DE1551618B2 - Verfahren zum Abtrennen von Wasserstoff aus einem Prozeßgas - Google Patents

Verfahren zum Abtrennen von Wasserstoff aus einem Prozeßgas

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen von Wasserstoff aus einem Prozeßgas, das neben Wasserstoff als Hauptbestandteil Stickstoff, Argon sowie gegebenenfalls Kohlenmonoxyd und Kohlenwasserstoff, wie Methan, enthält, bei erhöhtem Druck mittels Kondensation aller Bestandteile außer Wasserstoff, bei welchem Verfahren das Prozeßgas durch einen Wärmetauscher nach oben, das in dem Wärmetauscher gebildete Kondensat als Rückfluß in Berührung mit dem aufsteigenden Prozeßgas nach unten und zur Kühlung des Prozeßgases im Gegenstrom zu diesem der konzentrierte Wasserstoff-Produktstrom.vor und nach einer arbeitsleistenden Entspannung sowie der Kondensatstrom durch den Wärmetauscher geleitet werden.
Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (NL-OS 516421) wird ein Teil des Produktgases, unmittelbar nachdem es entstanden ist, in den Kondensatstrom geleitet, um diesen und damit den Prozeßgasstrom im Wärmetauscher zu kühlen. Die Ausbeute an Produktgas ist um diesen Betrag verringert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs erwähnte Verfahren derart durchzuführen, daß die Abzweigung von Produktgas reduziert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Prozeßgas nach dem ersten Wärmetauscher einen zweiten Wärmetauscher, eine Trennstufe und anschließend als Wasserstoff-Produktstrom im Gegenstroni zum Prozeßgas den zweiten Wärmetauscher und'nach der Entspannung vor Eintritt in den i" ersten Wärmetauscher den zweiten Wärmetauscher im Gegenstrom zum Prozeßgas durchströmt.
Auf diese Weise wird erreicht, daß nicht mehr wie beim bekannten Verfahren sämtliche Verunreinigungen in einem, nämlich dem letzten Wärmetauscher r> auskondensiert werden, sondern daß im ersten Wärmetauscher ein Teil des Stickstoffes und die übrigen Verunreinigungen und im zweiten Wärmetauscher der Rest des Stickstoffes auskondensiert werden. Der in den Kondensatstrom abzuzweigende Teil des Pro-Λ) duktgases kann daher geringer sein.
Nachstehend wird unter Hinweis auf die Zeichnung ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Erzeugen eines Wasserstoffkonzentrates aus dem bei der Erzeugung von Ammoniak anfallenden Gas beschrieben, ^ -'"> Das Gas wies die nachstehende Zusammensetzung auf:
Wasserstoff 69,0 Mol%
Stickstoff 23,0 Mol%
Argon 2,7 Mol%
Methan 5,3 Mol %
Das unter einem Druck von 135 kg/cm2 absol. Bei einer Temperatur von 10° C zur Verfügung stehende Gas wird auf einen Druck von 70 kg/cm2 absol. expandiert und danach durch Hindurchleiten durch einen Molekularsiebadsorber von Wasser und restlichen Spuren des Ammoniaks befreit. Es können zwei Adsorber abwechselnd benutzt werden, von denen der eine Adsorber regeneriert wird, während der andere sich in Betrieb befindet.
Das Prozeßgas wird nach dem Entfernen von Restspuren des Ammoniaks und des Wassers durch ein Expansionsventil hindurch auf einen Druck von 40 kg/cm2 absol. expandiert und danach durch eine Leitung 11 zu einem vorgeschalteten Wärmetauscher 12 geleitet. Bei dem Durchströmen des vorgeschalteten /r Wärmetauschers 12 wird das Prozeßgas auf 85 ° K ab- V gekühlt, so daß der größere Teil des Argons und des Methans und ein Teil des Stickstoffes kondensiert. Das Gemisch aus Gas und Kondensationsflüssigkeit -,ο wird durch eine Leitung 13 einer Trennstufe 14 zugeführt, in der die flüssige Fraktion abgeschieden wird. Das zurückbleibende Prozeßgas wird dann durch eine Leitung 15 einem ersten Wärmetauscher 16 zugeführt und durchströmt diesen nach oben, wobei eine weitere -,-, Abkühlung auf 70° K erfolgt mit der Folge, daß Restspuren von Argon und Methan sowie der größte Teil des Stickstoffs kondensiert und als Rückfluß im Kontakt mit dem aufsteigenden Prozeßgas nach unten fließt. Das Kondensat wird in einer Trennstufe 17 unterhalb des ersten Wärmetauschers 16 gesammelt, während das Prozeßgas durch eine Leitung 18 einem zweiten Wärmetauscher 19 zugeführt wird und diesen durchströmt, wobei eine Abkühlung auf 66° K und eine Kondensation weiteren Stickstoffes erfolgt. Das o) den zweiten Wärmetauscher 19 verlassende Gemisch aus Flüssigkeit und Produktgas wird durch eine Leitung 20 zu einer Trennstufe 21 geleitet. Das Produktgas verläßt die Trennstufe 21 durch eine Leitung 22
und wird durch den zweiten Wärmetauscher 19 und von dort aus über eine Leitung 23 durch den ersten Wärmetauscher 16 geleitet. Das Produktgas verläßt den ersten Wärmetauscher 16 mit einer Temperatur von 81° K und wird dann durch eine Leitung 24 zu einer Expansionsturbine 25 geleitet, in der es unter Leistung einer äußeren Arbeit auf einen Druck von 14,5 kg/cm2 expandiert und dabei auf 64° K abgekühlt wird. Das die Turbine 25 durch eine Leitung 26 verlassende Produktgas wird dann der Reihe nach durch den zweiten Wärmetauscher 19, eine Leitung 27, den ersten Wärmetauscher 16, eine Leitung 28 und durch den vorgeschalteten Wärmetauscher 12 geleitet, wobei eine Erwärmung auf die Umgebungstemperatur erfolgt. Das Produktgas verläßt den vorgeschalteten Wärmetauscher 12 durch eine Leitung 29 und wird dann zur Verwendungsstelle befördert oder als Vorrat eingelagert. Je nach den Kühlungserfordernissen kann ein kleiner Teil der Strömung des gereinigten Wasserstoffes, also des Produktgases, an der Turbine vorbeigeleitet und nach Austritt aus der Leitung 23 über eine Leitung 30 und ein Expansionsventil 31 mit der Hauptströmung in der Leitung 26 wieder vereinigt werden.
