DD208412A1 - METHOD OF DISPOSING AN ARGONIC NITROGEN METHANE MIXTURE - Google Patents

METHOD OF DISPOSING AN ARGONIC NITROGEN METHANE MIXTURE Download PDF

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DD208412A1
DD208412A1 DD24308182A DD24308182A DD208412A1 DD 208412 A1 DD208412 A1 DD 208412A1 DD 24308182 A DD24308182 A DD 24308182A DD 24308182 A DD24308182 A DD 24308182A DD 208412 A1 DD208412 A1 DD 208412A1
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argon
methane
nitrogen
separation column
side stream
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DD24308182A
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German (de)
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Harri Freydank
Karl-Heinz Seidel
Hartmut Mueller
Hans-Peter Picht
Horst Schuetz
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Leuna Werke Veb
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Abstract

Verfahren zur Zerlegung eines Argon-Stickstoff-Methan-Gemisches, das aus Entspannungsgasen von Syntheseverfahren, vorzugsweise der Ammoniaksynthese gewonnen und dem ggf. eine argonhaltige, vorbehandelte Fraktion einer Luftzerlegungsanlage zugemischt wurde, in eine argonreiche Fraktion bei gleichzeitiger Gewinnung hochangereicherten Stickstoff und Methans durch Tieftemperaturrektifikation in einer einzigen Trennsaeule . Das wird erreicht durch Entnahme der argonreichen Fraktion als Seitenstrom, des hochangereicherten Stickstoffs als Kopfprodukt und des hochangereicherten Methans als Sumpfprodukt aus der Trennsaeule.A process for the decomposition of an argon-nitrogen-methane mixture, which was obtained from flash gases of synthetic processes, preferably the ammonia synthesis and optionally an argon-containing, pretreated fraction of an air separation plant was mixed in an argon-rich fraction while obtaining highly enriched nitrogen and methane by cryogenic rectification in a single separation column. This is achieved by removing the argon-rich fraction as a side stream, the highly enriched nitrogen as the top product and the highly enriched methane as the bottom product from the separation column.

Description

VEB Leuna-Werke ' Leuna, 20. 8. 1982VEB Leuna-Werke 'Leuna, 20. 8. 1982

"Walter Ulbricht""Walter Ulbricht"

LP 8250LP 8250

Titel der ErfindungTitle of the invention

Verfahren zur Zerlegung eines Argon-Stickstoff-Methan-Geraisch esProcess for the decomposition of an argon-nitrogen-methane-Geraisch it

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein rektifikatives Verfahren zur Gewinnung einer argonreichen Fraktion sowie hochangereicherten Stickstoffs und Methans durch Zerlegung eines Argon-Stickstoff -Methan-Gemisches, das aus Entspannungsgasen von Syntheseverfahren, vorzugsweise einer Aminoniaksvnthese, gewonnen und dem ggf. eine argonhaitiiie, vorbehandelte Fraktion einer Luftzerlegungsanlage zugemischt wurde.The invention relates to a rectificative process for obtaining an argon-rich fraction and highly enriched nitrogen and methane by decomposition of an argon-nitrogen-methane mixture obtained from flash gases of synthetic processes, preferably a Aminoniaksvnthese, and the optionally an argonhaitiiie, pretreated fraction of an air separation plant admixed has been.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Verfahren zur Zerlegung von Entspannungsgasen mit den Hauptbestandteilen Wasserstoff, Stickstoff, Argon und Methan sind bekannt. Allen diesen Verfahren ist gemeinsam^-, daß in jeweils einem Trennapparat je eine Komponente in der Reihenfolge ihrer Flüchtigkeit isoliert wird« Hach entsprechender Vorbehandlung des Sntspannungsgases (DD-PS 122 368, 135 115 und 146 579) wird in einer ersten Trennsäule oder einem Abscheider der Wasserstoff abgeführt«Methods for the decomposition of flash gases with the main components hydrogen, nitrogen, argon and methane are known. Common to all these processes is the fact that in each case one component is isolated in each case in the order of its volatility. "Hach appropriate pretreatment of the Sntspannungsgases (DD-PS 122 368, 135 115 and 146 579) is in a first separation column or a separator the hydrogen dissipated «

