DE1121636B - Verfahren zur Erzielung eines gleichbleibeneden Gehaltes eines oder mehrerer Bestandteile von zu zerlegenden Gasgemischen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Erzielung eines gleichbleibenden Gehaltes eines oder mehrerer Bestandteile von zu zerlegenden Gasgemischen Es ist bekannt, zur Zerlegung von Gemischen von Gasen oder verflüssigten Gasen sich der ein- oder mehrstufigen kontinuierlichen Destillation zu be- dienen. Die zu ihrer Durchführung erforderlichen Destillationsantagen, insbesondere Tieftemperaturzerlegungsanlagen, sind in ihrer Funktion und in ihrer Ausbeute sehr empfindlich gegen Schwankungen in der mengenmäßigen Zusammensetzung der in ihre Bestandteile zu zerlegenden Gemische, insbesondere dann, wenn diese in zeitlich kurzer Folge auftreten. Bei Destillationsanlagen, deren Produkte in hoher Reinheit gewonnen werden sollen, kann der Betrieb der Anlage gefährdet werden, wenn diese Schwankungen in so kurzen Zeitabständen auftreten, daß eine Nachregulierung in der Zerlegungsapparatur selbst nicht mehr möglich ist.
• Zur Konstanthaltung der mengenmäßigen Zusammensetzung von zu zerlegenden Gemischen von Gasen oder verflüssigten Gasen sind dann meist Eingriffe in den Ablauf des vorgeschalteten Verfahrens notwendig. Mit Hilfe komplizierter Regelmechanismen kann die Konstanz der zu zerlegenden Gemische auf Kosten der Wirtschaftlichkeit der vorgeschalteten Verfahrensstufen oder der Zerlegungsapparatur selbst erreicht werden. Dies ist besonders dann der Fall, wenn die vorgeschalteten Verfahrensstufen weit verzweigt und in ihrer Produktion voneinander abhängig sind.
• So sind beispielsweise in einem chemischen Großbetrieb eine Hydrieranlage, eine Methanolsyntheseanlage und eine Ammoniaksyntheseanlage neben mehreren kleineren Verbraucherbetrieben über einen gemeinsamen Gasweg miteinander verbunden, so daß sich die Betriebsweise einer dieser Anlagen auf die der anderen auswirkt. Im vorgenannten Beispiel werden alle Gasschwankungen von der NH,-Syntheseanlage aufgenommen. Infolgedessen ist die Zusammensetzung der Entspannungsgase der NH,-Syntheseanlage größeren Schwankungen, insbesondere im Verhältnis des Wasserstoffs zu den anderen Komponenten, d. h. des nicht kondensierbaren zum kondensierbaren Anteil, unterworfen und somit die nachfolgende Tieftemperaturzerlegungsanlage, die zur Gewinnung von H2, CH, und Ar betrieben wird, erheblichen Belastungen ausgesetzt.
• Die Dimensionierung der Trennapparatur richtet sich nach dem geforderten Reinheitsgrad und nach den erstrebten Ausbeuten der einzelnen Komponenten. Ist beispielsweise die maximale Reinheit eines Produktes gefordert, so muß man, um diese zu erzielen, entweder auf einen Teil der Ausbeute verzichten, oder man ist gezwungen, bei der Dimensionierung der Trennapparatur einen erhöhten technischen Aufwand zu treiben, der wiederum die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens in Frage stellen kann.
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzielung eines gleichbleibenden Gehaltes eines oder mehrerer Bestandteile von in Destillationsanlagen zu zerlegenden Gemischen von Gasen oder verflüssigten Gasen, die in ihrer mengenmäßigen Zusammensetzung zeitlichen Schwankungen unterlegen sind. Erfindungsgemäß werden diese Schwankungen dadurch ausgeglichen, daß von den aus dem Gemisch abgetrennten Bestandteilen je nach der Zusammensetzung des zu zerlegenden Gemisches oder einer von dieser Zusammensetzung abhängigen Größe wechselnde Mengen der Trennapparatur direkt oder indirekt wieder zugeführt werden.
• Das Verfahren kann in der Weise durchgeführt werden, daß die abgetrennten Bestandteile auf den Druck der Trennsäule gebracht werden, in der sich die Schwankung der Zusammensetzung des zu zerlegenden Gemisches am ungünstigsten auswirkt. Die aus dem Gemisch abgetrennten Bestandteile werden dann in je nach der Schwankung einer von der Zusammensetzung des zu zerlegenden Gemisches abhängigen Größe wechselnden Mengen, unabhängig von dem zu zerlegenden Gemisch, der Trennapparatur wieder zugeführt.
