DE1184360B

DE1184360B - Verfahren zur Kaelteerzeugung in einer Anlage zur Reinigung von Wasserstoff durch Waschen mit fluessigem Stickstoff unter Druck

Info

Publication number: DE1184360B
Application number: DEM50044A
Authority: DE
Inventors: Karl Stork
Original assignee: Adolf Messer GmbH
Current assignee: Adolf Messer GmbH
Priority date: 1961-08-17
Filing date: 1961-08-17
Publication date: 1964-12-31

Description

Verfahren zur Kälteerzeugung in einer Anlage zur Reinigung von Wasserstoff durch Waschen mit flüssigem Stickstoff unter Druck Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kälteerzeugung in einer Anlage zur Reinigung von Wasserstoff durch Waschen mit flüssigem Stickstoff, welcher unter hohem Druck vorgekühlt, auf den Druck der Waschsäule entspannt und auf diese aufgegeben wird.
Bei der Vergasung fester oder flüssiger Brennstoffe mit nachfolgender Konversion des Kohlenmonoxyds in Wasserstoff und Kohlendioxyd und anschließenden Waschprozessen besteht ein Gemisch, das zum überwiegenden Teil aus Wasserstoff besteht und daneben noch Kohlenwasserstoffe, etwas Kohlenmonoxyd und Stickstoff enthält. Für viele nachfolgende Prozesse ist es wichtig, daß der Wasserstoff frei von allen Verunreinigungen, besonders Sauerstoffverbindungen, ist. Als ein wirtschaftliches Verfahren der Wasserstoffreinigung, insbesondere im Rahmen der Ammoniaksynthese, hat sich die Abscheidung der Kohlenwasserstoffe durch Tiefkühlung und anschließendes Waschen mit flüssigem Stickstoff erwiesen. Dadurch kann das Synthesegas praktisch völlig frei von allen Verunreinigungen gemacht werden. Als günstige Waschtemperatur hat sich etwa - 190' C ergeben. Das entspricht etwa der Temperatur von Stickstoff, der unter leichtem Überdruck siedet.
Für die Kälteerzeugung zur Deckung der Wärmeaustausch- und Isolationsverluste ist folgendes Verfahren bekannt: Stickstoff unter 150 bis 200 Atmosphären wird von einem Kompressor durch einen ersten Wärmeaustauscher und durch den Verdampfer einer Kälteanlage gedrückt. Mit einer Temperatur von -45' bis -50' C betritt er dann einen weiteren Wärmeaustauscher, in welchem er seine Wärme an kalte Produkte überträgt, die den gleichen Wärmeaustauscher mit einer kleinen Temperaturdifferenz gegen den Stickstoff verlassen. Der Stickstoff verläßt den Wärmeaustauscher so weit gekühlt, daß er sich bei einer Entspannung nahezu vollständig verflüssigt. Ein Teil wird dann meistens unter Niederdruck verdampft, wobei er noch Kälte an den restlichen Hochdruckstickstoff überträgt, und anschließend durch sämtliche Wärineaustauscher vor den Kompressor geführt. Der restliche Hochdruckstickstoff wird dann in die Waschsäule entspannt. Wesentlich ist dabei, daß die Hochdruckstickstoffmenge größer ist als die Waschstickstoffmenge und daß die Entspannung des Hochdruckstickstoffes auf den Druck der Wassersäule isenthalp ist.
Mit dem Verfahren nach der Erfindung wird bezweckt, den notwendigen Energiebedarf dadurch zu senken, daß ein Teil des Hochdruckstickstoffes nach der Vorkühlung. in einer, ' Expansiönsalaschine, bis auf eine Temperatur nahe an det Sättiffing und auf einen Druck, der wesentlich mitei dem Druck der Waschsäule liegt, arbeitsleiständ expäüdißrt, gegQg' die drucklos verdampfende',- #,erunreinigte Waschnüssigkeit verflüssigt, anschließend mit einer Pumpe wieder auf den Druck der Waschsäule gefördert und mit dem weilergekühlten, in einem Ventil gedrosselten restlicheii Hochdruckstickstoff zur Waschflüssigkeit vereinigt wird.
Mitunter ist der Kältebedarf zu groß, als daß er auf die oben beschriebene Weise durch den Waschstickstoff allein gedeckt werden könnte. In diesem Fall ist jedoch meistens in der Koksgaszerlegungsanlage noch ein zweiter Stickstoffkreislauf vorhanden, um die Abscheidung der Kohlenwasserstoffe zu erzwingen. Durch entsprechende Wahl des Druckes in diesem Kreis läßt sich dann zusätzliche Kälte mit Hilfe des Joule-Thomson-Effektes für die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung gewinnen.