1S ft "J ξ"3 ϊ? Ί 13 1 ft "J ξ" 3 ϊ? Ί 13

_ 2„ tiuyyi ν_ 2 "tiuyyi ν

Das verbleibende Sumpfprodukt wird in eine zweite Trennsäule eingespeist, das Methan am Sumpf abgezogen und das am Zopf entnommene Stickstoff-Argon-Gemisch einer dritten Trennsäule zugeführt, an deren Sumpf Argon anfällt (Technik H, (1959) 6, 438; Chem* Technik Ij; (1967) 8» 449; Luft- u. Kältetechnik 2 (1980) 83 ).The remaining bottom product is fed into a second separation column, the methane withdrawn at the bottom and fed to the braid nitrogen-argon mixture supplied to a third separation column at the bottom of argon obtained (Technique H, (1959) 6, 438; Chem * Technik Ij (1967) 8 »449; Air and Refrigeration 2 (1980) 83).

Ein weiteres Verfahren (GB-PS 901 580) sieht am Kopf der zweiten Trennsäule die Entnahme, von Stickstoff vor, während das aus Argon und Methan bestehende Sumpfprodukt in einer dritten Trennsäule zerlegt und Argon an deren Kopf abgezogen wird·Another method (GB-PS 901 580) provides for the removal of nitrogen from the top of the second separation column, while the bottom product consisting of argon and methane is decomposed in a third separation column and argon is withdrawn at the top thereof.

Eine weitere Möglichkeit ist mit der Gewinnung von drei Fraktionen in einer ersten Trennsäule gegeben (US-PS 3 33S), wo am Sumpf die Hauptmenge des Methans, am Kopf der Wasserstoff und Argon, Stickstoff einschließlich Anteilen von Methan, Sauerstoff und Kohlenoxid als Seitenstrom abgezogen werden* Dieser Seitenstrom wird einer zweiten Trennsäule zugeführt, wo am Sumpf ein mit Stickstoff, Methan, Sauerstoff und Kohlenoxid verunreinigtes Argon gewonnen wird» lach einer chemischen Reinigung dieses Sumpfprodukte wird das verbleibende Stickstoff-Argon-Gemisch einer dritten Trennsäule zugeführt, an', deren Sumpf "hochangereichertes Argon gewonnen wird*Another possibility is given by obtaining three fractions in a first separation column (US Pat. No. 3,333), where at the bottom the main amount of methane, at the top the hydrogen and argon, nitrogen, including portions of methane, oxygen and carbon oxide, are withdrawn as side stream This sidestream is fed to a second separation column, where an argon contaminated with nitrogen, methane, oxygen and carbon monoxide is recovered at the bottom. After a chemical purification of this bottom product, the remaining nitrogen-argon mixture is fed to a third separation column Swamp "highly enriched argon is recovered *

Die genannten Verfahren sind apparativ und/oder energetisch sehr aufwendig und haben durch die schrittweise Isolierung der einzelnen Komponenten und den daraus resultierenden großen Produktströmen erhebliche Argon-Verluste mit den einzelnen Komponenten oder Fraktionen zur Folge.The methods mentioned are very complex in terms of apparatus and / or energy and, due to the stepwise isolation of the individual components and the resulting large product streams, result in considerable losses of argon with the individual components or fractions.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, bei der Gewinnung von Argon aus Entspannungsgasen durch mehrstufige' Tieftemperaturrektifikation die Produktströme zu vermindern und die·Argonverluste zu senken*The aim of the invention is to reduce the product flows and to reduce the argon losses in the recovery of argon from flash gases by multistage cryogenic rectification.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