• Zweckmäßiger geschieht diese Zurückführung, indem die abgetrennten Bestandteile auf den Druck des zu zerlegenden Gemisches gebracht und in je nach der Zusammensetzung des zu zerlegenden Gemisches wechselnden Mengen dem zu zerlegenden Gemisch direkt wieder zugesetzt werden. Es wurde weiterhin gefunden, daß die Wirtschaftlichkeit des Trennverfahrens erhöht werden kann, wenn zur Rückführung solche Bestandteile benutzt werden, die einen Teil der Ausbeuteverluste eines oder mehrerer Produkte enthalten. Es wird dadurch möglich, den technischen Aufwand in bezug auf die Dimensionierung der Trennapparatur selbst in Grenzen zu halten und gleichzeitig einen Teil der Ausbeuteverluste an den betreffenden Bestandteilen des Gemisches wiederzugewinnen.
• Da durch die vor der Rückführung notwendigen Kompressionen Verunreinigungen in die rückzuführenden Bestandteile gelangen können, ist es zweckmäßig, eine Feinreinigung der rückzuführenden Bestandteile vor ihrer direkten oder indirekten Rückführung in die Trennapparatur vorzusehen. Diese Feinreinigung kann z. B. mit Silikagel, Wollfilter oder Wärmetauschern bei tiefer Temperatur erfolgen; sie kann aber auch in den Verfahrensstufen, die das zu zerlegende Gemisch zu durchlaufen hat und die der Trennapparatur vorgeschaltet sind, vorgenommen werden.
• In der Zeichnung sind die verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt. Es zeigt Abb. 1 ein übliches Verfahren zur Trennung der Entspannungsgase einer Ammoniaksyntheseantage in H, N, CH, und Ar in einer Destillationsanlage, Abb. 2 das erfindungsgemäße Verfahren, nach dem die abgetrennten Bestandteile dem zu zerlegenden Gemisch wieder zugesetzt werden, Abb. 3 das erfindungsgemäße Verfahren, nach dem die abgetrennten Bestandteile unabhängig von dem zu zerlegenden Gemisch der Trennapparatur wieder zugeführt werden, Abb. 4 ein übliches Verfahren zur Gewinnung von C,H, aus Spaltgasen, Abb. 5 das erfindungsgemäße Verfahren, nach dem die abgetrennten Bestandteile dem zu zerlegenden Spaltgas wieder zugesetzt werden, und Abb. 6 das erfindungsgemäße Verfahren, nach dem die abgetrennten Bestandteile unabhängig von dem zu zerlegenden Spaltgas der Trennapparatur wieder zugef ührt werden.
• Zum besseren Verständnis des Erfindungsgedankens ist in Abb. 1 ein übliches Verfahren zur Zerlegung von Gemischen von Gasen oder verflüssigten Gasen durch mehrstufige kontinuierliche Destillation dargestellt. Die Entspannungsgasmenge einer Ammoniaksyntheseanlage beträgt 1000 Nm3. Die Normzusammensetzung dieser Entspannungsgase ist folgende: 50 0/, H, 180/,N" 150/,CH, und 150/,Ar sowie 2'/,NH", das sind 50ONm3H" 18ONm3N" 150Nm3CH" 150 Nm3 Ar und 20 Nm3 N H, Dieses Gemisch wird nach Entfernung des NH, in der üblichen Weise in einer Tieftemperaturzerlegungsanlage in die BestandteüeH" N, CH, und Ar aufgetrennt. Zu diesem Zweck werden 100ONm3 Syntheseentspannungsgas durch Leitungl zur Entfernung der 20Nm3NH, über einen Waschturm2 und einen Trockenturm3 nach Abkühlung im Wärmetauscher 4 der Wasserstofftrennsäule 5 zugeführt. 