DE1567759B2

DE1567759B2 - Verfahren zur abtrennung von wasserstoff aus einem gasgemisch aus ammoniak, wasserstoff und methan

Info

Publication number: DE1567759B2
Application number: DE19661567759
Authority: DE
Inventors: Jerrold Jean Orange Tex Johnston (V St A) COIb 17 06
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1965-01-11
Filing date: 1966-01-11
Publication date: 1973-05-03
Also published as: US3343339A; NL6600288A; GB1062984A; NL137649C; FR1463354A; DE1567759A1; BE674906A

Description

Bei der katalytischen Hydrierung von organischen Verbindungen arbeitet man in der Technik unter hohen Drücken und unter Verwendung von Ammoniak als Verdünnungsmittel für den für die Hydrierung verwendeten Wasserstoff. Da der verwendete Wasserstoff häufig durch Pyrolyse eines Methan-Wasser-Gemisches erhalten wird, enthält der entstandene Wasserstoff eine geringe Menge Methan. "Das Methan reichert sich im Laufe des Hydrierungsverfahrens im Hydriergas an, so daß bei einer kontinuierlichen Zurückführung des Wasserstoffs im Kreislauf die Wirksamkeit des Hydrierverfahrens abnimmt.

Aus der USA.-Patentschrift 2 881 053 ist die Entfernung von inerten Gasen aus dem Synthesegas für die Ammoniakherstellung bekannt. Um zu vermeiden, daß inerte Gase sich in den im Kreislauf befindlichen Synthesegasen anreichern, wird dort das .Methan in flüssigem Ammoniak absorbiert, wobei aber die anderen, inerten Gase, wie die Edelgase, im Kreislauf gas verbleiben. Durch die Erhöhung des Partialdruckes dieser Inertgase werden auch diese dann in dem flüssigen Ammoniak absorbiert. Wegen der hohen Drücke, die bei der Ammoniaksynthese benötigt werden, wird auch das Verfahren zur Entfernung der inerten Gase aus dem Synthesegas bei hohen Drücken zwischen 200 und 400 Atmosphären durchgeführt.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Methangehalt von Wasserstoff, wie er für katalytische Hydrierungen organischer Verbindungen neben Ammoniak eingesetzt wird, zu verringern.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Abtrennung von Wasserstoff mit vermindertem Methangehalt aus einem Gasgemisch enthaltend 30 bis 98 Molprozent Ammoniak und 2 bis 70 Molprozent Wasserstoff plus Methan mit einem Wasserstoff-Methan-Verhältnis von 0,5 bis 10,0:1,0 durch an sich bekannte Zerlegung in eine flüssige Ammoniakphase und eine gasförmige Wasserstoff phase, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man das Gasgemisch für die Zerlegung auf einen Druck von 70 bis 140 Atmosphären und eine Temperatur von 25 bis 100⁰C einstellt.

Unter den vorgenannten Bedingungen wird Methan selektiv in flüssigem Ammoniak gelöst und gleichzeitig Wasserstoff freigegeben. Eine Druckerhöhung setzt die Wirksamkeit der Abtrennung von Wasserstoff aus Methan herab; unterhalb von etwa 70 Atmosphären werden jedoch übermäßige Mengen an Ammoniak an die Gasphase abgegeben. Der bevorzugte Arbeitsbereich liegt zwischen ungefähr 70 und 90 Atmosphären. Innerhalb des bevorzugten Bereiches wird durch eine Temperaturerniedrigung sowohl die Abtrennung des Wasserstoffs aus Methan als auch aus Ammoniak verbessert. Demzufolge arbeitet man vorzugsweise bei Temperaturen von ungefähr 25 bis 50° C. Bei Temperaturen oberhalb 5O⁰C ist es günstiger, unter höheren Drücken zu arbeiten, um zu vermeiden, daß allzuviel Ammoniak in die Gasphase übertritt.

Die Abtrennung kann in üblichen, für die Trennung einer gasförmigen und einer flüssigen Phase benutzten Anlage, z. B. in Zyklonenscheidern, erfolgen.

Beispiel

In diesem Beispiel wird ein Zyklonenscheider aus einem senkrechten, zylindrischen Gefäß von 20 cm Durchmesser und 140 cm Höhe verwendet. Das Gefäß ist mit einem tangentialen Zuführungsstutzen in der Seitenwand nahe dem oberen Gefäßrand ausgestattet. Ein Austrittsrohr für die gewonnene Gasphase verläuft durch das geschlossene Oberteil des Gefäßes konzentrisch 60 cm abwärts in das Gefäß. Das Abscheidungsgefäß ist mit einem zylindrischen Gefäß von 75 cm Durchmesser und 275 cm Länge, das zur Aufnahme der Flüssigkeit bestimmt ist, verbunden. Ein Einlaßrohr von 20 cm Durchmesser, an das der Zyklonenscheider angeschraubt ist, verläuft durch den Kopf des Auffanggefäßes, mit welchem es verbunden ist, 200 cm in das Auffanggefäß hinein. Der Sammler ist mit einer Ableitung für Flüssigkeit versehen, die sich in der Seitenwand 25 cm oberhalb des unteren Endes des 20-cm-Einleitungsrohres aus dem Zyklonenscheider befindet. In der Nähe des oberen Gefäßrandes ist eine Gasleitung angebracht, die mit dem Gasaustrittsrohr aus dem Zyklonenscheider verbunden ist.

