent) größere Mengen Wasserdampf einverleibt
und über einen Vorkontakt und über einen Hauptkontakt geleitet, die verschiedenartig
zusammengesetzt sind. Als Vorkontakt wird z. B. ein Kupferkontakt und als Hauptkontakt
ein Eisenchromkontakt verwendet. An dem ersteren erfolgt durch Verbrennung des Sauerstoffs
eine zusätzliche Erwärmung des Gas-Dampf-Gemisches von 290 bis 31o° C auf etwa 375°
C, an dem letzteren die Umsetzung des Kohlenoxyds mit Wasserdampf bei Temperaturen
von 375 l;is 41o° C.
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Bei der praktischen Anwendung dieser Patente haben sich aber Schwierigkeiten
ergeben. Es zeigte sich, daß der Wärmeaustauscher, mittels welchem das zu katalysierende
Gas durch das katalysierte Gas in regenerativer Weise vorgewärmt wird, mehr oder
weniger schnell verschmutzt. Es bilden sich kohlenstoffhaltige kompakte Krusten
im Wärmeaustauscher, die den Austausch der Wärme sowie den Durchgang des Gases beeinträchtigen
und die
äußerst schwierig zu entfernen sind. Außerdem wurde festgestellt,
daß sich kohlenstoffhaltige Substanzen auch auf der Oberfläche der Kontakte ablagern,
wodurch deren Aktivität herabgemindert wird. Das ist besonders dann der Fall, wenn
in dem zu behandelnden Gas oder Gasgemisch Kohlenwasserstoffe in größeren Mengen
vorhanden sind.
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Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, die Vorwärmung der nach
den Patenten 700 598 und 718854 zu reinigenden Gase nicht in der üblichen regenerativen,
sondern in rekuperativer Weise vorzunehmen und die im Rekuperator und auf dem Vor-
und dem Hauptkontakt sich abscheidenden Substanzen mit Luftsauerstoff zu verbrennen
und zu beseitigen. Für die Realisierung der Erfindung im großen kann z. B. eine
Apparatur verwendet werden, wie sie die Zeichnung veranschaulicht.
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Der wichtigste Teil der Apparatur ist der Kontaktofen K, ein zylindrischer,
eiserner Behälter, der in sieben Kammern unterteilt und nach außen zur Vermeidung
von Wärmeverlusten isoliert ist. Die Kammern i und 7 enthalten Schamotte in Stücken
von etwa 2 bis 3 mm 0, die Kammern 2 und 6 Vorkontakt und die Kammern 3, 4 und 5
Hauptkontakt. Es sind ferner Vorkehrungen getroffen, um die Temperatur des Gases
am Eingang bzw. am Ausgang der einzelnen Kammern messen und registrieren zu können.
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Befindet sich der Kontaktofen bereits in einem regulären Betriebszustand,
so leitet man das C O-haltige Gasgemisch abwechselnd von oben nach unten und von
unten nach oben. Die Kammern i und 7 fungieren dabei als Rekuperatoren. Die fühlbare
Wärme des katalysierten Gasgemisches wird dort gespeichert und dem zu katalysierenden
Gasgemisch nach erfolgtem Richtungswechsel wieder zugeführt. Auf diese Weise wird
das Gas einmal in der Kammer i, das andere Mal in der Kammer 7 auf etwa 29o bis
35ö° C vorgewärmt. Eine weitere Erwärmung auf 38o bis 390° C erfolgt dann in der
Kammer 2 bzw. 6,. wo die Verbrennung von im Gase vorhandenen Sauerstoff an dem Vorkontakt
stattfindet. In den Kammern 3, 4 und 5 geht dann die Umwandlung des CO zu C02 und
H, vor sich. Durch Zuführung von Wasserdampf oder Kondenswasser an den dazu geeigneten
Stellen wird dafür gesorgt, daß die restliche Umsetzung des Kohlenoxyds bei Temperaturen
unterhalb 400° C, und zwar bei etwa 38o bis 39ö°@ C vor sich gehen kann.
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Ein weiterer. wichtiger. Teil - der Apparatur ist der Ofen, mit dem
Luft oder ein Gemisch von Luft und Wasserdampf oder sonstige inerte Gase indirekt
erwärmt werden können, sei es, um den noch kalten 'Kontaktofen damit anzuwärmen
und in Betrieb zu setzen, oder sei es, um die kohlenstoffhaltigen Substanzen zu
verbrennen und zu beseitigen, die sich auf den in den Kammern befindlichen Materialien
ablagern.
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Zu erwähnen sind dann noch die mit Raschigringen beschickten Skrubber
S1, S2, S3, S4, die es ermöglichen, das katalysierte Gasgemisch durch entsprechende
Berieselung mit Wasser bis auf Raumtemperatur abzukühlen und das frische noch C
O-haltige Gas mittels des heißen Skrubberwassers mit Dampf vorzusättigen.
