DE1272280B - Process for producing NH synthesis gas from hydrogen-containing gas mixtures - Google Patents
Process for producing NH synthesis gas from hydrogen-containing gas mixturesInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
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AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Int. CL:Int. CL:
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COIcCOIc
F25jF25j
12 k-1/06 12 k -1/06
17 g-2/0117 g-2/01
P 12 72 280.4-41 (G 37327)P 12 72 280.4-41 (G 37327)
21. März 1963March 21, 1963
11. Juli 1968July 11, 1968
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von NHg-Synthesegas durch regeneratives Zerlegen von wasserstoff- und methanhaltigen Gasgemischen unter Druck, wobei das Gasgemisch in mindestens einem von mindestens drei zyklisch wechselbaren Regeneratoren zur Abscheidung kondensierbarer Bestandteile so tief gekühlt wird, daß die Hauptmenge des Methans kondensiert und eine Rohwasserstofffraktion verbleibt, die praktisch den gesamten Wasserstoff des Rohgases, jedoch nur kleine Mengen von Methan enthält, wonach die abgeschiedenen Kondensate wiederverdampft werden und die Rohwasserstofffraktion nach entsprechender Anwärmung zwecks Kälteerzeugung arbeitsleistend entspannt und anschließend in einem vorher von Kondensaten in der Hauptsache befreiten Regenerator auf Raumtemperatur erwärmt wird.The invention relates to a method for producing NHg synthesis gas by regenerative Separation of hydrogen and methane-containing gas mixtures under pressure, the gas mixture in at least one of at least three cyclically exchangeable regenerators for separating condensable Components is so deeply cooled that the bulk of the methane condenses and one Raw hydrogen fraction remains, which is practically all of the hydrogen in the raw gas, however only Contains small amounts of methane, after which the separated condensates are re-evaporated and the raw hydrogen fraction performing work after appropriate heating for the purpose of cooling relaxed and then in a regenerator that has been mainly freed from condensates is warmed to room temperature.
Für die Herstellung wasserstoffhaltiger Gasgemische, deren Wasserstoff später für die Ammoniaksynthese herangezogen wird, gibt es mehrere Möglichkeiten. Beispielsweise entstehen durch Vergasen fester oder flüssiger Brennstoffe oder durch die oxydative Umwandlung von Kohlenwasserstoffen und eine anschließende Konvertierung des Kohlenoxyds Gasgemische, die, neben Wasserstoff, viel CO.,, mehr oder weniger Stickstoff und noch beträchtliche Reste von Methan, Kohlenoxyd usw. enthalten.For the production of hydrogen-containing gas mixtures, their hydrogen later for the ammonia synthesis is used, there are several options. For example, arise through gasification solid or liquid fuels or through the oxidative conversion of hydrocarbons and a subsequent conversion of the carbon dioxide gas mixture, which, in addition to hydrogen, a lot of CO. ,, contain more or less nitrogen and still considerable residues of methane, carbon dioxide, etc.
Schon bei der Ausübung dieser Verfahrensschritte sind mitunter zusätzliche Maßnahmen erforderlich, um eventuell kontaktschädigende Schwefelverbindungen, insbesondere organischer Art, zu entfernen. In einer Vielzahl von Schritten, von denen jeder eine andere Arbeitsmethodik, Apparatur und Überwachung erfordert, vollzieht sich anschließend die Reinigung des Konvertgases bis zum synthesefertigen Gemisch.Even when performing these procedural steps, additional measures are sometimes necessary, in order to remove any sulfur compounds that could damage contact, especially organic compounds. In a multitude of steps, each of which has a different working methodology, apparatus and monitoring requires, the cleaning of the converting gas then takes place until it is ready for synthesis Mixture.
Bekannt ist, das CO2 in physikalischen oder chemischen Wäschen zu entfernen, woran sich der noch größere Aufwand einer Kupferlaugenwäsche oder einer katalytischen Methanisierung für die Beseitigung kleiner Gehalte von CO, die dann als Methan im Synthesegas verbleiben, anschließt.It is known to remove the CO 2 in physical or chemical scrubbing, which is followed by the even greater effort of a copper lye scrubbing or catalytic methanation for the removal of small amounts of CO, which then remain as methane in the synthesis gas.
Parallel dazu gibt es zur Gewinnung von Synthesewasserstoff noch das Verfahren der Zerlegung von
Koksofengas durch Druck und Kälte. Auch dieses bedarf einer vorangehenden sorgfältigen Entfernung
des Kohlendioxyds und etwaiger Schwefelverbindungen. Es nimmt dann aber alle Verunreinigungen wie
CH4, CO und Sauerstoff in einem Arbeitsgang aus dem Gas und liefert nach der Wäsche mit flüssigem
Stickstoff das reinste Synthesegas. Diese Art der Herstellung von Synthesegas aus Koksofengas, bei
Verfahren zum Herstellen von
NH3-Synthesegas aus wasserstoffhaltigen
GasgemischenIn parallel to this, there is also the process of decomposing coke oven gas by means of pressure and cold for the production of synthesis hydrogen. This also requires a previous careful removal of the carbon dioxide and any sulfur compounds. However, it then removes all impurities such as CH 4 , CO and oxygen from the gas in one operation and, after scrubbing with liquid nitrogen, delivers the purest synthesis gas. This type of production of synthesis gas from coke oven gas, in processes for producing
NH 3 synthesis gas from hydrogen-containing
Gas mixtures
Anmelder:Applicant:
Linde Aktiengesellschaft,Linde Aktiengesellschaft,
6200 Wiesbaden, Hildastr. 2-106200 Wiesbaden, Hildastr. 2-10
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Dr.-Ing. Ernst Karwat, 8000 München-PullachDr.-Ing. Ernst Karwat, 8000 Munich-Pullach
der der Wärmeaustausch in RöhrengegenstrÖmern erfolgt, ist jedoch durch höhere Gas- und Anlagekosten und einen höheren Energieverbrauch gegenüber dem modernen Verfahren der Herstellung von Synthesegas aus Konvertgas benachteiligt.The heat exchange takes place in tube countercurrents, however, is due to higher gas and system costs and a higher energy consumption compared to the modern process of producing Synthesis gas from convert gas disadvantaged.
Auf der anderen Seite wird die die hervorragende Reinheit des Synthesegases bewirkende Wäsche mit flüssigem Stickstoff auch zur Reinigung von Konvertgas benutzt. Doch ist eine solche Anlage durch die hohen Kosten der notwendig vorangehenden CO2-Wäsche stark belastet.On the other hand, the scrubbing with liquid nitrogen, which brings about the excellent purity of the synthesis gas, is also used to purify converting gas. However, such a system is heavily burdened by the high costs of the necessary preceding CO 2 scrubbing.
Die vorliegende Erfindung setzt sich die Aufgabe, die Reinigung von Konvertgas oder anderen wasserstoffhaltigen Gasgemischen, wie Koksofengas, und ihre anschließende Umwandlung in synthesefertige Wasserstoff-Stickstoff-Gemische zu vereinfachen und ein für die Zerlegung so verschiedenartiger Ausgangsgase wie Koksofengas oder stickstoffhaltige Konvertgase unverändert anwendbares Verfahren zu schaffen.The object of the present invention is to purify converting gas or other hydrogen-containing gases Gas mixtures, such as coke oven gas, and their subsequent conversion into ready-to-synthesize To simplify hydrogen-nitrogen mixtures and a source of gas that is so diverse for the decomposition such as coke oven gas or nitrogen-containing convert gases to create unchanged applicable processes.
