DE1048937B

DE1048937B - Verfahren zur Gewinnung von Argon aus Syntheserestgas

Info

Publication number: DE1048937B
Application number: DEM35752A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Wolfgang Mueller
Original assignee: Adolf Messer GmbH
Current assignee: Adolf Messer GmbH
Priority date: 1957-10-29
Filing date: 1957-10-29
Publication date: 1959-01-22

Description

Verfahren zur Gewinnung von Argon aus Syntheserestgas Die Erfindung betrifft die Gewinnung von Argon aus einem Restgas der Ammoniaksynthese durch Tiefkühlung und Rektifikation. Das Verfahren ist auch auf Gasgemische anwendbar, die durch ähnliche Operationen wie bei der Ammoniaksynthese eine Anreicherung von Argon aufweisen und bei denen eine Trennung durch Rektifikation und Tiefkühlung möglich ist.
Die Restgase, welche einen Ammonialcsyntheseofen verlassen, bestehen meistens aus einem Gemisch von Wasserstoff, Stickstoff, Argon und Methan. Der Argongehalt kann dabei 20 bis 251/o erreichen. Die Aufgabe der Restgaszerlegung ist es, sowohl das Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch zurückzugewinnen, um es wieder der Synthese zuführen zu können, als auch das Argon in reiner Form zu erhalten.
\T ach den bisher üblichen Verfahren wird die Trennung der einzelnen Komponenten folgendermaßen vorgenommen: Das -Syntheserestgas wird in einem Wärmeaustauscher von Umgebungstemperatur bis zur Verflüssigungsgrenze abgekühlt, wobei es unter einem Druck von 10 ata aufwärts steht. Anschließend entfernt man in einer Rektifikationskolonne das Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch als Kopfprodukt und erhält im Kolonnensumpf ein Konzentrat aus Stickstoff, Argon und Methan. Wasserstoff ist nur noch in Spuren vorhanden. Dieses. Konzentrat wird in eine weitere Kolonne geleitet, in der das Methan aus dem Kolonnensumpf entnommen wird, während Stickstoff und Argon als Kopfprodukt entweichen. Dieses gasförmige abgezogene Gemisch gelangt nun in eine letzte Kolonne, in der der Stickstoff vom Argon getrennt wird. Die Kolonnen stehen unter einem Druck von etwa 1 bis -I ata. Um den erforderlichen Rücklauf und Dampfauftrieb in den zwei letztgenannten Kolonnen zu erzeugen, wird ein Kreislauf eingesetzt, der beispielsweise mit Stickstoff arbeitet. Dieser Stickstoff wird komprimiert, in einem Wärmeaustauscher im Gegenstrom zu drucklosem Kreislaufstickstoff abgekühlt. Danach führt man den Stickstoff durch zwei Verdampferschlangen, die sich im Sumpf der Kolonnen befinden. Der Stickstoff wird hierbei verflüssigt und erzeugt in den Kolonnen eine entsprechende Menge Dampf. Anschließend entspannt man den Kreislaufstickstoff und gibt die entspannte Flüssigkeit in Kondensatoren., die sich am Kopf der beiden Kolonnen befinden. Der Kreislaufstickstoff verdampft hier und bildet dabei eine äquivalente Menge Rücklaufflüssigkeit.
Um das Argon in reiner Form darzustellen, ist eine ganz bestimmte Menge an Kreislaufstickstoff erforderlich. Daraus ist ersichtlich, daß die Betriebskosten für die Gewinnung des Argons durch diese Stickstoffmenge wesentlich beeinflußt werden. Das Verfahren nach der Erfindung bezweckt bei dein beschriebenen Verfahren eine wesentliche Ersparnis an Kreislaufstickstoffmenge bei gleichbleibender Argonreinheit. Nach der Erfindung wird die zweite Kolonne, aus der am Sumpf das reine Argon entzogen wird, auf die erste Kolonne gesetzt, die das Methan entfernt. Die erste Kolonne