163365. lajstromszámú szabadalom • Eljárás széndioxid szárítására és tisztítására
3 163365 4 gáz hűtőgép alkalmazásával igyekszik elkerülni. Ez az eljárás azonban az atmoszferikushoz közelálló nyomást alkalmaz, ahol a széndioxid nem képez folyadékot s így ez az eljárás a széndioxid desztillációval való tisztítására sem alkalmas. Ismert olyan desztillációs széndioxid tisztítási eljárás, amely az atomreaktor hűtésére szolgáló gáz nyomokban jelenlevő szennyeződéseinek elfogadható kis értéken tartására szolgál (1,365.580. lajstromszámú francia szabadalmi leírás). Lényege, hogy a széndioxidnál kevésbé illó anyagokat, a vizet, a jódot és a brómot adszorpcióval, a széndioxidnál illékonyabb szennyezőket pedig olyan desztillációs műveletben távolítják el, amelynél a tisztítandó gáz egy jelentős részét nem vezetik be a desztillációs oszlopba, hanem hűtésre, felületi kondenzátorban reflux képzésre használják és belekeverik a tisztított széndioxidba. Utóbbival a tisztítás hatásfoka nagymértékben leromlik. Ha a széndioxid erősen szennyezett, akkor nem elegendő az anyagáram egy részének tisztítása, mert az anyagáram nem tisztított részéhez keverve, a terméktisztaság nem lesz kielégítő. A széndioxid tisztítására szolgáló legkorszerűbb ismert eljárás (1,361.238. lajstromszámú francia szabadalmi leírás) esetében először a vizet távolítják el adszorpciós szárítással, majd a többi szennyezést desztillációval. A desztillációt kettős toronyban végzik. Az elsőben az illékonyabb komponenseket távolítják el nagyobb nyomáson; a torony reflux kondenzátora szolgál a második torony visszaforralójául. A második torony nyomása kisebb, itt történik a kevésbé illékony alkatrészek eltávolítása és ebből nyerik a tiszta terméket. A hőgazdálkodás megvalósítására olyan megoldást ismertet, amelyben a második torony fejtermékét az első torony visszaforralójában kondenzáltatják. E módszer hátránya, hogy az illékonyabb és a kevésbé illékony alkatrészek eltávolítása olyan kényszerkapcsolatba kerül, amely csak akkor nem jelent többlet energiafogyasztást az optimumhoz képest, ha az illékonyabb alkatrészek által hasznosítható hőmennyiség azonos a második kolonna hőenergia igényével. A kiforraló hőigényének fedezése a refluxot az eljárás lényeges részévé teszi. A desztillációt alkalmazó eljárások közös hibája,, hogy nagy energiaráfordítással (túl nagy hőfoklépcső, túlzott anyagforgalom a desztilláció során) működnek és vagy kis mértékű tisztítást eredményeznek, vagy nagy méretű készülékeket alkalmaznak. Az eddig ismert eljárások mindegyike mellőzi a desztilláció alkalmazását a gázelegy víztartalmának eltávolítására, valószínűleg annak a feltevésnek az alapján, hogy a víz és széndioxid, ill. a szénsav közötti egyensúlyra vezető reakció károsan befolyásolja a széndioxidnak a vízre vonatkoztatott relatív illékonyságát. Találmányunk célja olyan desztillációs (rektifikációs) széndioxid szárítási és tisztítási eljárás kidolgozása, amellyel mellőzhető az adszorpciós szárítás alkalmazása a nedves gáz desztillációja során, elkerülhető a hidrátosodás és jegesedés okozta eltömődés, az elválasztás nagy élességgel hajtható végre és végül a készülékek száma és mérete, valamint az üzemeltetési költségek jelentős mértékben lecsökkenthetők. A találmány elsősorban azon a felismerésen alapul, hogy a széndioxidnak a vízre