Die Vorteile des Verfahrens liegen auf der Hand. Man gewinnt außer der Kälte des Joule-Thomson-Effektes noch die durch die Expansionsmaschine auf niederem Temperaturniveau erzeugte Kälte und vergrößert dadurch die Kälteerzeugung pro Mengeneinheit Hochdruckstickstoff . Bei vorgegebenem Kältebedarf läßt sich demnach gegenüber den bekannten Verfahren die Stickstoffmenge oder der Stickstoffdruck erniedrigen, wodurch der Energiebedarf für die Kälteerzeugung vermindert wird. Der Fortschritt gegenüber dem Bekannten besteht darin, daß ein Teil des Hochdruckstickstoffs in einer Expansionsmaschine arbeitsleistend entspannt wird, und zwar nicht nur - was naheliegend wäre - auf den Druck der Waschsäule, sondern auf einen tieferen Druck. Dadurch vergrößert sich das in der Expansionsmaschine nutzbare Druckverhältnis und damit die Kälteerzeugung.
An Hand der Zeichnung soll das Verfahren erläutert werden.
Der Hochdruckstickstoff betritt den Wärmeaustauscher 1 und kühlt sich im Gegenstrom zu einem Teil des in der Waschsäule 7 gereinigten Wasserstoffs ab. In einem Verdampfer 2 wird er weiter gekühlt und betritt den Wärmeaustauscher 3. Die Temperaturdifferenz zwischen Wasserstoff und Hochdruckstickstoff ist an dieser Stelle klein. Die Temperaturdifferenz nimmt aber mit abnehmender Temperatur des Hochdruckstickstoffes zu bis zu der Stelle, an welcher ein Teil des Hochdruckstickstoffes abgezogen wird. Zum Ende hin vermindert sich die Temperaturdifferenz wieder. Nach dem Austritt aus dem Wärineaustauscher wird der Hochdruckstrom in einem Ventil 13 isenthalp entspannt auf den Druck der Waschsäule, der innerhalb gewisser Grenzen beliebig ist.
Die an der mittleren Stelle des Wärmeaustauschers 3 abgezogene Hochdruckstickstoffmenge expandiert in der Expansionsmaschine 4 arbeitsleistend auf etwa 3 ata. Im Verdampfer 5 wird sie verflüssigt und leicht unterkühlt. Die Pumpe 6 fördert die Menge wieder auf den Druck der Waschsäule 7. Die aus der Waschsäule7 abfließende Waschflüssigkeit, die im wesentlichen Stickstoff und Kohlenoxyd enthält, wird im Ventil 14 isenthalp auf etwa 1,5 ata entspannt und im Verdampfer 5 verdampft.
In der Leitung 8 strömt die weitgehend verdampfte Waschflüssigkeit und in der Leitung 10 der größere Teil des Wasserstoffs zum Austauschsystem auf der Gasseite. Durch die Leitung 9 gelangt der zu reinigende Wasserstoff, dem die Kohlenwasserstoffe schon weitgehend durch Kondensation entzogen sind, zur Waschsäule 7. Wichtig bei dem Verfahren nach der Erfindung ist, daß die Menge des in der Maschine 4 expandierten Stickstoffs so groß sein kann, wie sich gegen die verdampfende Waschflüssigkeit im Verdampfer 5 verflüssigen läßt.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Kälteerzeugung in einer Anlage zur Reinigung von Wasserstoff durch Waschen mit flüssigem Stickstoff, welcher unter hohem Druck vorgekühlt, auf den Druck der Waschsäule entspannt und auf diese aufgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Hochdruckstickstoffes nach der Vorkühlung in einer Expansionsmaschine bis auf eine Temperatur nahe an der Sättigung und auf einen Druck, der wesentlich unter dem Druck der Waschsäule liegt, arbeitsleistend expandierte gegen die drucklos verdampfende, verunreinigte Waschflüssigkeit verflüssigt, anschließend mit einer Pumpe wieder auf den Druck der Waschsäule gefördert und mit dem weitergekühlten, in einem Ventil gedrosselten restlichen Hochdruckstickstoff zur Waschflüssigkeit vereinigt wird.
2. Verfahren nach Anspruchl, dadurch gekennzeichnet, daß ein in der Zerlegungstemperatur vorhandener zweiter Stickstoffkreislauf durch passende Wahl des Stickstoffdrucks unter Zuhilfenahme des Joule-Thomson-Effektes als zusätzliche Kältequelle benutzt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: H. Hausen, »Handbuch der Kältetechnik«, Bd.8, Erzeugung sehr tiefer Temperaturen, 1957, S. 217 bis 222.