3s bestand somit die Aufgabe, durch Veränderung der Produktzuführung und - entnahme an der Trennsäule zur Zerlegung des Argon-Stickstoff-Methan-Gemisches,. die Gewinnung von Argon durch Tieftemperaturrektifikation günstiger zu gestalten«3s was thus the task, by changing the product supply and - removal on the separation column for the decomposition of the argon-nitrogen-methane mixture. to make the extraction of argon through cryogenic rectification more favorable «

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Zerlegung eines Argon-Stickstoff-Methan-Gemisches, das aus Entspannungsgasen von Syntheseverfahren, vorzugsweise einer Ammoniaksynthese, gewonnen und dem ggf* eine argonhaltige, vorbehandelte Fraktion einer Luftzerlegungsanlage zugemisGht wurde, in eine argonoreiche Fraktion bei gleichzeitiger Gewinnung hochangereicherten Stickstoffs und Methans erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zerlegung des hinsichtlich seiner Menge und der Konzentrationen seiner Komponenten schwankenden Gemisches in einer einzigen Trennsäule erfolgt, wobei das Gemisch in flüssiger oder auch gasförmiger Form in die Trennsäule eingeleitet, die argonreiche Fraktion in flüssiger oder auch gasförmiger Form als Seitenstrom, der hochangereicherte Stickstoff als flüssiges oder gasförmiges Kopfprodukt und das hochangereicherte Methan als Suinpfprodukt aus der Trennsäule entnommen werden- Das Argon-Stickstoff-Methan-Gemisch, das noch bis zu 2 Hol-% Y/asserstoff enthält und in dem die Konzentrationen des Argons im Bereich von 15 bis 30 Mol-%, des Stickstoffs im Bereich von 10 bis 55 1Kol-% und des Methans im Bereich von 30 bis 60 Mo1-$ schwanken, wird vorzugsweise mit einem Druck von ca. 350 bis 400 kPa und einer Temperatur von ca. 100 K Wenige Böden oberhalb des Sumpfes in die Trennsäule eingespeist« Zwischen der Mitte der Trennsäule und dem 3eginn des oberen Drittels erfolgt die Entnahme des Seitenstromes an einer Stelle, wo dieser mehr als 75 Mo1-% Argon enthält» 'oe:L ca» 97 K vorzugsweise in flüssiger Form« Mit zunehmendem Eücklaufversältnis kann der Argongehalt auf über 99 Mol-/3 angehoben werden· Der Seitenstrom der Trennsäule enthält weniger als 1.10*"° Mo 1-$ Methan, das Kopf produktThis object is achieved by a process for the decomposition of an argon-nitrogen-methane mixture, which was obtained from flash gases of synthesis processes, preferably ammonia synthesis, and if necessary an argon-containing, pretreated fraction of an air separation plant was zugemisGht in an argon-rich fraction while obtaining highly enriched Nitrogen and methane inventively achieved in that the decomposition of the varying in its amount and the concentrations of its components mixture takes place in a single separation column, wherein the mixture introduced in liquid or gaseous form in the separation column, the argon-rich fraction in liquid or gaseous form as side stream, the highly enriched nitrogen as liquid or gaseous top product and the highly enriched methane as Suinpfprodukt be taken from the separation column - the argon-nitrogen-methane mixture, the up to 2% by weight Y / erstoff ent and in which the concentrations of the argon in the range of 15 to 30 mol% of the nitrogen in the range of 10 to 55 1Kol-% and the methane in the range of 30 to 60 Mo1- $ fluctuate, is preferably at a pressure of approx 350 to 400 kPa and a temperature of approx. 100 K Few trays fed into the separation column above the sump «Between the middle of the separation column and the beginning of the upper third, the sidestream is drawn off at a point where it discharges more than 75 mol. % Argon contains'' Oe : L ca' 97 K, preferably in liquid form. "With increasing reflux ratio the argon content can be raised to more than 99 mol / 3 · The side stream of the separation column contains less than 1.10 *" ° Mo 1- $ methane, the head product