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Praktisch wird nun so vorgegangeh, daß zur Anwärmung und Inbetriebnahme
der noch kalten Apparatur zunächst Luft hindurchgeleitet wird. Zu diesem Zweck werden
die Ventile 8, 9, io, i i und 12 geöffnet und die Ventile 13, 1,4, 15, 16 und 17
geschlossen. Durch die Leitung i9 wird dann zunächst der Skrubber S4 mit frischem
Wasser berieselt. Das von S4 ablaufende Skrubberwasser wird mit der Pumpe P1 in
den Skrubber 2 gepumpt (Skrubber 3 wird vorerst nicht berieselt), und das von S2
ablaufende Skrubberwasser wird danach mit der Pumpe P2 in den Skrubber S1 gefördert,
von wo es ins Siel abläuft.
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Mit dem Ventilator V wird daraufhin Luft durch den Skrubber S1, den
Injektor I, der vorerst noch außer Betrieb bleibt, und den Anheizofen H geblasen,
wo die Luft auf 35ö° C angewärmt wird. Die heiße Luft durchstreicht dann nacheinander
die sieben Kammern des Kontaktofens K in Richtung von oben nach unten und dann die
Skrubber S2 und S4 in Richtung von unten nach oben. Die angewärmte Luft gibt ihre
fühlbare Wärme an die Materialien ab, die sich in den Kammern des Kontaktofens befinden,
und an das Wasser, mit dem die Skrubber berieselt werden. Man leitet so lange Luft
hindurch, bis die Temperatur der durchstreichenden Luft beim Eintritt in die letzte
Kammer 7 etwa 35ö° C und am Ausgang derselben Kammer etwa ioti° C beträgt. Dann
wird das Venti18 geschlossen, das Ventil 14 geöffnet und der Dampfinjektor I in
Betzieb genommen.
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An Stelle der Frischluft, die bisher mittels Ventilator durch den
anzuwärmenden Kontaktofen und die übrige Apparatur gefördert wurde, wird mittels
des Injektors I und der Leitung 2o nunmehr die Luft umgewälzt, die sich im Anheizofen,
im Kontaktofen und dem Skruhber S2 befindet. Dieser Luft wird im Injektor Wasserdampf
beigemischt, so daß zur weiteren Erwärmung des Kontaktofens somit ein Luft-Wasserdampf-Gemisch
verwendet wird. Der Wasserdampf wird in dem Skrubber S, und S4 kondensiert, und
das von .S2 ablaufende und nach S1 beförderte Skrubberwasser erwärmt sich dementsprechend.
Dann wird das Ventil 13 geöffnet und das zu behandelnde sauerstoffhaltige Gas angesogen.
Das Luft-Wasserdampf-Gemisch wird auf diese Weise durch das zu katalysierende Gas-Dampf-Gemisch
ersetzt. Dann wird das Ventil 15 geöffnet und die Ventile 9 und 14 geschlossen.
Damit befindet sich die Apparatur im regulären Betriebszustand, und die katalytische
Behandlung des C O-haltigen Gases wird gemäß der vorliegenden Erfindung ohne die
Benutzung des Anheizofens il fortgeführt.
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Im einzelnen wird so vorgegangen, daß das CO-haltige Gas zunächst
in dem Skrubber S1 mit dem heißen vom Skrubber S2 ablatife@iden Wasser mit Wasserdampf
vorgesättigt und in dem Injektor I mit dem dort eingeblasenen Dampf nachgesättigt
wird. Es wird dafür gesorgt, daß das Volumenverhältnis
von C O
: H"0 in (lern Gas-Darttpf-Gemisch etwa t : 3 bis i :6 beträgt.
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I)as nur vor@:s:ittigte Gas hat eine Temperatur von etwa 55 l)is 6ow
C, flas fertige Gas-Dampf-Gemisch hinter dem Injektor etwa 75 bis 8o° C. Mit dieser
Temperatur strömt es in die erste Kammer des Kontaktofens h, wo es sich auf etwa
3jo@ C erwiirmt. In der Kammer 2 reagiert dann an <lern \'orkoritakt (Kupferkontakt)
der im Gas von vornherein enthaltene oder ihtn besonders einverleibte 1_tiftsati:rstott.