vonatkoztatott relatív illékonysága igen nagy, ezért a desztillációval való szárítás könnyen és olcsón megvalósítható. Tekintve, hogy a széndioxid 10 °C feletti hőmérsékleten hidrátot nem képez és ezen a hőmérsékleten a széndioxid egyensúlyi gőznyomása kereken 45 att, a széndioxid víztartalma 45 att feletti nyomáson végzett desztillációval el-5 távolítható. Másrészt azonban a desztilláció a széndioxid 74 att kritikus nyomása közelében nem hatékony. A széndioxid desztillációs szárítását tehát 45 és 74 att között, de előnyösen 45 és 60 att közötti nyomástartományban kell lefolytatni (L.: 3. ábra). 10 A találmány másik alapvető felismerése, hogy a nyers széndioxid szennyező komponenseinek gőz-folyadék egyensúlyi állandói a desztillációs tisztítás körülményei között lényegesen eltérnek az ismert irodalmi adatoktól. A szennyezők közül a széndioxidnál illékonyabb anya-15 goknak a széndioxidra vonatkoztatott relativ illékonysága nagyobb, a széndioxidnak a nála kevésbé illékony szennyezőkre vonatkoztatott relatív illékonysága pedig kisebb, mint az irodalmi adatok alapján megállapítható érték. Ez a különbség annál nagyobb, minél kisebb 20 nyomáson végezzük a desztillációt. Vizsgálataink során azt találtuk, hogy a desztilláció körülményei között a gőz-folyadék egyensúlyi állandó értékét egy k korrekciós faktorral kell megszorozni: 25 k=2,38-0,02.P ahol a P a desztilláció nyomása att-ban. A k értéke tehát a nyomástól függően 1,2—2,3 között van. Ez a felismerés tette lehetővé az illékonyabb szennyezők — H2 , N 2 , 30 CH4 — eltávolítását olyan desztillációval, amelynél a desztillációs oszlop tápjával biztosítjuk a rektifikáláshoz szükséges lecsurgó folyadék teljes mennyiségét és az oszlop tápját legalább a tiszta széndioxidnak a desztilláció nyomásához tartozó forrásponti hőmérsékletére és 35 a desztilláció nyomásánál nagyobb nyomásra állítjuk be. Felismerésünk alapján tehát a víz eltávolítását 45—60 att nyomáson, külön oszlopban, 0,2-nél kisebb refluxarány alkalmazása mellett, a széndioxidnál kevésbé illékony (nehéz) szennyezők eltávolításával együtt pedig 40 0,2-nél nagyobb refiuxarány alkalmazása mellett végezzük. A nyers szénsavgáz tisztítására szolgáló berendezést a tisztítási feladattól függően választjuk meg. Ha nagymérvű tisztítást kell végezni és a nyers szénsavgáz 45 számottevő mennyiségű (pl. több mint 100 mg/kg) vizet tartalmaz, három tornyot alkalmazunk: külön egyet a víz eltávolítására, egyet a széndioxidnál kevésbé illékony egyéb szennyezések eltávolítására és egyet a széndioxidnál illékonyabb szennyezések eltávolítására. 50 Ha a terméktisztaság iránti követelmény nem nagy, két tornyot alkalmazunk külön a széndioxidnál kevésbé illékony Szennyezők (beleértve a vizet is) eltávolítására és külön a széndioxidnál illékonyabb szennyezők eltávolítására. 55 Ugyancsak két tornyot alkalmazunk, ha a szennyezők egyik csoportja — pl. az illékonyabb szennyezők (H2 , N2 , CH4 ) vagy a víz — hiányzik. Egy tornyot alkalmazunk, ha csak a szennyezők egy csoportját, vagy csak a vizet kell eltávolítanunk. 60 Adott esetben két tornyot szerkezetileg is egybeépíthetünk. A találmány szerint tehát a gázelegyből a szennyezőket oly módon távolítjuk el, hogy a vizet 45 és 60 att közötti nyomástartományban, de legalább +10 °C 65 hőmérsékleten desztilláljuk. A széndioxidnál nehezeb-2 1
