Verfahren zur Abscheidung von in Gasen enthaltenen Dämpfen in fester Form, insbesondere von Kohlensäure, durch Kühlung. Bei den im Hauptpatent beschriebenen Beispielen des durch das Hauptpatent ge schützten Verfahrens werden die aus Gasen bezw. aus Luft in festem Zustand ausge frorenen Dämpfe aus der Einrichtung durch nachträgliche Verflüssigung entnommen.
Nun ist es in manchen Fällen erwünscht, die ausgefrorenen Dämpfe in fester Form zu erhalten. Das trifft insbesondere für Kohlen säure zu, welche aus den Abgasen einer Feue rung oder von Hochöfen oder von Kalkstein brennöfen ausgefroren werden soll.
Bisher ist die Erzeugung von Kohlen säureschnee stets getrennt von der Kohlen säuregewinnung betrieben worden, indem die gewonnene Kohlensäure nachträglich ver flüssigt, gekühlt und durch Entspannung verfestigt worden ist, wobei man zur Ent spannung auch schon Expansionskraftma- schinen verwendet hat.
Soweit Vorschläge bestehen, die ein unmittelbares Ausfrieren von Dämpfen aus Gasen zur Grundlage haben, fussen diese auf dem kontinuierliclicii Kältetauscherbetrieb mit Rölirengegenströ- mern. Hierbei treten aber ständig Verstop fungen durch Reif auf, der aus dem Feucli- t-igkeitsgehalt des Gases und aus den durch Ausfrieren zu gewinnenden Dämpfen her- rührt. Auch wird dabei das Ausfrieren ent weder mittelbar,
das heisst durch Kälte- tausch im Gegenströmer, oder durch Abdros seln bewirkt.
Die imHauptpatent beschriebenenBeispiele des durch das Hauptpatent geschützten Ver fahrens besitzen demgegenüber den Vorteil, dass der Reif aus dem Feuchtigkeitsgehalt der Gase keine Verstopfungen herbeiführen kann, weil hier der Reif im Umschalt- wechselbetrieb periodisch durch Verflüssi- gung entfernt wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, die Abscheidung von in Gasen enthal tenen Dämpfen. in fester Form, insbesondere von Kohlensäure, zu ermöglichen, so da.ss zum Beispiel Kohlensäure als Schnee periodisch oder kontinuierlich in bekannter Weise aus der Apparatur entnommen und zu Blöcken gepresst werden kann.
Mit der Entnahme des Kohlensäure schnees ist natürlich ein entsprechender Kälteverbrauch verbunden, der durch eine Bleichgrosse Kälteerzeugung ausgeglichen werden muss.
Bei dem den Gegenstand der Erfindung bildenden Verfahren, bei welchem die Kälte des von den abgeschiedenen Dämpfen ge trennten Gases im Umschaltwechselbetrieb auf Eisenmassen von Kältespeichern über tragen und nachfolgend von dem durch die Kältespeicher geleiteten, die abzuscheidenden Dämpfe enthaltenden Frischgas wieder auf genommen wird,
erfolgt nun erfindungsge mäss die Abscheidung der Dämpfe in fester Form unmittelbar durch arbeitsleistende Ent spannung des verdichteten Gasdampfgemi- sches in einer zwischen den Kältespeichern unter Zwischenschaltung einer Schneefilter- kammer angeordneten Expansionsmaschine.
Auf diese Weise können aus Gasen die Dämpfe mit tieferem Gefrierpunkt ausge schieden werden, ohne dass die andern mit höherem Gefrierpunkt vorher zu entfernen sind.
Auf beiliegender Zeichnung ist eine Ein richtung zur Durchführung des Verfahrens in einem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt.
Sie besteht aus den beiden Kältespeichern e', e" für das kohlensäurehaltige Abgas, der Expansionsmaschine a., der Schneefilterka-m- mer <I>r,</I> den Umschaltventilen<I>s',</I> s" mit Um schaltgestänge v und Steuerungszylinder z mit Druckluftbetrieb.
Das Abgas mit 15 bis 18 Gewichtspro zent Kohlensäure tritt bei f' mit 5 bis 15 Atü Druck in den Kältespeicher e' ein, wird in diesem bis etwa -100 abgekühlt, sodann in die Expansionsmaschine a geleitet, wo es arbeitleistend entspannt wird unter Ausfrie- rung eines -Teils der Kohlensäure, die als Schnee mit dem Auspuff in die Filterkam- mer r geblasen wird, während die verblei benden permanenten Gase (in der Haupt sache Stickstoff)
mit dem nicht ausgefro renen Teil der Kohlensäure vom Reif durch ein Filter 2s getrennt werden, um dann durch den Kältespeicher e" unter Abgabe ihres Kälteinhaltes herausgeleitet zu werden.