Die Erfindung geht dabei von einem von dem Erfinder vorgeschlagenen Verfahren aus, bei welchem Wasserstoff und Methan enthaltende verdichtete Gasgemische in einer Anlage mit mindestens drei zyklisch wechselbaren Regeneratoren zerlegt werden, wobei das Gasgemisch in mindestens einem von mindestens drei zyklisch wechselbaren Regeneratoren zur Abscheidung kondensierbarer Bestandteile so tief gekühlt wird, daß die Hauptmenge des Methans kondensiert und eine Rohwasserstofffraktion verbleibt, die praktisch den gesamten Wasserstoff des Rohgases, jedoch nur kleine Mengen von Methan enthält, wonach die abgeschiedenen Kondensate wiederverdampft werden und die Rohwasserstofffraktion nach entsprechender Anwärmung zwecks Kälteerzeugung arbeitsleistend entspannt und an-The invention is based on a method proposed by the inventor in which Compressed gas mixtures containing hydrogen and methane in a system with at least three cyclically exchangeable regenerators are dismantled, the gas mixture in at least one of at least three cyclically changeable regenerators for the separation of condensable components so deep is cooled so that most of the methane condenses and a raw hydrogen fraction remains, which contains practically all of the hydrogen in the raw gas, but only small amounts of methane contains, after which the separated condensates are re-evaporated and the raw hydrogen fraction after appropriate heating for the purpose of cooling, relaxed and relaxed while performing work
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schließend in einem vorher von Kondensaten in der Hauptsache befreiten Regenerator auf Raumtemperatur erwärmt wird.then in a regenerator that has mainly been freed from condensates to room temperature is heated.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rohwasserstoff einer Nachreinigung durch Waschen mit flüssigem Stickstoff unterworfen wird, daß die Anwärmung vor der Entspannung des Rohwasserstoffs durch Wärmetausch mit Druckstickstoff erfolgt und damit der Stickstoffwäsche die er-The object is achieved according to the invention in that the raw hydrogen undergoes a subsequent purification is subjected by washing with liquid nitrogen that the heating before the relaxation of the Raw hydrogen takes place through heat exchange with pressurized nitrogen and thus the nitrogen scrubbing
ihm ein Teilstrom abgezweigt, angewärmt und dann wieder mit dem Hauptstrom vereinigt, so daß, von der erhöhten Mischtemperatur ausgehend, die Entspannung des Rohwasserstoffs ohne Kondensatbildung verläuft. Die Endtemperatur der Entspannung liegt einige Grad unter derjenigen Temperatur, mit welcher der Rohwasserstoff aus dem ersten Regenerator austritt.branched off a partial flow from him, warmed up and then reunited with the main flow, so that, from starting from the increased mixing temperature, the expansion of the raw hydrogen without the formation of condensate runs. The final temperature of relaxation is a few degrees below that temperature with which the raw hydrogen exits from the first regenerator.
Das Anwärmen des Rohwasserstoffs vor seinerThe heating of the raw hydrogen before his
forderliche Kälte zugeführt wird und daß die Wieder- io Entspannung mit Hilfe des abgezweigten Teilstroms verdampfung der im Regenerator abgeschiedenen funktioniert auch dann, wenn die StickstoffwäscheRequired cold is supplied and that the re-io relaxation with the help of the branched off partial flow Evaporation of the deposited in the regenerator works even when the nitrogen scrubbing
Kondensatfraktion durch Überleiten von gasförmigem Kohlenoxyd-Stickstoff-Gemisch vervollständigt wird, welches dem Sumpf der Stickstoffwaschsäule entnommen wird.Condensate fraction completed by passing a gaseous carbon oxide-nitrogen mixture over it which is taken from the bottom of the nitrogen washing column.
Gemäß einer besonderen Ausbildung des Erfindungsgedankens kann ein Teil des zu verarbeitenden Gasgemisches einer partiellen Oxydation mit O2 oder H2O zu einem Gemisch von hauptsächlich H2, CO und CO2 unterworfen und das ReaktionsproduktAccording to a special embodiment of the inventive concept, part of the gas mixture to be processed can be subjected to partial oxidation with O 2 or H 2 O to form a mixture of mainly H 2 , CO and CO 2 and the reaction product
noch nicht arbeitet, so daß nach einem Betriebsstillstand die Regeneratorenanlage für sich allein kalt gefahren werden kann. Der warme Zusatzwasserstoff kann auch aus dem bereits auf Raumtemperatur erwärmten und auf Synthesegasdruck nachverdichteten Rohwasserstoff abgezweigt werden, bedarf aber mitunter noch der Entfernung eventuell mitgeführter Spuren von Wasserdampf und Kohlendioxyd.not yet working, so that after a standstill the regenerator system is cold on its own can be driven. The warm additional hydrogen can also be taken from the already warmed up to room temperature and raw hydrogen re-compressed to synthesis gas pressure can be diverted, but is sometimes required nor the removal of any traces of water vapor and carbon dioxide that may have been carried along.
Ein wesentliches Merkmal der neuen ArbeitsweiseAn essential feature of the new way of working
Hochdruckverdichters für 80 bis 200 atü genügt eine Verdichtung auf beispielsweise 13 ata, den Druck derHigh-pressure compressor for 80 to 200 atü, compression to, for example, 13 ata, the pressure of the
N2-WaSdIe.N 2 -WaSdIe.
nach dessen Konvertierung mit dem unveränderten ist, daß die Kälteerzeugung für die Regeneratoren-Teil des wasserstoff- und methanhaltigen Gasge- anlage mit der Kälteerzeugung für die Stickstoffmisches vor der regenerativen Zerlegung vermischt wäsche verknüpft wird. Die Bereitung des Synthesewerden, gases wird nämlich erheblich vereinfacht, wenn einafter its conversion with the unchanged is that the refrigeration for the regenerator part the hydrogen and methane-containing gas system with the refrigeration for the nitrogen mixture mixed laundry is linked before the regenerative decomposition. The preparation of the synthesis gases is considerably simplified if a
Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Er- 25 Teil der im Rohwasserstoff enthaltenen Kälte auf
findung wird eine Regeneratorenanlage, bestehend vorverdichteten, vorgekühlten und anschließend im
aus drei zyklisch wechselbaren Regeneratoren, ver- flüssigen Zustand als Waschmittel zu verwendenden
wendet, von denen jeder, zeitlich gesehen also hinter- Stickstoff übertragen und so der Kälteverlust der
einander, diejenigen Arbeitsschritte tut, die während Stickstoffwaschanlage gedeckt wird. Dann entfällt
einer jeden Schaltperiode in den drei Regeneratoren 30 der sonst in solchen Anlagen übliche Hochdrucknebeneinander
ablaufen. Zu dieser Regeneratoren- Stickstoff-Kreislauf, und statt des vielstufigen teuren
anlage gehört außerdem eine Entspannungsturbine.
Weitere wesentliche Teile zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind eine Stickstoffwaschsäule
sowie eine Mehrzahl von Wärme- 35
austauschern. Ist eine Stickstoffwäsche Endstufe der
Reinigung des Wasserstoffs von seinen Begleitstoffen,
dann darf das erzeugte synthesereine Gas keinesfalls
beim Anwärmen verunreinigt werden. Es wird deshalb der Rohwasserstoff, gegebenenfalls nach arbeits- 40 Schritt unterscheidet sich das Verfahren der vorleistender
Entspannung, in der Regeneratorenanlage liegenden Erfindung von allen bisher bekannten Verauf
Raumtemperatur erwärmt und dann im Gegen- fahren der Zerlegung von Koksofengas: vom klasstrom
zu Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch in Röhren- sischen mit Röhrengegenströmern arbeitenden Veraustauschern
erneut gekühlt, ehe er zur Waschsäule fahren dadurch, daß bei letzterem die Bestandteile
geführt wird. Es wird also bewußt auf den Vorteil 45 des Koksofengases als C3-, C2-, Methan- und CO-verzichtet,
den kalten Rohwasserstoff vom kalten Fraktion getrennt im Zuge der Tiefkühlung gebildet
Ende eines Regenerators unmittelbar der Waschsäule und meist auch getrennt gewonnen werden; und von
zuzuführen, obwohl er nach dem Abtrennen von denjenigen Verfahren, bei denen Koksofengas in
Koksofengas bereits die tiefe Temperatur, die Rein- Regeneratoren gekühlt wird, dadurch, daß bei diesen
heit und den Druck hat, mit der er üblicherweise der 50 die Kühlung beendet ist, wenn Äthylen und Kohlen-Stickstoffwäsche
zugeführt wird. dioxyd nebst einem kleinen Teil des Methans kon-To carry out the method according to the invention, a regenerator system consisting of precompressed, precooled and then liquefied from three cyclically exchangeable regenerators is used as a detergent, each of which is used in terms of time So behind- nitrogen is transferred and so the loss of cold that each other does those work steps that are covered during the nitrogen scrubbing system. Then each switching period in the three regenerators 30 eliminates the high pressure that is otherwise common in such systems. This regenerator nitrogen cycle, and instead of the expensive multi-stage system, also includes an expansion turbine.