muß dabei unter etwas erhöhtem Druck stehen, z. B. unter 5 ata. Mit Hilfe dieser Anordnung wird erreicht, daß die Sumpfflüssigkeit der zweiten Kolonne als Kühlmittel für die erste Kolonne dient. Dadurch wird die Kreislaufstickstoffmenge eingespart, die nach dem bekannten Verfahren für die Rücklaufbildung in der ersten Kolonne sorgt. Außerdem wird das Stickstoff-Argon-Gemisch am Kopf der ersten Kolonne in flüssiger Form entnommen und der zweiten Kolonne zugeführt. Bekanntlich läßt sich dadurch das erforderliche Rücklaufverhältnis verringern, wenn der Zulauf flüssig statt gasförmig erfolgt. Zur Beheizung der ersten Kolonne dient wieder Stickstoff, und auch die Kühlung der zweiten Kolonne wird mit Kreislaufstickstoff ausgeführt.
Die Ersparnis an Kreislaufstickstoff beträgt bei gasförmiger Erzeugung des Argons und gleichbleibender Reinheit ungefähr -10°/o der Kreislaufmenge, die nach dem bekannten Verfahren erforderlich ist.
Mit Hilfe des Fließschemas der Zeichnung sei das erfindungsgemäße Verfahren einer Argongewinnung aus Syntheserestgas näher erläutert. Das Restgas gelangt durch die Rohrleitung 1 zum Wärmeaustauscher 2. In diesem Austauscher wird das Gas bis zur Sättigungstemperatur abgekühlt und durch die Leitung 3 in den Sumpf der Kolonne 4 geleitet. Durch die Leitung 5 entweicht der Wasserstoff und ein Teil des Stickstoffes. In der Verdampferschlange 6 wird dieses Gasgemisch erwärmt und anschließend in einer Expansionsmaschine 7 entspannt, wobei die erforderliche Kälte für die Anlage erzeugt wird. In der Leitung 8 vereinigt sich das mit dem Stickstoff, der von Kolonne 17 durch die Rohrleitung 25 kommt. In der Verdampferschlange 9 gibt das Gemisch einen Teil seiner Kälte ab und gelangt anschließend durch die Leitung 10 zum Wärmeaustauscher 2, wo es bis in die Nähe der Umgebungstemperatur angewärmt wird.
Das Sumpfprodukt der Kolonne 4, bestehend aus Stickstoff, Argon und Methan, wird in flüssiger Form durch Leitung 11 geschickt, im Ventil 12 auf etwa 5 ata entspannt und in diesem Zustand in den Kolonnenteil 13, gegeben. Hier wird das Methan vom Sticksto@ff-Argon abgetrennt, wobei das Methan durch die Rohrleitung 14 zum Wärmeaustauscher 2 geführt wird. Im Austauscher erfolgt dann ebenfalls eine Anwärmung auf nahezu Umgebungstemperatur. Am Kopf des Kolonnenteils 13 wird das Stickstoff-Argon-Gemisch flüssig durch die Leitung 15 entnommen, in Ventil 16 entspannt und in den Kolonnenteil 17 gegeben. Beide Kolonnenteile enthalten zur Erzielung der gewünschten Trennung eine Anzahl Rektifizierböden.
Die Kolonnenteile 13 und 17 sind voneinander durch eine Zwischenwand 18 getrennt. Der Kondensator 19 dient sowohl zur Bildung des Rücklaufs im Kolonnenteil 13 als auch zur Erzeugung des Dampfstromes für den Kolonnenteil 17. Er besteht aus einer Vielzahl von Rohren, die mit dem Kolonnenteil 13 verbunden sind und in der Haube 20 zusammengefaßt werden. Aus der Haube werden die schwer kondensierbaren Bestandteile, die in Spuren von der Kolonne 4 nach dem Kolonnenteil 13 gelangt sind und hauptsächlich aus Wasserstoff bestehen, durch die Leitung 21 in gasförmigem Zustand entfernt und dem Stickstoff aus dem Kolonnenteil 17 zugemischt. Durch die Leitung 22 wird flüssiges Argon entnommen, das in einer Verdampferschlange 23 verdampft wird. Weiterhin führt man das Argon durch die Rohrleitung 24 durch den Wärmeaustauscher 2 zur Abfüllstation. Bei Bereitstellung der erforderlichen Kältemengen kann das Argon auch unmittelbar flüssig durch Leitung 22 entnommen und abgefüllt werden.