In Abständen von etwa ä bis 5 Minuten wird umgeschaltet und das verdichtete Ab gas bei f" in den Kältespeicher e" einge leitet, die Kohlensäure wieder durch Ent spannen in der Expansionsmaschine ausge froren und das Restgas durch den Kälte speicher e' herausgeleitet.
Das eingeleitete Gas nimmt in den Kälte speichern die fühlbare Kälte auf, welche vor her von dem herausgeleiteten Gas in diesen i tbt3 gegeben wurde, und in der Expansionsma- schine findet das Ausfrieren durch arbeit- leistende Entspannung des Gases statt.
Je nach der Höhe des Überdruckes, auf den das Gas verdichtet wird, kann in der Expansionsmaschine auf ein kg Abgas eine Kälteleistung von 15 bis 25 Cal. erzielt wer den, so dass pro kg Kohlensäureschnee G bis 10 kg Abgas umzusetzen sind, da der Kälte inhalt eines kg Kohlensäureschnee etwa 150 Cal. beträgt.
Das Abgas von Feuerungen enthält in der Regel 15 bis 18 Gewichtsprozente Koh lensäure - soweit es aus Kalksteinbrenn- öfen stammt, kann es bis 50 % Kohlensäure enthalten, jedoch wird zweckmässig nicht der gesamte Kohlensäuregehalt des Abgases bei einmaligem Durchgang des Gases durch die Apparatur in Form von Schnee gewonnen, weil dies den Betrieb der Expansionskälte maschine unwirtschaftlich machen würde, denn mit der Abnahme des Kohlensäurege haltes sinkt auch die Temperatur, bei der die Kohlensäure aus dem Abgas ausfriert, und damit die Kälteleistung der Maschine im Verhältnis zur aufgewendeten Verdichtungs arbeit.
Deshalb ist es vorteilhafter, immer nur einen Teil des Kohlensäuregehaltes aus dem Abgas auszufrieren, den Rest aber ins Freie entweichen zu lassen.
Mit einer Pferdekraftmaschine kann nach Carnot bei den Temperaturgrenzen von -100 C = 173 absolut und + 27 C 300 absolut theoretisch eine Kältelei stung von
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632 = 1,4. 6,32 = also rund 890 Cal. erzielt werden und prak tisch etwa '/G davon = 350 Cal., entspre chend rund 2 kg Kohlensäureschnee, wenn der Kraftbedarf für das Pressen zu Eisziegel mit eingerechnet wird.
Bei der Verbrennung von einem kg Koks mit einem Gehalt von<B>80%</B> Kohlenstoff ent stehen etwa 16 kg Abgas mit rund 3 kg Kohlensäuregehalt und es können 8 kg Dampf erzielt werden, die auch bei kleinen Dampfkraftanlagen für eine Leistung von 1 PS. h. ausreichen, so dass der Rohstoffauf wand für 2 kg Kohlensäureeis aus dem Ver brauch von einem kg Koks besteht.
Da bei der Verbrennung von 1 kg Koks 3 kg Kohlensäure entstehen, aber mit der Wärmeleistung daraus nur 1 PS. h. an Kraft gewonnen wird, womit 2 kg Kohlensäureeis erzeugt werden können, so ergibt sich daraus, dass aus dem Abgas nur 2/; der Kohlen säuremenge auszufrieren sind.
Die Arbeitstemperatur des Abgases in der Expansionsmaschine muss tiefer liegen als die Gefriertemperatur der Kohlensäure, denn oberhalb des Gefrierpunktes besteht keine Möglichkeit des Ausfrierens derselben. Es hat daher auch keinen Zweck, oberhalb dieser Temperatur Zusatzkälte zu erzeugen.
Das zu behandelnde Gas enthält jedoch neben der Kohlensäure noch etwas Wasser dampf, der sich beim Abkühlen des Gases in den Kältespeichern e', e" niederschlägt und gefriert.
Dies würde bei kontinuierlich wirkenden Wärmetauschern sehr bald zum Einfrieren derselben führen.
Beim Kältespeicher-Umschalt-Wechsel- betrieb dagegen nimmt das herausgeleitete Gas durch Sublimation den festen Nieder- schlag der Gasfeuchtigkeit immer wieder auf, denn das ausströmende Gas besitzt ein viel grösseres Volumen als das im verdich teten Zustand eingeleitete Gas.
Das herausgeleitete trockene Gas hat das Bestreben, sich in Berührung mit dem aus gefrorenen Reif aus dem Feuchtigkeitsgehalt des Gases mit Dämpfen aus diesem Nieder schlag zu sättigen, wobei nach dem bekann ten physikalischen Gesetz der Sublimation die Verdampfung im festen Zustand ebenso vor sich geht wie im flüssigen, solange im Gas der Wasserdampf-Teildruck unter der Sättigungsgrenze liegt.