Das Gasaustrittsrohr aus dem Zyklonenscheider ist mit einem Auffangtank verbunden, der aus einem geschlossenen zylindrischen Gefäß von 120 cm Durchmesser und 240 cm Höhe besteht, das mit einem tangentialen Zuführungsstutzen und einem axialen Ableitungsstutzen für die Abscheidung restlichen, im Gasstrom mitgerissenen, flüssigen Ammoniaks ausgestattet ist.

Der Abscheider wird bei Temperaturen von 25, 45 und 50° C und unter einem Druck von 82 Atmosphären mit ungefähr 900 kg Beschickungsgut je Stunde betrieben. Der Auffangtank wird mit einem Druck von ungefähr 38 Atmosphären betrieben. Die Zusammensetzung des Beschickungsgutes, das Abgas aus dem Auffangtank und die Flüssigkeitsausbeute sind in der Tabelle aufgeführt. j

Die Tabelle zeigt, daß im Abscheider das Verhältnis I von Wasserstoff zu Methan bei 25, 45 bzw. 50° C 1,97, I 3,71 bzw. 5,12 beträgt. Der Ammoniak wird im Ab- j scheider weitgehend entfernt, und das Abgas in dem : Auffangtank enthält in der Hauptsache Wasserstoff i neben verringerten Mengen an Ammoniak. Der höhere Prozentsatz an Methan im Auffangtank im Vergleich zur Beschickung des Abscheiders ergibt sich durch die Entfernung des Ammoniaks. Das Verhältnis von Wasserstoff zu Methan in dem Abgas erhöht sich bei den drei genannten Temperaturen von 1,97 auf 8,56, von 3,71 auf 9,95 bzw. von 5,12 auf 10,46. Das be-

deutet, daß der Methangehalt im Verhältnis zum Wasserstoffgehalt abgenommen hat.

Die Fliissigkeitsausbeute besteht im wesentlichen aus Ammoniak mit nur noch geringen Mengen an Wasserstoff und Methan. Im Vergleich zu der Beschickung des Abscheiders hat das Verhältnis von

Wasserstoff zu Methan in der Flüssigkeitsausbeute bei den drei genannten Temperaturen von 1,97 auf 0,872, von 3,71 auf 1,025 bzw. von 5,12 auf 1,14 abgenommen. Das heißt, daß die Methankonzentration im Verhältnis zum Wasserstoff in der Flüssigkeitsausbeute zugenommen hat. ;

Tabelle -

Abscheider für Wasserstoff, Methan und Ammoniak — 84,4 atü bei verschiedenen Temperaturen

Beschickung des Abscheiders	45° C	50⁰C	Abgas aus dem Auffangtank	45° C	50° C	Flüssigkeitsausbeute	45° C	5O⁰C
25°C	2,04	2,615	25° C	62,48	60,431	25⁰C	0,40	0,348
1,318	0,07	0,069	71,20	0,84	0,720	0,55	0,05	0,041
0,073	0,55	0,510	1,10	6,28	5,756	0,07	0,39	0,306
0,670	94,01	93,495	8,30	30,40	33,093	0,63	95,76	95,873
94,555	3,33	3,311	19,40	—	—	95,28	3,40	3,432
3,384	3,71	5,12	—	9,95	10,46	3,47	1,025	1,14
1,97	8,56	0,872

Molprozent H₂ .
Molprozent N₂ .
Molprozent CH₄
Molprozent NH₃
Andere

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Abtrennung von Wasserstoff mit vermindertem Methangehalt aus einem Gasgemisch enthaltend 30 bis 98Molprozent Ammoniak und 2 bis 70 Molprozent Wasserstoff plus Methan mit einem Wasserstoff-Methan-Verhältnis von 0,5 bis 10,0:1,0 durch an sich bekannte Zerlegung in eine flüssige Ammoniakphase und eine gasförmige Wasserstoffphase,d ad urch gekennzeichnet, daß man das Gasgemisch für die Zerlegung auf einen Druck von 70 bis 140 Atmosphären und eine Temperatur voii 25 bis 100⁰C einstellt.

2. Verfahren nachrAnspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man für die Zerlegung des Gasgemisches einen Druck von 70 bis 90 Atmosphären einstellt.

3. Verfahren nach^Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Zerlegung des Gasgemisches bei 25 bis 50⁰C vornimmt.