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Das Gemisch erwärmt sich dabei auf etwa 38o= L. lri den Kammern 3,
4 und 5 geht dann die ebenfalls tnit \\'ärmeenttvicklting verbundene Umsetzung <(es
C O mit 1-1_O ztt CO, und H2 vor sich. Die 1lauptumsetzungerfolgt
in der Kammer 3.. Um die Umsetzung in den Katntnern f und 5 zu vervollständigen,
wird die Temperatur dort durch "Zufuhr von Wasserdampf oder Kondenswasser wieder
auf etwa 380 bis 39o° C gesenkt, nachdem sie in der Kammer 3 auf über :Ioo°-
C gestiegen war. In der Kammer 6, die Vorkontakt enthält, und in der mit Schamotte
gefüllten Kammer 7, die, als lZekuperator fungiert. gehen keine eigentlichen chemischen
Umsetzungen vor sich. Das Reaktionsgemisch gilt lediglich fühlbare Wärme an die
dort eingelagerten -laterialieri ab.
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Man leitet (las CO-haltige Gas nun so lange in derselben 1Zichtung
durch den Kontaktofen, bis die Temperatur :\usgang Kammer i bis auf etwa 280° C
al)gesurlketl ist. Dann leitet man das zu katalvsiereti(le Gas in entgegengesetzter
Richtung, also in 1Zichtung voti unten nach oben, durch den Kontaktofen. Bevor aber
dieser Richtungswechsel vorgerionimen wird. wird vorübergehend das Ventil t.1 wieder
geöffnet und das Ventil 13 geschlossen.
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Nach dieser Schaltung saugt der Injektor I nur noch bereits katalysiertes
Gas durch die Leitung 20 an, mit denn dann der Kontaktofen durchgespült wird.
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Uni daraufhin den Richtungswechsel des Gases im Kontaktofen zu bewirken,
werden die Ventile io, t I, 12 und l f geschlossen und die Ventile 13, I6, 17 und
18 geöffnet. Das Gas-Dampf-Gernisch durchstreicht dann clen Kontaktofen von unten
nach ol)°rl. In der IZektilieratorkamnier,- erwärmt es sich wieder auf die Temperatur
von 290 bis 35o° C, bei der dann die Reaktion des Sauerstoffes in der Kammer 6 an
dem \'orkontakt erfolgt und wobei es sich wieder auf 390 bis 39o° C erwärmt.
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In der Kammer 5 steigt dann die Temperatur auf etwa +20^ C. Durch
Zugabe von Dampf oder Kondenswasser wird die Temperatur in den Kamniern f tlrld
3 wiederum bei etwa 380 bis 39o'° C gehaltert. In der Kammer 2 und in der
Kammer i gibt (las 1Zeaktions-emisch dann wiederum nur noch fühlbare Wärme alt.
E: verläßt den Ofen mit einer Temperatur von etwa ioo- C, durchstreicht den Skruhher
.5'.i, wo es auf etwa 5o° C vorgekühlt wird, und zurr Schluß den Skrubber S4, in
welchem es bis auf LZaumtemperatur (t5 bis 2ö° C) nachgekühlt Nvird.
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Wenn die Temperatur des Gas-Dampf-Gemisches Eingang Kammer 6 bis auf
2800C gesunken ist, wird wieder geschaltet, und zwar so, daß man den Kontaktofen
zunächst wiederum mit katalysiertem Gas ausspült und danach den Richtungswechsel
des Gases vornimmt. Bei der Durchführung der Erfindung im großen erfolgt die periodische
Schaltung der Ventile zweckmäßig automatisch.
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Das erfindungsgemäße konvertierte Gas wird dann in an sich bekannter
Weise von aus organischen Schwefelverbindungen, entstandenem Schwefelwasserstoff
befreit, entbenzolt und als Industrie- und Stadtgas verwendet. Werden auch C O-tialtige
Gase und Gasgemische verwendet, die Kohlenwasserstoffe iii größeren -Mengen enthalten,
z. B. mit Benzol angereichertes Kohlengas oder karburiertes Wassergas, so ist damit
zu rechnen, daß die Kontakte bereits nach 3- bis 6monatlicher Benutzung in ihrer
Aktivität wesentlich nachlassen, da sich auf den Kontakten kohlenstoffhaltige Substanzen
ablagern, die durch Verbrennung mit Luftsauerstoff zu entfernen sind.
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Zu diesem Zwecke werden die Ventile 8, 9, io, 11, 12, 14 geöffnet
und die Ventile 9, 13, 15, 16, 17, 18 geschlossen. Mittels des Injektors 7 wird
dann Luft angesogen und dem Gas-Dampf-Gemisch beigemischt, das der Injektor gleichzeitig
durch die Leitung 2o ansaugt und das den Kontaktofen bereits passierte. Auf diese
Weise gelingt es, bei der Verbrennung der kohlenstoffhaltigen Ablagerung einen Temperaturanstieg
auf über 5oo° C zu vermeiden, der sich ungünstig auf die Aktivität der Kontakte
auswirken würde.
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Die regenerierten Kontakte werden dann in erfindungsgemäßer Weise
weiter benutzt.