500 Nm3 H, werden abgetrennt und verlassen zusammen mit 40 Nm,' N, und 10 Nms Ar durch die Leitung 6 und den Wärmetauscher 4 die Apparatur. 430 Nm' N, Ar und CH, werden kondensiert und aus der Blase 7 der Wasserstofftrennsäule 5 in die C 11,-Säule 8 eingespeist. Dort werden in der Blase 9 150 Nm3 C H, zusammen mit mit 5 Nm" Ar abgetrennt. Sie verlassen die Anlage über den Wärmetauscher 4, während das verbleibende N,-Ar-Gemisch, bestehend aus 140 Nm3 N, und 135 Nm' Ar, am Kopf 10 der Trennsäule 8 abgezogen und in der Trennsäule 11 zerlegt wird. Sowohl die in der Blase 12 gewonnenen 135 Nra3 Ar als auch die am Kopf 13 gewonnenen 140 NM3 N, werden durch den Wärmetauscher 4 geleitet. Dimensioniert man die Trennsäule 11 so, daß keine vollständige Trennung des N2-Ar-Gemisches stattfindet, so fallen in der Blase 12 100 Nm3 Ar und am Kopf 13a 140 Nm" N, und 35 Nm3 Ar an. Beispiel 1 Bei einem bestimmten Betriebszustand beträgt die Zusammensetzung des Entspannungsgases, abweichend von der Normzusammensetzung, 54,5 0/, H, 13,5 % N, 150/OCH" 150/,Ar und 20/,NH" entsprechend 545 Nm3 H, 135 NM3 N, 150 Nm3 CH, 150 Nm" Ar und 20 Nm3 NH3. Es werden in der Wasserstofftrennsäule 5 545 Nm3 H, abgetrennt und zusammen mit 44 Nm3 N, und 11 NM3 Ar durch die Leitung 6 über den Wärmetauscher 4 aus der Anlage geleitet. 380 Nm3 N, Ar, und C H, werden kondensiert und aus der Blase 7 in die CH,-Säule 8 eingespeist. In der Blase 9 werden 150 NM3 C H, zusammen mit 5 Nm" Ar abgetrennt. Sie verlassen über den Wärmetauscher 4 die Apparatur. Das verbleibende N,-Ar-Gemisch, bestehend aus 91 Nra3 N, und 134 Nm3 Ar, wird am Kopf 10 abgezogen und in der Trennsäule 11 zerlegt. Die in der Blase 12 erhaltenen 134 Nm3 Ar und die am Kopf 13 gewonnenen 91 Nm3 N, werden ebenfalls durch den Wärmetauscher 4 geleitet.
• Wird die Trennsäule 11 so dimensioniert, daß keine vollständige Trennung des N,-Ar-Genüsches stattfinden kann, so fallen in der Blase 12 100 Nm3 Ar und am Kopf 13a 91 Nm3 N2zusammenmit34 Nm3 Ar an.
• , Gemäß Abb. 2 werden zum Ausgleich der Schwankungen entweder 91 Nm3 N, oder ein Gemisch aus 91 Nm3 N, und 34 Nm3 Ar durch die Leitung 14 dem Kompressor 15 zugeführt, dort komprimiert und über eine Leitung mit dem Regelventil 17 vor den Waschturm 2 gegeben. Im Waschturm 2 und im Trockenturm 3 wird der zugeführte Stickstoff bzw. das zugeführte Stickstoff-Argon-Gemisch von eventuellen Verunreinigungen befreit.
• Gemäß Abb. 3 wird der Ausgleich der Schwankungen dadurch erreicht, daß entweder 91 Nms N, oder ein Gemisch aus 91 Nm3 N, und 34 Nras Ar zur Erwärmung über den Wärmetauscher 18 durch die Leitung 19 dem Kompressor 20 zugeführt, dort auf den Druck der Trennsäule 5 komprimiert und in dim durch die Leitung 21 über das Regelventil 22 nach Abkühlung im Wärmetauscher 18 eingespeist werden. Die Feinreinigung geschieht hier durch Ausfrieren eventueller Verunreinigungen im Wärmetauscher 18.
