DD239580A1

DD239580A1 - Verfahren zur gewinnung von reinem krypton und reinem xenon

Info

Publication number: DD239580A1
Application number: DD27886285A
Authority: DD
Inventors: Hans-Juergen Maass; Michael Maercz; Horst Schultchen; Horst Schurig; Juergen Zastrow; Hans Frommann; Klaus Hagemeyer
Original assignee: Dresden Komplette Chemieanlag
Priority date: 1985-07-23
Filing date: 1985-07-23
Publication date: 1986-10-01

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Tieftemperaturdestillation zur Gewinnung von Krypton und Xenon. Die Destillation soll so durchgefuehrt und geregelt werden, dass Krypton und Xenon mit sehr hoher Reinheit gewonnen werden koennen. Dies wird erreicht, indem der ersten Destillationsstufe eine solche Rohgasmenge zugefuehrt wird, dass der Druck konstant bleibt, der abgezogene Gasstrom, der die Inerten enthaelt, konstant gehalten wird, das in der ersten Destillationsstufe kondensierte Krypton-Xenon-Gemisch anschliessend vollstaendig verdampft wird, ein konstanter Teil des Dampfgemisches in die zweite Destillationsstufe gefuehrt und der Rest des Dampfgemisches in die erste Destillationsstufe zum Feinabtrieb der Inerten aus dem Kondensat zurueckgefuehrt wird, in der zweiten Destillationsstufe eine solche Krypton-Gasmenge abgezogen wird, dass der Druck konstant bleibt und die zu verdampfende Menge an Sumpffluessigkeit bis zum Erreichen der Siedetemperatur des Xenons ueber den Sumpfstand und nach Erreichen der Siedetemperatur des Xenons ueber diese eingestellt wird. Figur

Description

-2- 433 OBU

in der zweiten Destillationsstufe wird eine solche Krypton-Gasmenge abgezogen, daß der Druck in der zweiten Destillationskolonne konstant bleibt. In einer Kolonne wird bis zum Erreichen der Siedetemperatur des Xenons die zu verdampfende Menge an Sumpfflüssigkeit in der Untersäule bzw. in einem Sammelbehälter über den Flüssigkeitsstand eingestellt. Ist die Siedetemperatur des Xenons erreicht, wird die zu verdampfende Menge an Sumpfflüssigkeit (Xenon) über die Siedetemperatur des Xenons eingestellt.

Die Kolonnen der beiden Destillationsstufen sind an ihrem Kopf jeweils mit einem Kondensator ausgerüstet. Diese Kondensatoren weisen jeweils eine konstante Kondensationsleistung auf .Der Druck in der ersten Destillationsstufe ist höher als der Druck in der zweiten Destillationsstufe.

Die Gewinnung von reinem Krypton und Xenon im kontinuierlichen Betrieb birgt das Problem in sich, daß es sich hierbei um die Aufarbeitung sehr kleiner Stoffmengen handelt. So fallen beispielsweise bei der Aufarbeitung von 11000 m³/h i. N. eines Restgases der Ammoniaksynthese nur etwa 0,23 l/h flüssiges Krypton-Xenon-Gemisch an. Solche geringen Flüssigkeitsmengen lassen sich technisch nur schwierig handhaben. ;

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Aufarbeitung dieser geringen Krypton-Xenon-Mengen mit relativ geringem Aufwand. Bei den hohen Reinheitsanforderungen an die gewonnenen Edelgase Krypton und Xenon ist es wichtig, daß der zweiten Destillationsstufe ständig eine konstante Menge des Krypton-Xenon-Gemisches zugeführt wird. Durch die erfindungsgemäße vollständige Verdampfung des Gemisches kann dieses der zweiten Destillationsstufe dampfförmig zugeführt werden/wodurch eine sichere kontinuierliche Mengendosierung ermöglicht wird.

Ausfühmngsbeispie!