Am Kopf des Kolonnenteils 17 wird Stickstoff gasförmig durch die Leitung 25 entnommen und, wie schon beschrieben, mit dem Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch, das von der Expansionsmaschine 7 kommt, vermischt. Der Kolonnenteil 17 steht unter einem Druck von etwa 1 bis 2 ata. Die Drücke in den Kolonnenteilen 13 und 17 stellen sich praktisch automatisch ein. Bei einem vorgegebenen Druck im Kolonnenteil 17 stellt sich eine ganz bestimmte Siedetemperatur des Argons im Sumpf ein. Um nun das Stickstoff-Argon-Gemisch vom Kolonnenteil 13 im Kondensator 19 kondensieren zu können, muß dessen Kondensationspunkt einige Grade höher liegen. Infolgedessen liegt aber auch der Druck im Kolonnenteil 13 fest. Um noch Sorge für den nötigen Dampfauftrieb in der Kolonne 13, zu tragen, wird ein Stickstoffkreislauf eingesetzt, der aber, wesentlich kleiner ist als bei dem der Menge nach dem bekannten Verfahren. Der Kreislaufstickstoff wird im Kompressor 26 verdichtet, beispielsweise auf 50 ata, durch die Leitung 27 zum Wärmeaustauscher 28 geführt und in diesem im Gegenstrom zu drucklosem Stickstoff abgekühlt. In der Verdampferschlange 29 wird der Stickstoff weiter gekühlt und erzeugt dabei für den Kolonnenteil 13 den erforderlichen Dampf. Weiterhin gelangt der Kreislaufstickstoff über die Rohrleitung 3.0 zum Tiefkühler 31, wobei er seine Temperatur nochmals verringert. In dem Ventil 32 erfolgt dann eine Drosselentspannung auf etwa 1,0 ata, und nach Abgabe der Verdampfungswärme in der Kühlschlange 33 wird der Kreislaufstickstoff durch die Rohrleitungen 34, 3"5 und 36 geleitet, wobei er in den Wärmeaustausohern 31 und 28 die Wärme des Druckstickstoffes aufnimmt. Anschließend erfolgt wieder die Kompression im Kompressor 26.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Gewinnung von Argon aus Syntheserestgas oder einem ähnlichen Gas, das eine Anreicherung von Argon aufweist, durch Tiefkühlung und Rektifikation, dadurch gekennzeichnet, daß, nach der Entfernung des Wasserstoffs in an sich bekannter Weise, das verbleibende Gemisch in zwei Rektifiziersäulen weiter zerlegt wird, wobei das flüssige Argon der unter niedrigem Druck stehenden Kolonne als Kühlmittel der unter höherem Druck stehenden Kolonne dient und aus der unter höherem Druck stehenden Kolonne eine Fraktion aus Methan am Kolonnensumpf entnommen und am Kopf der unter höherem Druck stehenden Kolonne ein Stickstoff-Argon-Gemisch abgezogen wird, welches in der Niederdruckkolonne in die reinen Komponenten Stickstoff und Argon zerlegt wird unter Benutzung eines Kreislaufes mit z. B. Stickstoff, der den Sumpf der unter höherem Druck stehenden Kolonne beheizt und den Kopf der Niederdruckkolonne kühlt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stickstoff-Argon-Gemisch aus der unter höherem Druck stehenden Kolonne in flüssiger Form entnommen, in einem Drosselventil auf den Druck der Niederdruckkolonne entspannt wird und der Niederdruckkolonne zuströmt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drücke in der unter höherem Druck stehenden Kolonne und der Niederdruckkolonne so festgesetzt sind, daß die Siedetemperatur des flüssigen Argons der Niederdruckkolonne tiefer liegt als die Kondensationstemperatur des Stickstoff-Argon-Gemisches der unter höherem Druck stehenden Kolonne.