• In Abb. 4 wird ein übliches Verfahren gezeigt, mit dessen Hilfe eine Trennung von Spaltgasen durchgeführt wird. Die Spaltgasmenge beträgt 10 000 Nm". Die Normzusammensetzung dieses Spaltgases ist folgende: 320/OH,+CH" 370/,C,H" 120/#C,He, 190/0 C"H,+C,H" das sind 320ONmH,+CH" 3700 Nm3 C,H" 1200 Nm3 C,H" 1900 Nm3 C,H,+CaH,. Dieses Gemisch wird in einer Tieftemperaturzerlegungsantage gemäß Abb. 4 in die Bestandteile H,+CH" C,H,+C,H" C,H, und C,H, aufgetrennt. Dazu werden 10 000 N M3 Spaltgas durch die Leitung31 über den Wärmetauscher32 der CH,-Trennsäule33 zugeführt. 320ONm3H,+CH, verlassen durch die Leitung 34 und den Wärmetauscher 32 den Kopf der Trennsäute 33, während 3700 Nml C,H" 1200 Nm' C,H,und 1900 Nm3 C,H,--#C,H, kondensiertwerden und aus der Blase 35 der Trennsäule 33 flüssig über die Leitung 36 in die Trennsäule 37 eingespeist werden. Aus der Blase38 werden 180ONm3C,H,+CH, zusammen mit 40ONm'C,H, abgezogen und verlassen über den Wärmetauscher 32 die Anlage. Durch die Leitung 39 werden 3700 Nm3 C,H" 800 Nm' C, H, und 100 Nm3 C, H, in die Trennsäule 40 eingespeist. Am Kopf 43 werden 3500 Nm3 C,H, und aus der Blase 41 200 NM3 C2H" 80ONm3C2H, und 100 Nm3 C., H, durch die Leitung 42 über den Wärmetauscher 32 aus der Anlage abgezogen. Beispiel 2 Bei einem bestimmten Betriebszustand beträgt die Zusammensetzung des Spaltgases in Abweichung von der Normzusammensetzung 2301/, H,+CH" 5001, C,H" 100/'"C,H" 170,/,C,H,-,C,H" entsprechend 230ONm3H,+CH"500ONm3C,H"IOOONM3C,H" 1700 Nm3 C,H,+C,H". In der Trennsäule 33 werden 230ONm3H,-#-CH, abgetrennt und verlassen über die Leitung 34 und den Wärmetauscher 32 die Anlage. 500ONm3C,H" 100ONm3C,H" 170ONm3 C.H, -C,H, werden kondensiert und über die Blase 35 jurch die Leitung 36 in die Trennsäute 37 eingespeist. In der Blase 38 werden 1600 N m 3 C, H, + C, H" zusammen mit 360 Nm' C,H, gewonnen, und durch die Leitung39 werden 500 Nm3 C, H, 640 Nm3 C, H" 100 N m 3 C, H, in die Säule 40 eingespeist. In der Blase41 werden 20ONM3 C2 H, 640 Nm3 C, H, und 100 N M3 C3H, i C:,H, aufgefangen und durch die Leitung 42 über den Wärmetauscher 32 abgezogen. 4800 NM3 C,H, verlassen über die Leitung 43 und den Wärmetauscher 32 die Anlage.
• Gemäß Abb. 5 werden zum Ausgleich der Schwankungen IIOONM3H,+CH4 durch die Leitung44 dem Kompressor 45 zugeführt, dort auf den Druck des Spaltgases komprimiert und über eine Leitung mit dem Regelventil 47 in die Leitung 31 eingespeist. Die Feinreinigung geschieht durch Ausfrieren im Wärmetauscher 32.
• Gemäß Abb. 6 werden zum Ausgleich der Schwankungen HOONM3H,+CH, durch die Leitung48 über den Wärmetauscher49 dem Kompressor50 zugeführt, dort auf den Druck der Trennsäule33 komprimiert und in diese über das Regelventil51 nach Abkühlung im Wärmetauscher49 eingespeist. Die Feinreinigung geschieht im Wärmetauscher49 durch Ausfrieren.

Claims (2)

1. PAT F NTANS PR ÜCHE: 1. Verfahren zur Erzielung eines gleichbleibenden Gehaltes eines oder mehrerer Bestandteile von in Destillationsanlagen zu zerlegenden Gemischen von Gasen oder verflüssigten Gasen, die in ihrer mengenmäßigen Zusammensetzung zeitlichen Schwankungen unterlegen sind, dadurch gekennzeichnet, daß von den aus dem Gemisch abgetrennten Bestandteilen je nach der Zusammensetzung des zu zerlegenden Gemisches oder einer von dieser Zusammensetzung abhängigen Größe wechselnde Mengen der Trennapparatur direkt oder indirekt wieder zugeführt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rückführung diejenigen Bestandteile benutzt werden, die einen Teil der Ausbeuteverluste eines oder mehrerer Produkte enthalten. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rückzuführenden Bestandteile vor ihrer Rückführung einer Feinreinigung unterzogen werden. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinreinigung der abgetrennten Bestandteile in der Trennapparatur vorgeschalteten Verfahrensstufen vorgenommen wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 847 292.