Further essential parts for carrying out the method according to the invention are a nitrogen washing column and a plurality of heating elements
exchange. Is a nitrogen scrubbing final stage of the
Purification of hydrogen from its accompanying substances,
then the synthesized gas produced must not be used under any circumstances
become contaminated during heating. The raw hydrogen is therefore warmed to room temperature, if necessary after the work step, the process of preliminary expansion, in the regenerator plant differs from all previously known sales, and then in the opposite direction to the decomposition of coke oven gas: from class flow to nitrogen-hydrogen Mixture is cooled again in tubular niches with exchangers working in tubular countercurrents, before it is driven to the washing column, in that the constituents are conducted in the latter. The advantage of the coke oven gas as C 3 , C 2 , methane and CO is deliberately omitted, the cold raw hydrogen is formed separately from the cold fraction in the course of freezing at the end of a regenerator directly from the washing column and usually also obtained separately ; and to supply, although after separating from those processes in which coke oven gas in coke oven gas already has the low temperature, the pure regenerators are cooled by the fact that with these means and has the pressure with which it usually ends the cooling is when ethylene and carbon nitrogen scrubbing is added. dioxide together with a small part of the methane
Von dieser Regel kann insoweit abgewichen werden, als verdampftes Sumpfprodukt der Stickstoffwaschsäule in einem Regenerator angewärmt wird und zum Ausgleich die Wärmeäquivalente Menge Wasserstoff statt durch die Regeneratoren direkt zurThis rule can be deviated from in so far as the evaporated bottom product of the nitrogen washing column is heated in a regenerator and to compensate for the heat equivalent amount Hydrogen instead of going through the regenerators directly to the
Soll NH3-Synthesegas nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung aus Koksofengas hergestellt werden, dann wird im ersten Regenerator der weitaus größte Teil des im Koksofengas enthaltenen Methans (85 bis 95%) ausgeschieden. Mit diesemIf NH 3 synthesis gas is to be produced from coke oven gas according to the method of the present invention, then in the first regenerator the vast majority of the methane contained in the coke oven gas (85 to 95%) is separated out. With this
Waschsäule geführt wird.Washing column is performed.
Damit der Rohwasserstoff beim Anwärmen im dritten Regenerator diesen auch wirklich von allen Resten unverdampfter Kondensate reinigt, ist zweckmäßig, ihn vorher zwecks Kälteerzeugung zu entspannen und so das Volumen zu vergrößern, mit dem er beim Anwärmen durch diesen Regenerator hinausgeht. Der zu entspannende Rohwasserstoff ent-So that the raw hydrogen when it is heated in the third regenerator is actually used by everyone To clean residues of non-evaporated condensate, it is advisable to close it beforehand for the purpose of cooling relax and thus increase the volume with which it is heated by this regenerator goes out. The raw hydrogen to be expanded is
densiert sind. Erst außerhalb des Regenerators wird dort bei weiterer Kühlung eine CH4-Fraktion gebildet. are condensed. Only outside the regenerator is a CH 4 fraction formed there with further cooling.
Nun soll das Wiederverdampfen der Kondensate am Beispiel der Verarbeitung von Koksofengas erörtert werden. Später wird die Verarbeitung anderer Wasserstoffgemische als Koksofengas nach dem neuen Verfahren beschrieben. Abgesehen davon, daß statt es 60 Methan und Stickstoff dann vornehmlich CO2 undThe re-evaporation of the condensates will now be discussed using the example of the processing of coke oven gas. The processing of hydrogen mixtures other than coke oven gas using the new process is described later. Apart from the fact that instead of 60 methane and nitrogen then mainly CO 2 and
Stickstoff Begleitstoffe des Wasserstoffs sind, sind alle Arbeitsvorgänge einander so ähnlich, daß die Wiederverdampfung der Kondensate am Beispiel der Koksofengasverarbeitung mit allgemeiner GeltungNitrogen are by-products of hydrogen, all work processes are so similar that the Re-evaporation of the condensates using the example of coke oven gas processing with general applicability
hält nach seiner im ersten Regenerator erfolgten Ab- 65 erläutert werden kann, trennung aus dem wasserstoffreichen Gasgemisch Am Ende der Beladeperiode des ersten Regene-holds after its ab- 65 can be explained in the first regenerator, separation from the hydrogen-rich gas mixture At the end of the loading period of the first rain
noch kondensierbare Begleitstoffe wie CH4, CO und rators bzw. vor dem Verdampfen der abgelagerten N2, aber kein CO2. Vor der Entspannung wird aus Kondensate enthält der Regenerator neben demstill condensable accompanying substances such as CH 4 , CO and rators or before the evaporation of the deposited N 2 , but no CO 2 . Before the expansion is made from condensates, the regenerator contains in addition to that
Kondensat noch eine erhebliche Menge gasförmigen Wasserstoffs, der aber nicht zusammen mit dem Kondensat in das Restgas gehen darf, sondern mit dem Rohwasserstoff vereinigt werden muß. Zu diesem Zweck wird vor Beginn des Wiederverdampfens des Kondensats der H2-Inhalt des zweiten Regenerators über dessen kaltes Ende in den durch den dritten Regenerator strömenden Rohwasserstoff entspannt. Der dann im zweiten Regenerator noch verbleibende Wasserstoff rest kann über das kalte Regeneratorende zu einem Paar Hilfsgeneratoren geführt, darin erwärmt und einem Verdichter zugeführt werden, der ihn auf Betriebsdruck verdichtet und dem zu zerlegenden Koksofengas wieder zumischt. Dem abwechselnd geschalteten Hilfsregeneratorenpaar wird zum Wärmeausgleich verdichtetes Koksofengas zugeführt und dort in Rohwasserstoff und Kondensat zerlegt, welch letzteres in der nächsten Schaltperiode vom entspannten Wasserstoffrest wieder in den Koksgasstrom rückgeführt wird.Condensate still contains a considerable amount of gaseous hydrogen, which, however, must not go into the residual gas together with the condensate, but has to be combined with the raw hydrogen. For this purpose, before the start of re- evaporation of the condensate, the H 2 content of the second regenerator is expanded via its cold end into the raw hydrogen flowing through the third regenerator. The remaining hydrogen in the second regenerator can be fed via the cold end of the regenerator to a pair of auxiliary generators, heated in them and fed to a compressor, which compresses it to operating pressure and mixes it with the coke oven gas to be broken down. The alternating pair of auxiliary regenerators is supplied with compressed coke oven gas to compensate for heat, where it is broken down into raw hydrogen and condensate, the latter being returned to the coke gas stream from the relaxed hydrogen residue in the next switching period.
An dem seines Inhalts an Wasserstoff bestens entledigten zweiten Regenerator wird jetzt ein Absperrventil am warmen Ende geöffnet. Zuerst entweichen diejenigen Kondensate, die, wie CH4, bei höherem Druck als dem atmosphärischen abgeschieden wurden, und sublimieren in höheren Temperaturregionen liegende Kondensate wie CO2 oder H2O.A shut-off valve is now opened at the warm end of the second regenerator, which has been completely depleted of its hydrogen content. First of all, those condensates which, like CH 4 , have been deposited at a higher pressure than atmospheric pressure escape, and condensates located in higher temperature regions sublime, such as CO 2 or H 2 O.
Die Wiederverdampfung aller Kondensate wird erleichtert, wenn der Druck über den Kondensaten erniedrigt, diese also bei kleinerem Druck als 1 ata abgesaugt werden, und/oder indem von außen über das kalte Ende ein Hilfsgas über die Kondensate zum warmen Ende geführt wird. Bestens geeignet ist verdampftes CO-N2-Gemisch, das am Sumpf der N2-Waschsäule als Flüssigkeit anfällt. Sollen von diesem Gemisch mehr als 2% der Rohgasmenge durch die Regeneratoren geführt werden, statt durch die Wärmeaustauscher der Stickstoffwäsche, so muß eine gleiche Menge Wasserstoff direkt zur Waschsäule geführt werden, anstatt in den Regeneratoren angewärmt zu werden. Das setzt natürlich voraus, daß der Druck in der Stickstoffwäsche und der Druck in der Regeneratorenanlage entsprechend koordiniert sind, und betrifft auch nicht mehr als 10 bis 15% der gesamten erzeugten H2-Menge.The re-evaporation of all condensates is facilitated if the pressure above the condensates is reduced, i.e. if they are suctioned off at a pressure lower than 1 ata, and / or if an auxiliary gas is fed from the outside via the cold end via the condensates to the warm end. Evaporated CO-N 2 mixture, which is obtained as a liquid at the bottom of the N 2 washing column, is ideally suited. If more than 2% of the raw gas amount of this mixture is to be passed through the regenerators instead of through the heat exchangers of the nitrogen scrubbing, an equal amount of hydrogen must be fed directly to the scrubbing column instead of being heated in the regenerators. This of course presupposes that the pressure in the nitrogen scrubber and the pressure in the regenerator system are appropriately coordinated, and also does not affect more than 10 to 15% of the total amount of H 2 produced.