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung ist ein Schema eines zweistufigen Destillationsverfahrens zur Gewinnung von reinem Krypton und Xenon dargestellt. In einer dem zweitstufigen Destillatorisverfahren vorgeschalteten Methantrennsäule einer Argonanlage, in der die Restgase einer Ammoniaksynthese aufgearbeitet werden, fallen stündlich 1300 m³ i. N. Methan mit einem Gehalt von 0,01 Vol.-% Kryptor und Xenon an. Dieses Gemisch wird kontinuierlich durch Tieftemperaturdestillation in eine reine Methanfraktion und in ein Roh-Krypton-Xenon-Gemisch mit einer Reinheit von ca.99,8Vol.-% zerlegt. Dabei fallen maximal 0,13m³/h i. N. Roh-Krypton-Xenon-Gemisch an. Diese relativ geringe Menge wird zunächst gespeichert. Nachdem etwa 50 m³ i. N. gesammelt wurden, erfolgt kontinuierlich eine katalytische und adsorptive Feinreinigung dieses Gemisches. Das Gemisch enthält danach mehr als 99,95Vol.-% Krypton und Xenon.

Dieses Krypton-Xenon-Gasgemisch soll durch eine Tieftemperaturdestillation weiter gereinigt und getrennt werden. Dazu wire es kontinuierlich in den Mittelteil der ersten Kolonne 1 über die Rohgasleitung 2 aufgegeben. In der Rohgasleitung 2 ist der erste Druckregler 3 angeordnet, der dafür sorgt, daß der ersten Kolonne 1 stets soviel Krypton-Xenon-Gasgemisch zugeführt wird, dali der Druck dieser Kolonne konstant bleibt. Er beträgt 0,35MPa. Der ersten Kolonne 1 wird im Durchschnitt etwa 1 m³/h i. N. Krypton-Xenon-Gasgemisch zugeführt.

Die erste Kolonne 1 besteht aus einer Obersäule und einer Untersäule. Am Kopf der Obersäuie ist der erste Kondensator 4 angeordnet, welcher mit flüssigem Stickstoff beaufschlagt wird und eine konstante Kondensationsleistung besitzt. Das im mittleren Teil der ersten Kolonne 1 aufgegebene Krypton-Xenon-Gasgemisch strömt in der Obersäule nach oben und wird dort einerseits durch herabfließendes Kondensat und andererseits in dem ersten Kondensator 4 weitgehend kondensiert. Die höher siedenden Inerten bleiben gasförmig und verlassen die erste Kolonne 1 am Kopf über die Inertgasleitung 5. Mit Hilfe des Inertgasmengenstromreglers 6 wird diese Inertgasmenge stets konstant gehalten. Der Inertgasstrom beträgt von seiner Größe her 3% des der ersten Kolonne 1 durch die Rohgasleitung 2 zugeführten Krypton-Xenon-Gasgemisches. Dieser Gasstrom kann zeitweise auch Krypton enthalten, welches durch Einfrieren zurückgewonnen und dem aufzuarbeitendem Roh-Krypton-Xenon-Gemisch wieder zugeführt wird. Dieser als Rückführgas bezeichnete Gasstrom enthält als Inertbestandteile im wesentlichen Argon und Stickstoff.

Am Boden der ersten Kolonne 1 werden dieser kontinuierlich etwa 5 l/h flüssiges Krypton-Xenon-Gemisch abgezogen. Dieses Gemisch wird in den Verdampfer 7 geführt und dort vollständig verdampft. Der danach vorliegende Krypton-Xenon-Dampfstror wird geteilt Ein Teil des Darnpfgemisches wird in die zweite Kolonne 8 geführt, wobei der Mengenstromregler 9 dafür sorgt, daß stets nur ein gleichbleibender konstanter Mengenstrom in die zweite Kolonne 8 tritt. Der andere Teil des den Verdampfer 7 verlassenden Dampfstromes, welcher in seiner Menge variabel ist und den restlichen Teil des Dampfes darstellt, wird in die erst« Kolonne 1 zurückgeführt. Das Dampfgemisch tritt in den unteren Teil der ersten Kolonne 1 ein und strömt im Gegenstrom zum flüssigen Krypton-Xenon-Gemisch in der Untersäule nach oben. Die dabei auftretende rektifizierende Wirkung führt zu einem Feinabtrieb der Inerte aus dem flüssigen Krypton-Xenon-Gemisch in der Untersäule. In der zweiten Kolonne 8 wird die zweite Destillationsstufe realisiert. Diese Kolonne besteht ebenfalls aus einer Obersäule und aus einer Untersäule, wobei die Obersäule an ihrem Kopf mit dem zweiten Kondensator 10 versehen ist, welcher ebenfalls mit flüssigem Stickstoff gekühlt wird. Das aus dem Verdampfer 7 kommende Krypton-Xenon-Dampfgemisch wird in den mittleren Teil der zweiten Kolonne 8 zwischen der Obersäule und der Untersäule aufgegeben und in dieser Kolonne bei einem Druck von 0,25MPa rektifiziert. Der zweite Kondensator wird mit flüssigem Stickstoff beaufschlagt und besitzt eine konstante Kondensationsleistung. Im Kopf der zweiten Kolonne 8 verläßt durch die Kryptonleitung 11 hochreines Krypton (Reinheit>99,99%) die zweite Destillationsstufe. In der Kryptonleitung 11 ist der zweite Druckregler 12 angeordnet, welcher so eingestellt ist, daß nur soviel Krypton die zweite Destillationsstufe verlassen kann, daß der Druck in der zweiten Kolonne 8 ständig 0,25MPa beträgt. Dabei beträgt die Kryptonmenge etwa 0,8 bis 0,9m³/h i. N.