Das Kondensat aus der Trennstufe 14 wird mit Hilfe eines Ventils 32 auf einen Druck von ungefähr 2 kg/cm2 expandiert und dann über eine Leitung 33 durch den vorgeschalteten Wärmetauscher 12 geleitet, in dem das Kondensat durch den indirekten Wärmetausch mit dem einströmenden Pro7.eßgas verdampft wird und ein unter hohem Druck stehendes Abgas bildet.
Die stickstoffreichen Kondensate aus den Trenn-) stufen 21 und 17 werden mit Hilfe von Ventilen 34 bzw. 35 auf einen Druck von ungefähr 1,3 kg/cm2 absol. expandiert und durch Leitungen 36 und 37 zur Leitung 38 geleitet und in dieser miteinander vereinigt. Ein Teil des Wasserstoffs, der der Leitung 28
in entnommen und mit Hilfe eines Ventils 39 expandiert wird, wird über eine Leitung 40 zur Leitung 38 geleitet und vereinigt sich mit der Strömung des Kondensates in dieser Leitung, welche Strömung dann beim Durchströmen des ersten Wärmetauschers 16 nach unten
π verdampft. Durch den Zusatz einer kleinen Menge Wasserstoff wird der Temperaturbereich herabgesetzt, in dem das Kondensat beim Durchströmen des ersten Wärmetauschers 16 verdampft. Das verdampfte Kondensat wird dann durch eine Leitung 41
JIi dem vorgeschalteten Wärmetauscher 12 zugeführt, durchströmt diesen und wird dabei auf die Umgebungstemperatur erwärmt. Ein Teil des Kondensats aus der Trennstufe 17 kann direkt zur Leitung 41 geleitet werden. Dieses Abgas kann nach einer
J) Regulierung des Druckes mit dem unter hohem Druck stehenden obengenannten Abgas vereinigt werden.
Das Wasserstoffkonzentrat kann mit einem Wasserstoffgehalt von 98 VoI.% erhalten werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche;
1. Verfahren zum Abtrennen von Wasserstoff aus einem Prozeßgas, das neben Wasserstoff als Hauptbestandteil Stickstoff, Argon sowie gegebenenfalls Kohlenmonoxyd und Kohlenwasserstoff, wie Methan, enthält, bei erhöhtem Druck mittels Kondensation aller Bestandteile außer Wasserstoff, bei welchem Verfahren das Prozeßgas durch einen Wärmetauscher nach oben, das in dem Wärmetauscher gebildete Kondensat als Rückfluß in Berührung mit dem aufsteigenden Prozeßgas nach unten und zur Kühlung des Prozeßgases im Gegenstrom zu diesem der konzentrierte Wasserstoff-Produktstrom vor und nach einer arbeitsleistenden Entspannung sowie der Kondensatstrom durch den Wärmetauscher geleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozeßgas nach dem ersten Wärmetauscher einen zweiten Wärmetauscher, eine Trennstufe und anschließend als Wasserstoff-Produktstrom im Gegenstrom zum Prozeßgas den zweiten Wärmetauscher und nach der Entspannung vor Eintritt in den ersten Wärmetauscher den zweiten Wärmetauscher im Gegenstrom zum Prozeßgas durchströmt.
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Produktstrom vor dem ersten Eintritt in den ersten Wärmetauscher ein einstellbarer Teilstrom abgezweigt und dem Produktstrom unmittelbar nach der Entspannung zugemischt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Trennstufe anfallende Kondensat dem im ersten Wärmetauscher gebildeten Kondensat zugeführt wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Produktgases nach dessen endgültigem Verlassen des ersten Wärmetauschers dem Kondensatstrom zugeführt wird.
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