-
Verfahren zur Gewinnung von im Abblasgas von Hochdruck-Synthese-Anlagen
enthaltenen Komponenten____-___ Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zur Gewinnung mindestens einer Komponente von im Abblasgas von Hochdruoksynthese-Anlage,
insbesondere Ammoniak-Syntheee-Anlagen enthaltenen Bestandteilen.
-
In dem Synthesegas von Ammoniak-Anlagen, das durch Dampf-Methan-Reformierung
gewonnen wird, sind außer Wasserstoff und Stickstoff noch inerte Bestandteile enthaltent
1. Argon Da Luft 9,3 % Argon enthält, ist es unvermeidbar, dad
Argon zusammen mit der Luft in den Sekundär-Reformer ein-
tritt.
Aufgrund der Materialbilanz erscheinen deshalb 0,-3 % Argon
im Synthesegas. 2. e than Selbst wenn das Reformieren
unter strengen-Bedingungen ausgeführt wird, d.h. bei hohen Temperaturen
und hohem Dampf-MQthan-Verhältnie, bleibt noch ein Restbestand ton 0,3 bis
0,4 % Methan. Außerdem werden bei der Methanisierung von dem Restbestand
00 und dem Restbestand COa noch Methan hinzugefügt.
-
Die Inertgaee, nämlich 093 y6 Argon und etwa 0,9
9& Methan beteiligen sich nicht bei der Synthesereaktion im Ammoniak
Reaktor und reichern sich deshalb in dem gynthese-Xreisleuf an.
'CTm
die Konzentration der Inertgase auf einer noch zuläs-sigen Konzentration zu halten,
ist es notwendig, beständig
Gas abzublasen. Mit dem Inertg4sstrom geht auch wertvolles
Synthesegas verloren. Ein hoher Abblasstrom verringert die
Inertgas-Konzentration,
d.h. verbessert die Bedingungen für
.die Synthese,
erhöht jedoch die Verluste an Synthesegas. Eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
zeigt an, saß die In-rtgas-Konzentration am günstigsten bei 12
bis 14 % gehalten
werden.eollte. Mit 1,3 4 Inertgas im Synthesegas
beträgt
der Verlust an Wasserstoff 8 %.
-
Es wurden bereits Anlagen zur Rückgewinnung des Wasserstoffs
aus dem Abblasgas entwiekeltund gebaut (siehe P,Z. Charlesworth:-The
reoovery of hydrogen from industrial gas miatures in: The Chemioal
Engineer, April 1965). In diesem Verfahren
wurde jedoch nicht die in
dem Abblasgas, das unter einem
Druck von 150 bis 250 at
steht, enthaltene freie Energie
ausgenutzt.
-
Aufgabe der Erfindung ist, die in einem Syntheeeabblaagas
enthaltenen wertvollen Produkte möglichst konzentriert und
wirtschaftlich eurüokzugewinnen. InsbesonIere ist es
Aufgabe der Erfindung,
das im Abblaegas enthaltene Ammoniak und den ferner
darin enthaltenen Wasserstoff möglichst vollständig von den übrigen Komponenten
abzutrennen.
-
Gemäß der Erfindung wird ein verfahren vorgeeohlagen,
das
durch folgende Schritte gekennzeichnet ist: a) das Abblaegas
wird 3a Wärmeaustausch mit sumindeetenr einer Teil der Zerlegungn-
oder Vornerlegungg-8orponenten auf eine Temperatur wenig oberhalb des
Gefrierpunktes von Ammoniak abgekühlt, b) das xondenrierte Ammoniak
wird abgeaohieden, o) das restliche Abblasgae wird im Wärmeaustausch
gegen zu-
mindest einen Teil der ammoniakhaltigen Abblasgases
wieder
Angewärmt und der Restgehalt an Ammoniak bei annähernd
Umgebungstemperatur entfernt,
d) das ammoniakfreie, unter hohem
Druck stehende Abblasgas wird unter Arbeitsleistung in einer Expaneionmmamchine
entspannt, wobei die entstehende Kälte vorzugsweise zur Kondensation des
Ammoniaks verwendet wird und e@) das entspannte ammoniakfreie Abblangae wird anschließend
durch partielle Kondensation in eine im Wasserstoff angereicherte Fraktion
und in eine oder mehrere höhersiedende Prahtionen zerlegt.