weite Kolonne 8 steht an ihrem untersten Teil mit dem Behälter 13 in Verbindung, welcher mit der elektrischen iinrichtung 14 versehen ist. Das abgetrennte Xenon wird als Sumpfflüssigkeit in dem Behälter 13 gesammelt. Mit Hilfe der !inrichtung 14 wird das Xenon teilweise verdampft. Der dabei entstehende Xenondampf wird in die Untersäule der zweiten ine 8 geführt, strömt dort nach oben und tritt dabei in Stoffaustausch mit der herabfließenden Krypton-Xenon-Flüssigkeit.

i tritt eine starke Abreicherung des Xenons zum Kopf der Kolonne hin auf.

er Inbetriebnahme der Anlage enthält die in dem Behälter 13 gesammelte Sumpfflüssigkeit zunächst noch überwiegend ton. Dieses wird während des Verlaufes der Destillation allmählich verdampft und Xenon ersetzt. Bis zum Erreichen der »temperatur des Xenons wird der Flüssigkeitsstand (Sumpfstand) in dem Behälter 13 mit Hilfe eines igkeitsstandreglers geregelt.

bnähme des Kryptongehaltes in der Sumpfflüssigkeit (Xenon) steigt die SiedetemperatuTirnBehälter 13 an. Ist im Behälter

w. in der Untersäule der zweiten Kolonne 8 die Siedetemperatur des reinen Xenons erreicht, wird die zu verdampfende nmenge über diese Temperatur eingestellt. Pro Stunde fallen etwa 0,1331 Xenon an.

ehälter 13 ist so dimensioniert, daß das gesamte in dem zu trennenden 50m³ i. N. Roh-Krypton-Xenon-Gemisch enthaltene in darin gesammelt werden kann. Dies sind etwa 6,651 Xenon. Das gesammelte Xenon verläßt die Destillationsanlage äßlich durch die Xenonleitung 15. Nach Verdampfung wird es adsorptiv nachgereinigt, wobei in Spuren enthaltene -ireinigungen, wie Wasser, Kohlendioxid und andere Gase, entfernt werden. Das Xenon hat danach eine Reinheit von

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Gewinnung von reinem Krypton und reinem Xenon durch Destillation in zwei Stufen, wobei in der ersten Destillationsstufe aus dem Gasgemisch die Inerten abgetrieben werden und in der zweiten Destillationsstufe das Krypton-Xenon-Gemisch getrennt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten Destillationsstufe eine solche Gasmenge zugeführt wird, daß der Druck konstant bleibt, der abgezogene Stoffstrom, der die Inerten enthält, konstant gehalten wird, das in der ersten Destillationsstufe kondensierte Krypton-Xenon-Gemisch anschließend vollständig verdampft wird, ein konstanter Teil des dabei entstehenden Dampfgemisches in die zweite Destillationsstufe geführt und der Rest des Dampfgemisches in die erste Destillationsstufe zum Feinabtrieb der Inerten aus der Flüssigkeit zurückgeführt wird, in der zweiten Destillationsstufe eine solche Krypton-Gasmenge abgezogen wird, daß der Druck konstant bleibt, die zu verdampfende Menge an Sumpfflüssigkeit bis zum Erreichen der Siedetemperatur des Xenons über den Sumpfstand eingestellt wird und ab Erreichen der Siedetemperatur des Xenons über diese eingestellt wird und beide Destillationsstufen an ihrem Kopf jeweils eine konstante Kondensatorleistung aufweisen.