Ein bedeutender Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß das gleiche Verfahren und die gleiche Apparatur wie bei der Verarbeitung von Koksofengas auch benutzt werden können, um den Synthesewasserstoff aus Konvertgasen zu gewinnen, die von ihrer Erzeugung aus Brennstoff und Luft und der nachfolgenden Konvertierung her zwar wenig Methan, aber noch N2 neben viel Kohlendioxyd enthalten, und zwar Stickstoff mindestens in einer zum Sublimieren des Kohlendioxyds notwendigen Menge. Diese notwendige Menge ist dann vorhanden, wenn die vom kalten Ende des zweiten Regenerators kommenden verdampften Gase wie N2, CO und CH4 in ihrem Druck-Temperatur-Zuständ beim Sublimieren des CO2 ein größeres effektives Volumen einnehmen als die Begleitgase H2, N2, CO usw. in ihrem Druck-Temperatur-Zustand beim Kondensieren des CO2. Praktisch soll das Verhältnis beider effektiven VoIumina größer als 1,1 sein, während zum Ausgleich eine äquivalente Menge Rohwasserstoff nicht im Regenerator, sondern kalt zur Waschsäule geführt wird.A significant advantage of the process according to the invention can be seen in the fact that the same process and the same apparatus as in the processing of coke oven gas can also be used to obtain the synthesis hydrogen from converting gases from their generation from fuel and air and the subsequent conversion It contains little methane, but still contains N 2 in addition to a lot of carbon dioxide, namely nitrogen in at least the amount necessary to sublimate the carbon dioxide. This necessary amount is available when the vaporized gases such as N 2 , CO and CH 4 coming from the cold end of the second regenerator occupy a greater effective volume in their pressure-temperature state when subliming the CO 2 than the accompanying gases H 2 , N 2 , CO etc. in their pressure-temperature state when the CO 2 is condensed. In practice, the ratio of the two effective volumes should be greater than 1.1, while to compensate for this, an equivalent amount of raw hydrogen is not fed in the regenerator, but cold to the washing column.
Diese Entnahme des Sublimationsgases aus dem Waschsäulensumpf ist bei den Konvertgasen angebracht, die sehr arm an N2 usw. sind, weil sie mit Sauerstoff oder Wasserdampf erzeugt werden. Einem störenden Mangel an Sublimationsgas kann durch Zusatz von Luft zum Sauerstoff bzw. Wasserdampf oder von Rauchgas zum Konvertgas begegnet werden.This removal of the sublimation gas from the washing column sump is appropriate for the converting gases, which are very poor in N 2 , etc., because they are generated with oxygen or water vapor. A disruptive shortage of sublimation gas can be countered by adding air to the oxygen or water vapor or of flue gas to the converting gas.
Die Reinheit und Behandlung des Rohwasserstoffs durch Entspannen, Anwärmen und Waschen mit flüssigem N2 ist die gleiche wie oben beschrieben.The purity and treatment of the raw hydrogen by letting down the pressure, warming up and washing with liquid N 2 is the same as described above.
Es ist ein großer Vorzug des Verfahrens der Erfindung, daß die gleiche Apparatur und Arbeitsweise dazu dienen kann, neben CO2 auch große Mengen von Stickstoff auszuscheiden, wie sie in Konvertgasen vorhanden sind, die mit Luft erzeugt wurden. Damit ist das lang gesuchte Ziel erreicht, der NH3-Synthese besonders billige Gasarten, wie lufthaltiges Grubengas, Hochofengichtgas, Produkte der Staubvergasung, der Wirbelschichtvergasung, Generatorgas aus aschenreichen Brennstoffen usw., zugänglich zu machen. Bevorzugt werden dabei Vergasung und Konvertierung unter Druck vorgenommen, aber auch bei so niedrigem Druck, daß in den Regeneratoren die Sublimation des CO2 sichergestellt ist und der Kältebedarf gedeckt werden kann.It is a great advantage of the process of the invention that the same apparatus and method of operation can be used to remove large amounts of nitrogen in addition to CO 2 , such as are present in converting gases that have been generated with air. This has achieved the long-sought goal of making NH 3 synthesis particularly cheap types of gas, such as air-containing mine gas, blast furnace top gas, products of dust gasification, fluidized bed gasification, generator gas from ash-rich fuels, etc., accessible. Gasification and conversion are preferably carried out under pressure, but also at such a low pressure that the sublimation of the CO 2 is ensured in the regenerators and the cooling requirement can be met.
Der Sauerstoff, der bei der N2-Herstellung anfällt, ist etwa ein Drittel des Gesamtbedarfs der Synthesegaserzeugung. Zweckmäßig wird mit ihm die Vergasungsluft angereichert. Wie bei allen anderen An-Wendungsformen des Verfahrens der Erfindung kann das Rohgas auf die der H2-Reinheit von 90% entsprechende Temperatur abgekühlt werden.The oxygen that arises in the N 2 production is about a third of the total requirement for synthesis gas generation. The gasification air is expediently enriched with it. As with all other forms of application of the method of the invention, the raw gas can be cooled to the temperature corresponding to the H 2 purity of 90%.
Mit der Menge des im Regenerator zu kondensierenden Stickstoffs wächst das Gewicht der Regeneratorfüllung und auch der Druckabfall im Regenerator. Die Heizflächen können billiger werden, wenn die Stickstoffausscheidung teilweise in Gegenstromwärmeaustauscher der N2-Wäsche verlegt wird und im Regenerator noch ausreichend N2 für die CO2-Sublimation ausgeschieden wird.With the amount of nitrogen to be condensed in the regenerator, the weight of the regenerator filling increases and so does the pressure drop in the regenerator. The heating surfaces can be cheaper if the nitrogen excretion is partially transferred to the countercurrent heat exchanger of the N 2 scrubbing and if sufficient N 2 is still excreted in the regenerator for the CO 2 sublimation.
Die Verwendbarkeit des neuen Verfahrens ist damit noch nicht erschöpft. Es gibt z. B. bei der Herstellung von Synthesegas aus Koksofengas mehrere Probleme, die eine Abwandlung von dem oben beschriebenen Verfahren wünschenswert machen. Als ein solches Problem sei ein Mangel an vorhandenem Koksofengas für die Erzeugung einer bestimmten Menge Synthesegases genannt. Dieses Problem ist alt und wurde bislang in der Weise gelöst, daß das im Rohgas enthaltene oder aus ihm durch Tiefkühlung abgeschiedene Methan oxydativ mit O2 oder H2O in CO und H2 umgewandelt, das CO mit Wasserdampf zu H2 und CO2 konvertiert, das CO2 ausgewaschen und dann der Wasserstoff feingereinigt wurde, z. B. durch Methanisierung von CO oder durch Tiefkühlen und Waschen mit flüssigem Stickstoff. Vor der Tiefkühlung wird das Kohlendioxyd aus dem Gasstrom mit einer Druckwasserwäsche und nachfolgender Laugenwäsche oder in einer Tieftemperaturwäsche mit Methanol oder in einer Pottaschewäsche entfernt.The usability of the new process is not yet exhausted. There are e.g. B. in the production of synthesis gas from coke oven gas several problems that make a modification of the process described above desirable. One such problem is a lack of available coke oven gas for the production of a certain amount of synthesis gas. This problem is old and has hitherto been solved in such a way that the methane contained in the raw gas or separated from it by freezing is oxidatively converted into CO and H 2 with O 2 or H 2 O, and the CO is converted with steam to H 2 and CO 2 , the CO 2 was washed out and then the hydrogen was finely purified, e.g. B. by methanation of CO or by freezing and washing with liquid nitrogen. Before deep freezing, the carbon dioxide is removed from the gas stream with a pressurized water wash and a subsequent wash with caustic or in a low-temperature wash with methanol or in a potash wash.
Bei der Behandlung dieses Problems gemäß dem Verfahren der Erfindung werden der Regeneratoranlage zwei Teilströme zugeführt, wobei der erste ein Gemisch von H2 und Kohlenwasserstoffen, der zweite ein Gemisch von H2 mit CO2 und N2 ist. Die beiden Teilströme werden gemeinsam in den Regeneratoren durch Druck und Kälte in zwei Fraktionen zerlegt, von denen die eine, gasförmige, praktisch den ge-In dealing with this problem according to the method of the invention, two partial flows are fed to the regenerator system, the first being a mixture of H 2 and hydrocarbons, the second being a mixture of H 2 with CO 2 and N 2 . The two partial flows are split up into two fractions in the regenerators by means of pressure and cold, one of which, gaseous, practically represents the
samten Wasserstoff aus den beiden Teilströmen neben Resten von CH4, CO und N2 enthält, während die andere, als Kondensat auf der Speichermasse niedergeschlagene Fraktion praktisch alle übrigen Bestandteile der beiden Teilströme enthält. Diese Fraktionen werden in der schon beschriebenen Weise weiterbehandelt.contains all of the hydrogen from the two substreams in addition to residues of CH 4 , CO and N 2 , while the other fraction, which is deposited as condensate on the storage mass, contains practically all of the other components of the two substreams. These fractions are treated further in the manner already described.
Gemische von H2 mit Kohlenwasserstoffen, wie sie allein oder als erster Teilstrom zum Ausführen desMixtures of H 2 with hydrocarbons, as they are used alone or as the first substream to run the
der Fortfall einer besonderen Einrichtung zur CO2-Entfernung sind die wichtigste Wirkung der Vereinigung beider Teilströme im Regenerator.The elimination of a special facility for CO 2 removal is the most important effect of combining both partial flows in the regenerator.