-
Dieses verfahren hat folgende Vorteile: 1. Das Abblasgaa aus dem Amt«oniak-Synthene-Kreielauf
wird nur bis auf KUhlwaeeertemperatur abgekühlt. Bei dieser
Temperatur
sind noch etwa 5 p NH3 im Abbl'aegae enthalten.
Bisher
mußte zur Rückgewinnung des Ammoniaks das Abblasgas durch ein
Kältesystem noch auf 0o0 oder noch besser auf -30a0 abgekühlt werden.
Bei -30o0 ist noch etwa 1
Ammoniak im Abblaegas enthalten. Zur
Gerinnung des
letzten Restes von Ammoniak mußte eine Wasserwäsche
ver-
wendet werden, die jedoch nur ein Waeser-Ammoniak-Genisoh
lieferte. Bei dem erfindungsgemäßen verfahren wird durch
Expansion
den Abblasgases von den ursprünglichen Druck von 150 bis 250
at auf einen niedrigeren Druck von
20 bis 50 at genügend
Kälte erzeugt, um die im Abblasgas enthaltenen 5 % Ammoniak
zu kondensieren und als flüesigen Rein-Amoniak abzuziehen.
Bei der Expansion kann außerdem noch $nergie erzeugt werden, die
».B. als elextrieohe Energie ausgeführt werden kann.
-
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden die
durch
partielle Kondensation abgetrennten Komponenten durch *eitere
Destillation in reine Produkte zerlegt.
-
2..8e1 der stufenweise Abkühlung den Abblasgaseswird
nach-
einander eine nethanreiohe Fraktion, eine argonreiohe
, ' Praktion und eine stickstoffreiche Fraktion abgeschieden.
Durch
Hinzufügen einfacher Destillationeapparate ist es möglich, die Komponenten Methan,
Argon oder Stickstoff als reine Produkte zu erzeugen. Das Vlasserstoff-Sticketoff-Produkt
kann dem Synthesegas unter einem erhöhten Druck von 20 bis 50 at beigemischt werden.
-
Nachfolgend wird als Beispiel, auf das die Erfindung keineswegs
beschränkt ist, das Tierfahren gemäß der Erfindung im einzelnen anhand der Abbildung
bei einer Ammoniak-Synthese beschrieben, wobei fünf Komponenten gewonnen
werden. Das Verfahren ist in gleich vorteilhafter Weise anwendbar, wenn nur eine
Komponente aus dem Abblasgan ausgeschieden wird. .
-
Das Rohgas, das in Zeitung 1 von einem Abseheider,
der bei
Kühlwassertemperatur arbeitet, hergeleitet wird, hat die typische
Zusammensetzung von
H2 55,0 - 65,0 mol % N2 a 18,0 - 22,0 mol %ö Ar
390 - 6, 0 mol iä CH 4 9,0 - 15,0 mol NH3
4,0 - 6,0 mol En wird auf die Zeitungen lag 1b, 1o, 1d und
ie aufgeteilt
und abgekühlt im Wärmeauatausoh mit den
aurücketrömenden Fraktionen in den Wärmesustauschern 2a, 2b, 2d, 2e und
in Austausch mit dem aufzuwärmenden Rohgas im Austauscher
2o.
Nach der ersten Ktlhlatufe wird das Rohgau in Zeitung
3
vereinigt und im Auatausoher 4 mit Hilfe des zurückkehrenden
Waeeerstoff-Produktei auf eine Temperatur abgekühlt, die wenig oberhalb
den Gefrierpunktes.dee Ammoniaks liegt.