weniger als 0,05 Mo1-$ Argon und das Sumpfprodukt weniger als 0,2 Mol-% Argon.» Das Rücklaufverhältnis der Trennsäule wird gemäß dem Argongehalt im Seitenstrom, sowie die Menge und Geschwindigkeit der Seitenstromentnahme werden in Abhängigkeit vorn Argongehalt des Argon-Stickstoff-Methan-Gemisches geregelt. Die argonreiche Fraktion kann zwecks zusätzlicher Aufkonzentration einer weiteren Trennsäule zugeführt werden«less than 0.05 Mo1- $ argon and the bottom product less than 0.2 mol% argon. "The reflux ratio of the separation column will be according to the argon content in the side stream, and the amount and rate of side stream withdrawal will depend on the argon content of the argon nitrogen -Methane mixture regulated. The argon-rich fraction may be added to another column for additional concentration. "

Ausführungsbeispielembodiment

58 kmol/h eines hinsichtlich seiner Zusammensetzung um einen Mittelwert von 32 Mol-% Stickstoff, 22 Mol-% Argon und 46 Mol-% Methan schwankenden £n.tspannungsgases wurden in eine aus 30 Böden bestehende Trennsäule bei 100 K und 375 kPa am 27· Boden (vom Kopf der Trennsäule aus gerechnet) eingespeist. Das methanreiche'Sumpfprodukt.mit weniger als 0,3 Mol-% Argon und Stickstoff wurde .flüssig abgezogen (ca* 27 kmol/h). Bei einem Mindestrücklaufverhältnis von 3? das hier in modifizierter Form als Verhältnis zwischen der Summe aller flüssigen Molmengen zur Summe aller gasförmigen Molmengen am Kondensator angewendet wurde, wurde am 16* Boden bei 97 K ein flüssiger Seitenstrom (ca- 17 kmol/h) mit im Mittel 81 MoI-^ Argon abgeführt« Der Argonanteil kann bei Steigerung des Rücklauf-Verhältnisses auf über 99 .Mol-% angehoben werden. Die verbleibenden 14 kmol/h Stickstoff mit einem Restargongehalt von 0,035 Mol-% wurden bei 90 K am Kopf der Kolonne wahlweise flüssig oder gasförmig entnommen.58 kmol / h of a composition of gas fluctuating in composition by an average of 32 mol% of nitrogen, 22 mol% of argon and 46 mol% of methane were placed in a separating column consisting of 30 plates at 100 K and 375 kPa on 27 · Fed into the soil (calculated from the head of the separation column). The methane-rich bottoms product with less than 0.3 mol% argon and nitrogen was drawn off liquid (about 27 kmol / h). At a minimum reflux ratio of 3? which was applied here in modified form as the ratio of the sum of all liquid molar amounts to the sum of all gaseous molar amounts at the condenser, a liquid sidestream (~ 17 kmol / h) at 97 K at 16 ° C. was found, with an average of 81 molar argon dissipated «The argon content can be raised to over 99 mol% as the reflux ratio is increased. The remaining 14 kmol / h of nitrogen with a residual argon content of 0.035 mol% were taken off at 90 K at the top of the column, optionally liquid or gaseous.