Ein Vorteil der Vereinigung zweier Teilströme, 5 von denen jeder ein anders geartetes Kondensat liefert, ist die günstigere Verteilung der Kondensate im Regenerator. Überwiegen im ersten Teilstrom unter den Begleitstoffen des Wasserstoffs die tiefsiedenden Gase wie CH4, CO und N2 und im zweiten An advantage of combining two partial flows, 5 each of which supplies a different type of condensate, is the more favorable distribution of the condensates in the regenerator. In the first partial flow, the low-boiling gases such as CH 4 , CO and N 2 predominate among the accompanying substances of the hydrogen and in the second
Verfahrens der Erfindung verwendet werden, sind io Teilstrom die hochsiedenden wie CO2, so wird derProcess of the invention are used, if the partial stream is high-boiling, such as CO 2 , the
z. B. Koksofengas, Raffineriegase, Abgase der Hy- Regenerator über seine Länge und über das Tempe-z. B. coke oven gas, refinery gases, exhaust gases of the hy- regenerator over its length and over the temperature
driertechnik und Produkte katalytischer Reformie- raturfeld viel gleichmäßiger mit KondensatbildungDrier technology and products of the catalytic reforming field much more evenly with condensate formation
rung von Benzin, sofern sie schon so viel Wasser- belastet als die Regeneratoren mit einer Gasart allein,of gasoline, provided that it already pollutes as much water as the regenerators with one type of gas alone,
stoff enthalten, daß dessen Abtrennung von den Be- wie wenn z. B. Koksofengas beaufschlagt wird,contain substance that its separation from the loading as if z. B. coke oven gas is applied,
gleitstoffen durch Druck und Kälte im Regenerator 15 Würde nur Koksofengas im Regenerator verarbeitet,lubricants due to pressure and cold in the regenerator 15 If only coke oven gas were processed in the regenerator,
wirtschaftlich ist.is economical.
Der zweite Teilstrom von H2 und CO2 kann aus derselben Gasart, aus dem der erste Teilstrom gebildet wird, durch oxydative Umwandlung derThe second partial stream of H 2 and CO 2 can be obtained from the same type of gas from which the first partial stream is formed by oxidative conversion of the
so wurden 90% der Kondensate CH4, N2 und CO nahe dem kalten Ende des Regenerators anfallen. Wird nur H2-CO2-Gemisch verarbeitet, so würden 90% des CO2 im Temperaturgebiet von 160 bis90% of the condensates CH 4 , N 2 and CO were thus obtained near the cold end of the regenerator. If only H 2 -CO 2 mixture is processed, 90% of the CO 2 would be in the temperature range from 160 to
Kohlenwasserstoffe und Konvertierung der entstan- 20 220° K anfallen,Hydrocarbons and conversion of the resulting 20 220 ° K accrue,
denen CO hergestellt, kann aber auch auf andere Beim Verfahren der Erfindung werden entspre-which CO is produced, but can also be applied to other
Weise, z. B. durch Vergasen schweren Heizöls mit chend dem Mengenverhältnis der Teilströme sowohlWay, e.g. B. by gasifying heavy fuel oil with accordingly the quantitative ratio of the partial flows both
Sauerstoff und anschließende Konvertierung gebildet die warme Zone zum Kondensieren von CO2 als auchOxygen and subsequent conversion formed the warm zone for condensing CO 2 as well
werden. Steinkohle, Braunkohle, Benzin oder Erdgas die kalte Zone zum Kondensieren von CH4 ausge-will. Hard coal, lignite, gasoline or natural gas are the cold zones for condensing CH 4 .
können Ausgangsbrennstoffe sein, und als Ver- 25 nutzt. Die verschieden hohe Verdampfungswärmecan be starting fuels and used as 25. The different levels of heat of vaporization
gasungsmittel können neben oder an Stelle von von CH4 und CO2 entspricht der Verschiedenheit dergassing agents can be used in addition to or instead of CH 4 and CO 2 corresponds to the difference in
Sauerstoff auch Luft oder Wasserdampf benutzt wer- spezifischen Wärme der Speichermasse in den beidenOxygen also air or water vapor are used to specific heat of the storage mass in the two
den. Natürlich kann mit einem H2-CO2-Gemisch das Temperaturgebieten. Zur Gewinnung gleicher H2-the. Of course, with an H 2 -CO 2 mixture, the temperature ranges. To obtain the same H 2 -
Verfahren der Erfindung auch allein ausgeführt wer- Mengen dürfen die Regeneratoren für die Verfah-Process of the invention can also be carried out alone. Quantities may be used by the regenerators for the process.
den, sofern es nur genügend N2 für die Sublimation 30 rensweise der addierten Teilströme meist etwasthe, if there is only enough N 2 for the sublimation 30 rensweise of the added substreams mostly something
des CO2 enthält. kleiner sein als die Regeneratoren für die Verfahrens-of the CO 2 contains. be smaller than the regenerators for the process
Um die Kosten der Erzeugung des H2-CO,-Stroms weise ohne Teilströme. Werden sie aber ebenso großTo cover the costs of generating the H 2 -CO, -stream wisely without substreams. But they get just as big
niedrig zu halten, dürfen darin größere Mengen un- gemacht, was ja nur etwas Speichermasse kostet, soto keep it low, larger quantities may not be made in it, which only costs some storage mass, like that
zersetzter Kohlenwasserstoffe bleiben, ebenso darf ist die Anlage, je nach Marktlage für Rohgas, Rest-decomposed hydrocarbons remain, the system may, depending on the market situation for raw gas, residual
nach der Konvertierung mit Wasserdampf ein größe- 35 gas, Heizöl und Kohle, für beide Verfahrensweisenafter the conversion with steam, a large gas, heating oil and coal, for both processes
rer Rest von CO im Gas verbleiben, denn sowohl verwendbar.rer remainder of CO remain in the gas, because both usable.
überschüssiges CH4 als auch CO werden im Regene- Das Arbeiten mit zwei verschiedenen TeilströmenExcess CH 4 as well as CO are in the regeneration. Working with two different partial flows
rator bzw. in der nachfolgenden Wäsche mit flüssi- gibt viel größere Freiheit in der Auswahl der Roh-rator or in the subsequent wash with liquid gives much greater freedom in the selection of raw materials
gem Stickstoff praktisch ohne Mehraufwand sehr stoffe für die Gaserzeugung.According to nitrogen, very substances for gas generation with practically no additional effort.
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vollkommen abgeschieden.completely secluded.
Bei der Herstellung des Stickstoffs aus der Luft für die N2-Wäsche fällt eine äquivalente Menge Sauerstoff an. Es ist wirtschaftlich vorteilhaft, den zweiten Teilstrom mit Sauerstoff zu erzeugen undWhen the nitrogen is produced from the air for the N 2 scrubbing, an equivalent amount of oxygen is produced. It is economically advantageous to generate the second substream with oxygen and
die Menge des zweiten Teilstroms dieser vorhandenen 45 paßt bzw. geregelt werden. Sauerstoffmenge anzupassen. Die Erfindung sei an Hand der in der Figur sche-the amount of the second partial flow of this existing 45 fits or can be regulated. Adjust the amount of oxygen. The invention is based on the
Wird zur oxydativen Umwandlung von Brennstoff matisch dargestellten Vorrichtung an mehreren Beibeim Herstellen des zweiten Teilstroms Wasserdampf spielen beschrieben, benutzt und die dazu nötige Wärme durch Ver- _ . · , <Is used for the oxidative conversion of fuel systematically shown device on several Beibeim Production of the second partial stream water vapor play described, used and the heat required for this through consumption. ·, <
brennen von Restgas geliefert, so wird die nach 50 Beispiel!burning of residual gas is supplied, so the after 50 example!
außen abzugebende Wärmemenge verringert und Absatzschwierigkeiten für das Restgas begegnet.The amount of heat to be given off outside is reduced and sales difficulties for the residual gas are met.