Das kondennierte Ammoniak
wird in Abecheidex 5-gesammelt und als Plüseig-Ammoniak
durch die Leitung 6 abgezogen.
Das aus dem Abscheider
5 durch die Zeitung ?.entweichende
Gas enthält noch 0,1 bis 0,2
y6 Ammoniak. 3e wird durch
Austausch mit dem Rohgas in Auetaueoher
2o angewärmt. In
einem der Adeorber 8 oder 9 wird der
Rentgehalt des Ammo-
niaks durch geeignete Adsorptionemittel,
z.8. Molekular-
sieb, entfernt.
-
In der Sammelleitung 10 wird das NH3-freie Gas zur Ex-
pansionsmaschine
11 geleitet und auf einen niedrigeren Druck entspannt. Das entspannte, gekühlte
Gas wird in der Leitung 12 durch den Austauschar 13 geführt und dort durch
die
zurückfließenden Produkte abgekühlt und in Absdheider 14 eingeführt. Im Abscheider
14 wird eine methanreiche Flüssig-Fraktion angesammelt. Der Dampf wird in Zeitung
15 durch Austauscher 16 geführt, dort weiter gegen die abzie.. henden Produkte
abgekühlt und im Abscheider 17 eingeführt. Im Abaeheider 17 wird eine argonreiehe
Fraktion gesammelt. Der Dampf wird in Leitung 18 durch den Auntauaoher 19
ge-
führt, dort gegen die abziehenden Produkte weiter abgekühlt und in Abacheider
20 eingeführt. In dem Abecheider 20 wird eine stickstoffreiche Flüssig-Praktion
angesammelt. Der aus
dem Abecheider anfallende Dampf besteht aus
hochkonzentrier-
tem Wasserstoff (92 bin 95 %); der Rest ist hauptsächlich
Stickstoff. Das Waaserstoff-Produkt wird in Leitung 21 von
Abscheider
20 abgeführt und in den Austauechern 19, 16, 13,
4 und 2d angewärmt.
Das Wasserstoff-Produkt verläflt dann durch Leitung 22 die Anlage
unter einem Druck ton 20 bis
50 at.
-
Die methenreiche PPraktion wird aus Absoheider
14 durch die
Leitung 23 abgeleitet, in Ventil 24 entspannt und
durch die
Leitung 25 durch die Austauecher 13 =d 2a eurüakgeführt,
wobei sie verdampft und angewärmt wird. Die Nothau-Prsktion
verläßt durch Zeitung 26 die Anlage und kann als Brenngas verwendet
werden.
-
Die argonreiohe Praktion wird aus Absoheider
17 durch die
Zeitung 27. abgeleitet, in Ventil 28 entspannt
und in Leitung 29 durch die Auetausoher 16, 12 und 2e geführt,
wobei ,sie verdampft und angewärmt wird. Die srgonreiohe Praktion
verläßt durch Leitung 30 die Anlage,
Die etiokstoffreiche
Fraktion wird aus Abseheider 20
durch die Leitung 31 abgeleitet,
in Ventil 32 entspannt . und in Leitung 33 durch die Austauscher
19, 16, 13 und
2b geführt, wobei sie verdampft und angereichert
wird.
Die stiokatoffreiahe Fraktion verlädt durch Leitung 34
die
Anlage.
-
falls en notwendig ist, reinen Methan, Rein-Argon
oder
Rein-Stickstoff zu gewinnen, können die flünsigen Praktiönen
aus den Abacheidern 14, 17 und 20 durch die Leitungen 23a,
27a und 31a zur weiteren Zerlegung einem Destillationseyotem'zugeführt
Herden. Die reinen Prätionen werden durch
die Leitungen
23b, 27b und 31b dem Auetauaohereyntem wieder
zugeführt,
wo sie zur Abkühlung des Rohgases dienen.