Claims (5)

η ο Erf indungsanspicucrr - U '-J "ί ί ^*η ο Erf indungsanspicucrr - U '-J "ί ί ^ * 1, Verfahren zur Zerlegung eines Argon-Stickstoff-Methan-Gemisches, das aus Entspannungsgasen von Syntheseverfahren gewonnen und dem ggf* eine argonbaltige, vorbehandelte Fraktion einer Luftzerlegungsanlage zugemischt wurde, in eine argonreiche Fraktion bei gleichzeitiger Gewinnung hochangereicherten Stickstoffs und Methans durch Tieftemperaturrektifikation, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerlegung des hinsichtlich seiner Menge und der Konzentrationen seiner Komponenten schwankenden Gemisches in einer einzigen Trennsäule erfolgt, wobei das Gemis.ch in flüssiger oder auch gasförmiger Form in die Trennsäule eingeleitet, die argonreiche Fraktion in flüssiger oder auch gasförmiger Form als Seitenstrom, der hochangereicherte'Stickstoff als flüssiges oder gasförmiges Kopfprodukt und das hochangereicherte Methan als Sumpfprodukt aus der Trennsäule entnommen werden*1, Process for the decomposition of an argon-nitrogen-methane mixture, which was obtained from flash gases from synthesis processes and optionally admixed with an argon-containing, pretreated fraction of an air separation plant, in an argon-rich fraction while simultaneously obtaining highly enriched nitrogen and methane by cryogenic rectification, characterized in that the decomposition of the mixture, which varies with respect to its quantity and the concentrations of its components, takes place in a single separation column, the Gemis.ch being introduced into the separation column in liquid or gaseous form, the argon-rich fraction in liquid or also gaseous form as side stream highly enriched nitrogen as liquid or gaseous top product and the highly enriched methane as bottom product are removed from the separation column * 2» Verfahren nach Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß das .Gemisch bis zu 2 Mol-% Wasserstoff enthält und die Konzentrationen des Argons im Bereich von 15 bis 30 Mo1-% und des Methans im Bereich von 30 bis 60 Mol-% schwanken-2 »Process according to item 1, characterized in that the .Geschisch up to 2 mol% of hydrogen and the concentrations of the argon in the range of 15 to 30 Mo1-% and the methane in the range of 30 to 60 mol% fluctuate - 3. Verfahren nach Pkt· 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einleitung des Gemisches in die Trennsäule wenige Böden oberhalb des Sumpfes und die Entnahme des Seitenstromes zwischen der Mitte und dem 3eginn des oberen 'Drittels der Trennsäule, an einer Stelle, bei der der Seitenstrom mehr als 75 Mol-% Argon enthält, erfolgen»3. The method according to Pkt · 1 and 2, characterized in that the introduction of the mixture into the separation column a few floors above the bottom and the removal of the side stream between the middle and the 3eginn the upper 'third of the column, at a point at which the side stream contains more than 75 mol% of argon, » 4. Verfahren nach Pkt* 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Seitenstrom der Trennsäule weniger als 1* 10*"° Moi-% Methan, im Köpf produkt '.veniger als 0,05 i/Iol-% Argon und.im Sumpfprodukt weniger als 0,2 Moi-% Argon enthalxen sind*4. The method according Pkt * 1 to 3, characterized in that in the side stream of the separation column less than 1 * 10 * "° Moi% methane, in the head product 'vveniger than 0.05 i / Iol-% argon and.im Bottoms are less than 0.2% by mole of argon enthalxen * 5. Verfahren nach Pkt« 1 bis 4> dadurch gekennzeichnet, daß das Rücklaufverhältnis der Trennsäule gemäß dem Argongehalt im Seitenstrom sowie die Menge und Geschwindigkeit der Seitenstromentnahme in Abhängigkeit vom Argongehalt des Argon-Stickstoff-Methan-Gemisches geregelt werden»5. The method according Pkt «1 to 4>, characterized in that the reflux ratio of the column according to the argon content in the side stream and the amount and speed of the side stream withdrawal depending on the argon content of the argon-nitrogen-methane mixture are regulated»
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0722074A2 (en) * 1995-01-11 1996-07-17 The BOC Group plc Air separation

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0722074A2 (en) * 1995-01-11 1996-07-17 The BOC Group plc Air separation
EP0722074A3 (en) * 1995-01-11 1997-04-16 Boc Group Plc Air separation

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