Beim Arbeiten mit zwei Teilströmen werden zum
Wiederverdampfen des CO2-Kondensats erfindungsgemäß
die aus dem ersten Teilstrom in tieferen Tem- 55 Jeder Regenerator macht zeitlich nacheinander dieperaturgebieten
abgeschiedenen Gasbestandteile CH4, jenigen Arbeitsschritte, die während einer Schalt-CO
und N2 verwendet. Überraschenderweise gelingt periode in den drei Regeneratoren nebeneinander
die Wiederverdampfung des CO2, besonders wenn ablaufen: 53000Nm3 Koksofengas mit 60% H2 wersie
noch durch Unterdruck und Spülgas unterstützt den im Kompressor 4 auf einen Druck von 10 kg/cm2
wird, außergewöhnlich vollständig. Trotzdem ge- 60 verdichtet, über Leitung 5 in den Regenerator 1 gelangen
in den Rohwasserstoff, wenn er in der nach- leitet und dort gekühlt. Dabei werden die kondensten
Schaltperiode über die Speichermasse des sierbaren Bestandteile einschließlich des größten
gleichen Regenerators strömt, noch einzelne Volum- Teils des Methans auf der Speichermasse niederteile
CO2 pro Million, und es bedarf einer Nach- geschlagen. Der den Regenerator 1 mit einer Tempereinigung
beim erneuten Abkühlen dieses Rohwasser- 65 ratur von etwa 83° K über Leitung 6 verlassende
Stoffs vor der N2-Wäsche. Die Begünstigung der Rohwasserstoff enthält etwa 90% H2, 0,6% CH4,
Wiederverdampfung des CO2 durch von tieferen 4% CO, 5,3% N2, 0,1% O2. Ein Teilstrom von
Temperaturgebieten kommendes CH4 bzw. N2 und etwa 2% wird durch die Leitung 7 und das Ventil 8When working with two partial flows, the
Re-evaporation of the CO 2 -Kondensats according to the invention consisting of the first part stream at lower tempera- 55 makes Each regenerator consecutively deposited dieperaturgebieten gas components CH 4, jenigen steps that used during a switching-CO and N 2. Surprisingly, the re-evaporation of the CO 2 succeeds in the three regenerators next to each other, especially when it is running: 53000Nm 3 coke oven gas with 60% H 2 if it is still supported by negative pressure and purging gas which is increased to a pressure of 10 kg / cm 2 in the compressor 4, exceptionally completely . In spite of this, compressed, via line 5 into the regenerator 1, the raw hydrogen reaches the raw hydrogen when it is fed into the and cooled there. The most condensed switching period flows over the storage mass of the convertible components, including the largest identical regenerator, and individual volume parts of the methane on the storage mass lower CO 2 per million, and a look-up is required. The substance leaving the regenerator 1 with heat treatment when this raw water temperature of about 83 ° K is cooled again via line 6 before the N 2 wash. The favoring of the raw hydrogen contains about 90% H 2 , 0.6% CH 4 , re-evaporation of the CO 2 by means of lower 4% CO, 5.3% N 2 , 0.1% O 2 . A partial flow of CH 4 or N 2 and about 2% coming from temperature regions is passed through line 7 and valve 8
Zur Verwertbarkeit des Restgases trägt erheblich bei, wenn erfindungsgemäß mit dem Mengenverhältnis, in dem die Teilströme dem Regenerator zugeführt werden, die Brenneigenschaften — Heizwert und Dichte des Gases — erwünschten Werten ange-The usability of the residual gas makes a significant contribution if, according to the invention, with the quantity ratio, in which the partial flows are fed to the regenerator, the burning properties - calorific value and density of the gas - desired values
Zerlegung von Koksofengas (H2-Kohlenwasserstoff-Decomposition of coke oven gas (H 2 hydrocarbon
Gemisch)Mixture)
1, 2 und 3 sind drei zyklisch wechselbare Regeneratoren als Kältespeicher und Wärmeaustauscher.1, 2 and 3 are three cyclically exchangeable regenerators as cold storage and heat exchangers.
abgezweigt, in einer Rohrschlange 9 angewärmt und über Leitung 10 wieder mit dem in der Leitung 12 herangeführten Hauptstrom vereinigt, nachdem letzterer im Wärmeaustauscher 11 verdichteten Stickstoff gekühlt und sich dabei erwärmt hat. Der Rohwasserstoff wird in der Turbine 13 auf -etwa 3 kg/cm2 Druck entspannt und tritt über die Leitung 14 in den Regenerators ein, wo er auf gewöhnliche Temperatur erwärmt wird.branched off, warmed in a coil 9 and reunited via line 10 with the main stream brought in line 12 after the latter has cooled compressed nitrogen in heat exchanger 11 and warmed up in the process. The raw hydrogen is expanded in the turbine 13 to about 3 kg / cm 2 pressure and enters the regenerator via the line 14, where it is heated to the usual temperature.
Dabei nimmt der Rohwasserstofi am Anfang dieser Spülperiode noch den Wasserstoff auf, der beim Öffnen des Ventils 15 aus dem vorher beladenen Regenerator 2 so lange entweicht, bis der Druck in diesem von 10 auf 3 ata gesunken ist. Der Regenerator 3 wird in diesem Zeitabschnitt von den Kondensatresten befreit, die in der vorangegangenen Periode der Wiederverdampfung liegengeblieben sind. Eine solche Periode der Wiederverdampfung findet während der beschriebenen Schaltperiode im Regenerator 2 statt. Mit dem Anfangsdruck 3 kg/cm2 wird der Regenerator 2 über die Leitungen 16 und 17, d. h. über das warme Ende, entleert. Bestandteile, die bei höherem Druck kondensiert wurden, wie CH4 neben einem Rest von Wasserstoff, strömen mit Überdruck ab und verdunsten dabei Äthylen; Äthan, Kohlendioxyd, Wasser usw. Zum Schluß senkt das Gebläse 18 den Druck im Regenerator auf 0,5 kg/cm2. Die Verdampfung, besonders des Methans am kalten Ende, wird erheblich dadurch gefördert, daß ein dem Sumpf der Waschsäule 19 entstammendes CO-N2-Gemisch, das über die Leitung 20 dem Wärmeaustauscher 21, in dem es verdampft, und von da über die Leitung 22 dem Regenerator 2 zugeführt wird, vom kalten Ende des Regenerators her in diesen entspannt wird. Der den Regenerator 3 durch die Leitung 23 verlassende,- mit Kondensatresten beladene Rohwasserstoff wird im Kompressor 24 auf den Druck der Stickstoffwäsche verdichtet, über die Leitung 25 dem Wärmeaustauscher 26 und von da übet die Leitung 27 dem Wärmeaustauscher 21 zugeführt und auf tiefe Temperatur gekühlt. Durch die Leitungen 28 und 30 und iden Abscheider 29 tritt der Roll-, wasserstoff-in die Stickstoff waschsäule 19 ein, wctihm von oben durch die Leitung 36 herangeführter flüssiger Stickstoff' entgegenfließt. Dieser wird vor dem Eintritt in die Waschsäule im Kompressor 31 auf den Druck der Stickstoffwäsche verdichtet; über Leitung 32 dem Wärmeaustauscher 33. zugeleitet, dort im Gegenstrom zu im Wärmeaustauscher 21 verdampftem Sumpfprodukt der Waschsäule und einem Teil des synthesereinen H2-N2-Gemisches gekühlt und über Leitung 34 dem; Wärmeaustauscher 11 und von da den Wärmeaustauschern 21 und 3$ zugeführt, wo der Stickstoff weitergekühlt wird. Die Leitung 36 verbindet die beiden letzten Wärmeaustauscher mit der Waschsäule 19. Am Kopf diesei Waschsäule zieht über Leitung 41 ein synthesereines H2-N2-Gemisch ab, das teils im Wärmeaustauscher 26, teils Über ,die Leitung 42 abgezweigt, im Wärmeaustauscher 33 angewärmt wird und aus Leitung 43 entnommen werden kann. Spuren von Wasser und Kohlendioxyd werden aus dem Rohwasserstoff mit Adsorbern entfernt. Methan wird zum größten Teil bereits vor dem Eintritt in die Waschsäule aus dem Rohwasserstoff im Austauscher 21 und im Abscheider 29 ausgeschieden, so daß das im Sumpf der Waschsäule 19 anfällende CO-N2-Gemisch genügend arm an Methan ist, um im Regenerator 2 noch festes CH4 verdunsten zu können. Vom Abscheider 29 gelangt das flüssige Methan über Leitung 37 in den Wärmeaustauscher 35, wo es verdampft wird und von wo es durch Leitung 38 zusammen mit über Leitung 39 vom Wärmeaustauscher 21 kommendem verdampftem CO-N2-Gemisch durch den Wärmeaustauscher 33 und durch Leitung 40 zur Restgasleitung 17 geführt wird. Die Funktion der Wäsche mit flüssigem N2 ist die übliche. In der Anlage werden stündlich 40 700 Nm3 Gemisch 75% H2, 25% N2 und "23 500 Nm3 Reichgas mit einem oberen Heizwert von 6800kcal/Nm3 erzeugt. 