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung wird bei der destillativen Gewinnung von sehr reinem Krypton und sehr reinem Xenon aus einem stark angereicherten Krypton-Xenon-Gasgemisch angewendet.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist seit langem bekannt, die Edelgase Krypton und Xenon direkt aus der Luft im Anschluß an Luftzerlegungsanlagen oder aus den Entspannungsgasen der Ammoniaksynthese zu gewinnen. Da die Edelgase in diesen Gasen in nur sehr geringen Konzentrationen vorliegen, ist es zunächst erforderlich, die Edelgase in gesonderten Anlagen anzureichern. Dabei ist es aus sicherheitstechnischen Gründen notwendig, die mitgeführten Kohlenwasserstoffe zu entfernen. Aus dem danach vorliegenden Krypton-Xenon-Gemisch werden durch Adsorption oderTiefentemperaturdestillation die beiden Gase getrennt. Aus der DE-PS 454197 ist ein Tieftemperaturdestillationsverfahren bekannt, bei dem in einer Kolonne aus einem Sauerstoff-Krypton-Xenon-Gemisch zuerst der Sauerstoff ausgetrieben wird. Danach gelangt das flüssige Krypton-Xenon-Gemisch durch ein Heberrohr in den darunter liegenden Teil der Kolonne, in dem das Krypton ausgetrieben wird, während sich das Xenon am Sumpf der Kolonne sammelt und dort abgezogen wird. Mit Hilfe eines am Kopf der Kolonne angeordneten Kondensators, welcher mit flüssigem Stickstoff beaufschlagt wird, wird ein Sauerstoffrücklauf erzeugt, welcher zur Reinigung des Sauerstoffes von mitgerissenem Krypton dient.
Die Reinheit der auf diese Weise gewonnenen Edelgase genügt jedoch den heutigen Anforderungen nicht mehr.

Ziel der Erfindung '

Ziel der Erfindung ist es, aus einem stark angereicherten Krypton-Xenon-Gemisch durch eine Tieftemperaturdestillation Krypton und Xenon mit geringem manuellem Aufwand und mit hoher Ausbeute zu gewinnen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Destillation so durchzuführen und zu regeln, daß Krypton und Xenon jeweils mit sehr hoher Reinheit gewonnen werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der ersten Destillationsstufe eine solche Menge des Krypton-Xenon-Gasgemisches zugeführt wird, daß der Druck in der ersten Destillationskolonne, in der die erste Destillationsstufe durchgeführt wird, konstant bleibt. Ebenso wird auch die am Kopf dieser Destillationskolonne abgezogene Gasmenge, in der sich neben Krypton die Inertbestandteile, wie Argon, Stickstoff, Wasserstoff, Sauerstoff u.dgl. aus dem aufgegebenen Krypton-Xenon-Gemisch befinden, konstant gehalten.

Die erste Destillationskolonne besteht aus einer Obersäule und aus einer Untersäule. Die Obersäule ist an ihrem Kopf mit einem Kondensator versehen, welcher mit flüssigem Stickstoff gekühlt wird. Das zu trennende Krypton-Xenon-Gasgemisch wird dieser Kolonne zwischen der Ober- und Untersäule zugeführt. Das Gasgemisch strömt in der Obersäule nach oben, wobei entgegenströmendes Kondensat ein weitgehendes Kondensieren des Kryptons und des Xenons bewirkt. Im Kondensator findet darüber hinaus ein annähernd vollständiges Kondensieren des Krypton-Xenon-Gemisches statt. Das den Sumpf dieser Kolonne verlassende Kondensat wird anschließend vollständig verdampft. Ein gleichbleibender konstanterTeil des hierbei entstehenden Dampfgemisches wird in die zweite Destillationsstufe geführt, die in einer zweiten Destillationskolonne realisiert wird. Der Rest des Dampfgemisches, ein in seiner Menge veränderbarer Teil, wird in die erste Destillationsstufe in den unteren Teil der Kolonne zurückgeführt und dient dort zum Feinabtrieb der Inerten aus dem Kondensat.