160 · 10e kcal stehen zum Verkauf. Der Energieverbrauch für die Bereitstellung des Synthesegases beträgt nur noch 75% des Energieverbrauchs in einer klassischen Anlage.At the beginning of this flushing period, the raw hydrogen still absorbs the hydrogen, which escapes from the previously loaded regenerator 2 when the valve 15 is opened until the pressure in this has dropped from 10 to 3 ata. During this period of time, the regenerator 3 is freed from the condensate residues that were left in the previous period of re-evaporation. Such a period of re-evaporation takes place in the regenerator 2 during the switching period described. With the initial pressure of 3 kg / cm 2 , the regenerator 2 is emptied via the lines 16 and 17, ie via the warm end. Components that were condensed at higher pressure, such as CH 4 in addition to a residue of hydrogen, flow off at overpressure and evaporate ethylene in the process; Ethane, carbon dioxide, water, etc. Finally, the fan 18 lowers the pressure in the regenerator to 0.5 kg / cm 2 . The evaporation, especially of the methane at the cold end, is significantly promoted by the fact that a CO-N 2 mixture originating from the bottom of the washing column 19 is transferred via line 20 to heat exchanger 21, in which it evaporates, and from there via line 22 is fed to the regenerator 2, is relaxed in this from the cold end of the regenerator. The raw hydrogen leaving the regenerator 3 through the line 23 - laden with condensate residues is compressed in the compressor 24 to the pressure of the nitrogen scrubber, via the line 25 to the heat exchanger 26 and from there the line 27 is fed to the heat exchanger 21 and cooled to low temperature. The rolling hydrogen enters the nitrogen washing column 19 through the lines 28 and 30 and the separator 29, with liquid nitrogen flowing in from above through the line 36. This is compressed in the compressor 31 to the pressure of the nitrogen scrubber before entering the washing column; fed via line 32 to the heat exchanger 33, there in countercurrent to the bottom product of the washing column evaporated in the heat exchanger 21 and a part of the pure H 2 -N 2 mixture and cooled via line 34 to the ; Heat exchanger 11 and from there the heat exchangers 21 and 3 $ fed, where the nitrogen is further cooled. Line 36 connects the last two heat exchangers to washing column 19. At the top of this washing column, a synthesized H 2 -N 2 mixture is drawn off via line 41, which is heated partly in heat exchanger 26, partly via line 42, and warmed up in heat exchanger 33 and can be taken from line 43. Traces of water and carbon dioxide are removed from the raw hydrogen with adsorbers. Methane is for the most part already separated from the raw hydrogen in the exchanger 21 and in the separator 29 before it enters the scrubbing column, so that the CO-N 2 mixture obtained in the bottom of the scrubbing column 19 is sufficiently poor in methane to still be in the regenerator 2 to be able to evaporate solid CH 4. From the separator 29, the liquid methane passes via line 37 into the heat exchanger 35, where it is evaporated and from where it is evaporated through line 38 together with the evaporated CO-N 2 mixture coming from heat exchanger 21 via line 39 through the heat exchanger 33 and through line 40 to the residual gas line 17 is performed. The function of washing with liquid N 2 is the usual one. The plant produces 40 700 Nm 3 of mixture of 75% H 2 , 25% N 2 and 23,500 Nm 3 of rich gas with an upper calorific value of 6800 kcal / Nm 3 per hour. 160 · 10 e kcal are for sale. The energy consumption for the The provision of the synthesis gas is only 75% of the energy consumption in a classic plant.
Durch Vergasen von Flammkohle bei 6 ata mit einem Luft-Sauerstoff-Gemisch mit 28% O2 und äo Umsetzen mit Wasserdampf wird ein Konvertgas hergestellt mit 27,7% CO2, 38,5% H2, 3% CO, 2% CH4, 29,4% N2. Aus 40 800Nm3 Konvertgas werden bei 5,5 ata Druck in der Regeneratoranlage 16 500 Nm3 Röhwasserstoff 91% H2, 3% CO, 5,5% N2, 0,6% CH4 abgezweigt, nach entsprechender Vorerwärmung in der Rohrschlange 9 bzw. im- Wärmeaustauscher 11 in der Turbine 13 auf 1,4 ata arbeitsleistend entspannt, im Regenerator 3 erwärmt, anschließend im Kompressor 24 auf 13 ata verdichtet und nach erneuter Kühlung in den Wärmeaustauschern 26 und 21 durch Waschen mit flüssigem Stickstoff in der Waschsäule 19 in Synthesegemisch H2 + N2 umgewandelt. Das im Wäschsäulensumpf anfallende CO-N2-Gemisch wird im Gegenstrom zu Rohwasserstoff und Reinstickstoff im Wärmeaustauscher 21 verdampft, erwärmt und dein Restgas beigefügt, welches durch Verdampfen von 11350Nm3 CO2 mit 500 CH4, 500 CO und -750 H/ -und 11 3QONm3 N2 im Regenerator 2 entsteht! Der Gas* strom von 29 500 Nm3 H2 + N2 + CO + CH4, von j dem beim Beladen des Regenerators 1 11350Nm3 i-,COä abgeschieden werden, hat bei 5,4 ata ein effekj tives Volumen, von 5480 ms. Beim Wiederverdampfen : ströpien 12 300 Nm3» N2 + CO + CH4 bei einem mittleren Druck von 0,75 ata über das CO2-Konden-' sat mit einem effektiven Volumen von 16 400 cm3 (Temperatureinfluß beide Male unberücksichtigt).A converting gas is produced with 27.7% CO 2 , 38.5% H 2 , 3% CO, 2% CH by gasifying flame charcoal at 6 ata with an air-oxygen mixture with 28% O 2 and reacting with water vapor 4 , 29.4% N 2 . 16,500 Nm 3 of raw hydrogen 91% H 2 , 3% CO, 5.5% N 2 , 0.6% CH 4 are branched off from 40 800 Nm 3 convert gas at 5.5 ata pressure in the regenerator system, after appropriate preheating in the pipe coil 9 or im- heat exchanger 11 in the turbine 13 to 1.4 ata relaxed, heated in the regenerator 3, then compressed in the compressor 24 to 13 ata and after renewed cooling in the heat exchangers 26 and 21 by washing with liquid nitrogen in the washing column 19 converted into synthesis mixture H 2 + N 2 . The CO-N 2 mixture occurring in the washing column sump is evaporated and heated in countercurrent to the raw hydrogen and pure nitrogen in the heat exchanger 21 and the residual gas is added, which by evaporation of 11350Nm 3 CO 2 with 500 CH 4 , 500 CO and -750 H / -und 11 3QONm 3 N 2 is created in the regenerator 2! The gas stream of 29,500 Nm 3 H 2 + N 2 + CO + CH 4 , of which 11,350 Nm 3 i-, CO a are deposited when the regenerator is loaded, has an effective volume of 5.4 ata, of 5480 m s . When re-evaporation: stream 12,300 Nm 3 »N 2 + CO + CH 4 at a mean pressure of 0.75 ata over the CO 2 condensate with an effective volume of 16,400 cm 3 (temperature influence both times not taken into account).
Bei dem Sublimationsverhältnis'At the sublimation ratio '
4.6,400
54804,6,400
5480
;=r3'tst die ; = r 3'tst the
vollständige,, Verdampfung dej" CO2 gesichert. Der Energieverbrauch je Tonne NET3 ist in diesem Beispiel 10% höher als der im Beispiel 1. Der Preis der Wärmeeinheit im Wasserstoffgas aus Flammkohle ist jedoch um ein Drittel niedriger als aus Köksofengas und das ist entscheidend für den SynthesepreisvComplete "evaporation dej" CO 2 ensured. The energy consumption per ton of NET 3 in this example is 10% higher than that in example 1. The price of the heat unit in hydrogen gas from flame coal is, however, a third lower than from stove gas and that is crucial for the synthesis price
; - Beispiel 3; - Example 3
j Ein durch Vergasen von Heizöl mit Sauerstoff erzeugtes und anschließend konvertiertes Gas enthält 34,4% CO2, 0,2% H2S, 62,2% H2, 3,2% ; N2+ CH4+ CO.j A gas produced by gasifying fuel oil with oxygen and then converted contains 34.4% CO 2 , 0.2% H 2 S, 62.2% H 2 , 3.2%; N 2 + CH 4 + CO.
Zwecks günstigerer Sublimation des CO2 im Regenerator wurde dem Sauerstoff so viel Luft zugesetzt, daß der Gehalt an N2 + CO + CH4 auf 9% steigt. Wird das Gemisch (32,4% CO2, 0,2% H2S, 58,4% H2, 9% N2 + CO + CH4) bei 10 ata im Regenerator zerlegt und das Kondensat bei 0,5 ata wiederverdampft, so ist das SublimationsverhältnisFor the purpose of more favorable sublimation of the CO 2 in the regenerator, so much air was added to the oxygen that the content of N 2 + CO + CH 4 rises to 9%. If the mixture (32.4% CO 2 , 0.2% H 2 S, 58.4% H 2 , 9% N 2 + CO + CH 4 ) is decomposed at 10 ata in the regenerator and the condensate at 0.5 ata re-evaporated, so is the sublimation ratio
809 569/543809 569/543
I 272I 272
der effektiven Volumina bei Verdampfung und Kondensation verdreifacht gegenüber dem Sublimationsverhältnis vor dem Luftzusatz, also günstiger. Je größer der Luftzusatz, desto weniger CO2 geht mit dem Rohwasserstoff zur N2-Wäsche.the effective volumes during evaporation and condensation tripled compared to the sublimation ratio before the addition of air, i.e. cheaper. The greater the addition of air, the less CO 2 goes with the raw hydrogen for N 2 scrubbing.
Beispiele 4 und 5Examples 4 and 5
Weitere Ausführungsbeispiele zeigen, wie bei der Benutzung des gleichen Ausgangsstoffes, z. B. Koksofengas, für drei Verfahrensarten die Menge des angewandten Koksofengases und die Menge, der Heizwert und die Dichte des zum Verkauf stehenden Restgases in sehr weiten Grenzen variiert werden können.Further embodiments show how when using the same starting material, eg. B. coke oven gas, for three types of process, the amount of coke oven gas used and the amount, the calorific value and the density of the residual gas for sale can be varied within very wide limits can.
Beispiel 1 bezog sich auf die Erzeugung von stündlich 30 000 Nm3 H2 (Verbrennungswärme 3000 kcal/Nm3) in 40000Nm3 H2-N2-Gemisch aus 53 000 Nm3 Koksofengas (Verbrennungswärme 4750 kcal/Nm3) und 11000 Nm3 N2. Dabei fielen aus Regeneratoren und Stickstoffwäsche zusammen stündlich 23 000 Nm3 Restgas (Verbrennungswärme 6800 kcal/Nm3) an.Example 1 related to the production of 30,000 Nm 3 H 2 per hour (heat of combustion 3000 kcal / Nm 3 ) in a 40,000 Nm 3 H 2 -N 2 mixture from 53,000 Nm 3 of coke oven gas (heat of combustion 4750 kcal / Nm 3 ) and 11,000 Nm 3 N 2 . This resulted in an hourly total of 23,000 Nm 3 of residual gas (heat of combustion 6800 kcal / Nm 3 ) from regenerators and nitrogen scrubbing.
Abschnitt A der Tabelle zeigt diese Stoffmengen und ihren Wärmewert, verteilt' auf Ausgangsstoff, Wasserstoff und Restgas.Section A of the table shows these amounts of substance and their heat value, distributed 'over the starting material, Hydrogen and residual gas.
Beispiel 4 (Abschnitt B der Tabelle) bezieht sich bei der Herstellung von 30000Nm3 H2 nach Beispiel 1 auf die Möglichkeit, als ersten Teilstrom 32 600 Nm3 Koksofengas in die Regeneratoren einzuführen und ihm als zweiten Teilstrom 16 350 Nm3 konvertiertes H2-CO2-Gemisch beizumischen, das entstanden ist durch Umsetzung aus 8150 Nm3 Koksgas mit 2040 Nm3 O2 unter Beifügung von 0,851 Koks und 500 Nm3 Wasserdampf. Der Sauerstoff stammt aus der Luftzerlegungsanlage, in welcher der Stickstoff für das Synthesegemisch gewonnen wird. Das Mengenverhältnis der beiden Teilströme wurde so gewählt, daß die Verbrennungswärme des aus den Regeneratoren und der Stickstoffwäsche kommenden Restgases H0 = 5300 kcal und die Gasdichte des Restgases, bezogen auf Luft, 0,72 beträgt. Beispiel5 (Abschnitte der Tabelle) bezieht sich auf die Möglichkeit der Erzeugung des zweiten Teilstroms durch oxydative Umwandlung von 13700Nms Koksofengas mit Wasserdampf bei etwa 700° C und anschließende Konvertierung des CO zu 25 260 Nm* H2 + CO2, die dann zusammen mit dem ersten Teilstrom von 18 800 Nm3 Koksofengas in die Regeneratorenanlage eintreten. Der Anlage werden nur 155 · 10e kcal zugeführt, also 100 · 10" kcal weniger als im Verfahren A. 68 ■ 10·5 kcal bleiben in 14 260 Nm3 Restgas, dessen Dichte so groß ist, daß seine Brenneigenschaften, beurteilt aus dem Quotien-TT Example 4 (Section B of the table) relates in the production of 30,000 Nm 3 H 2 according to Example 1 to the possibility of introducing 32 600 Nm 3 of coke oven gas into the regenerators as the first substream and converting it to 16 350 Nm 3 of converted H 2 - Mix in CO 2 mixture, which was created by converting 8150 Nm 3 coke gas with 2040 Nm 3 O 2 with the addition of 0.851 coke and 500 Nm 3 steam. The oxygen comes from the air separation plant in which the nitrogen for the synthesis mixture is obtained. The quantitative ratio of the two substreams was chosen so that the heat of combustion of the residual gas coming from the regenerators and the nitrogen scrubber is H 0 = 5300 kcal and the gas density of the residual gas, based on air, is 0.72. Example5 (sections of the table) relates to the possibility of generating the second substream by oxidative conversion of 13700Nm s coke oven gas with water vapor at around 700 ° C and subsequent conversion of the CO to 25 260 Nm * H 2 + CO 2 , which then together with the first partial flow of 18,800 Nm 3 coke oven gas enter the regenerator system. Only 155 · 10 e kcal are added to the system, i.e. 100 · 10 "kcal less than in method A. 68 · 10 · 5 kcal remain in 14 260 Nm 3 residual gas, the density of which is so great that its burning properties are assessed from the Quotien TT
ten -j-, trotz des Heizwertes von 4800 kcal nicht befriedigen. ten -j-, despite the calorific value of 4800 kcal, are not satisfactory.
Für die Regenerator - Reichgas - Fraktion von 11090 Nm3 mit einer Verbrennungswärme vonFor the regenerator rich gas fraction of 11090 Nm 3 with a heat of combustion of
so 5720 kcal und einem Molgewicht von 23,5 sind gute Brenneigenschaften zu erwarten. Deshalb wird die CO-N2-Fraktion nicht mit dem Reichgas vereinigt, sondern getrennt zum Decken des Wärmebedarfs der CH4-Umwandlung verbraucht. Nur für den 27,2 kcalSo 5720 kcal and a molecular weight of 23.5 good burning properties are to be expected. Therefore, the CO-N 2 fraction is not combined with the rich gas, but consumed separately to cover the heat demand of the CH 4 conversion. Only for the 27.2 kcal
as noch fehlenden Betrag wird die Regenerator-Reichgas-Fraktion herangezogen. Zum Verkauf stehen 41 · 106 kcal in 7150 Nm3 Reichgas-Fraktion mit 5,72 · 103 kcal/Nm3 mit den erwünschten Brenneigenschaften. The regenerator rich gas fraction is used as the amount that is still missing. For sale are 41 · 10 6 kcal in 7150 Nm 3 rich gas fraction with 5.72 · 10 3 kcal / Nm 3 with the desired burning properties.
Der Vergleich mit den beim Verfahren ohne Teilströme zum Verkauf stehenden 160 · 10e kcal mit 6800 kcal/Nm3 läßt erkennen, daß für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrensbeispiels 1 die Möglichkeit des Verkaufs sehr großer Mengen heizwertreichen Gases wesentlich ist, während die Teilstromverfahren dort am Platze sind, wo nur heizwertnormales Gas einen Markt hat. Die Teilstrombildung ist nicht auf die Verwendung von Koksofengas als Ausgangsstoff beschränkt. The comparison with the 160 · 10 e kcal with 6800 kcal / Nm 3 for sale in the process without partial streams shows that the possibility of selling very large amounts of high calorific value gas is essential for the economic viability of process example 1, while the partial stream processes are in place there are where only calorific value gas has a market. The partial flow formation is not limited to the use of coke oven gas as the starting material.
Nm1 Coke oven gas
Nm 1
Wärmemenge
kcalDeployed
Amount of heat
kcal
Nm1 hydrogen
Nm 1
wärme
kcalUseful
warmth
kcal
(CO + N2 Residual gas eir
(CO + N 2
)-Fraktion
kcal/Nm3 i finally
)-Fraction
kcal / Nm 3
wärme
kcalrest
warmth
kcal
B. Erster Teilstrom
Zweiter Teilstrom
(H2 + CO2 A.
B. First partial flow
Second partial stream
(H 2 + CO 2
32 600
8150
16350)53000
32 600
8150
16350)
18700
1130030000
18700
11300
erster Teilstrom
CH4 + H2O
zweiter TeilstromC. Coke oven gas
first partial flow
CH 4 + H 2 O
second partial flow
18 800
13 70040750
18 800
13 700
10 800
1920030000
10 800
19200
14300
505023.5
14300
5050
1,1276,800
1.127
60608200
6060
2,06.8
2.0
Aufwand ui
bei Umw14260
Effort ui
at Umw
andlungid losses
action
-27,268.2
-27.2
Claims (2)
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