DE1667545C

DE1667545C - Verfahren zum monothermen Isotopenaus tausch zwischen deutenumhaltigem Gas und Ammoniak

Info

Publication number: DE1667545C
Application number: DE19671667545
Authority: DE
Inventors: Etienne Sevres Lefrancois Bernard Bully les Mines Roth, (Frankreich)
Priority date: 1966-07-27
Filing date: 1967-07-13
Publication date: 1973-05-24

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum monothermen Isoropenaustausch zwischen deuteriumhaltigem Gas und Ammoniak, bei dem der Austausch in zwei Türmen stattfindet, die zwischen einem Ammoniakspaltungsreaktor und einem Ammoniaksynthesereaktor arbeiten und Speisegas zwischen beiden Türmen zugeführt wird.

Die Isotopentrennung von leichtem und schwerem Wasserstoff durch einen monothermen Austausch zwischen Ammoniak und Wasserstoff ist bekannt. Ein solches Verfahren wird beispielsweise in der französischen Patentschrift I 237 166 beschrieben.

Bei diesem Verfahren wurden bisher Ammoniakspaltung und Ammoniaksynthese bei sehr unterschiedlichen Drucken durchgeführt, und zwar bei etwa 50 bis 60 bar (Ammoniakspaltung) und 350 bis bar (Ammoniaksynthese), was den Einbau einer Verdichtungsstufe zwischen beiden Einheiten notwendig macht.

Die Verdichtung wird nun bekanntermaßen stets unmittelbar am Ausgang der Ämmoniakspaltungsanlage vorgenommen; ihr entspricht auf der Ammoniakseite ein Entspannungsventil am Ausgang des Isotopenaustauschturmes. .-,,.·.

Der bei diesem Verfahren für die Verdichtung der Gase (Stickstoff, Wasserstoff, Deuterium) verwendete Kompressor muß, da ihr Deuteriumgehalt bereits erhöht ist und sie mithin sehr kostbar sind, möglichst ohne Leckverluste arbeiten, was zu Ausführungen in sehr teurem Material führt.

Es wurde nun gefunden, daß man diesen wesentlichen Mangel der bekannten Verfahrensweise umgehen kann, wenn man einen anderen Kreislauf vorsieht. In diesem neuen Kreislauf kann man je nach Arbeitsbedingungen Kompressor und Entspannungsventil entweder zwischen den beiden Austauschtürmen oder zwischen Austauschturm und Ammoniaksynthescanlage einschalten.

Das erfindungseemüße Verfahren ist mithin im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Isotopenausta 'schtürme bei einem Druck betrieben wird, der gleich dem Druck der vom Amrm>niakspaltungsreaktor herkommenden Gase odor 'twas niedriger ist.

Wenn die aus beiden Austauschtürmen austretenden Gase verdichtet werden, ist es sogar möglich, &-x Synthese eines Teils J r. Ammoniaks bei einem sihr viel niedrigeren Druck, in der Gegend von HK) hu. vorzunehmen und so alle direkt mit dem Isotopenuus tausch verbundenen Operationen bei dem gleiciu-i Druck durchzuführen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. I ein Schema für eine Austauschanlage. wie sie derzeit ausgeführt wird, und

Fig.2 bis 5 je ein Schema für eine Isotopenaus tauschanlage gemäß der Erfindung, wobei die Kompression des Gases gemäß F i g. 2 zwischen den beiden Austauschtürmen stattfindet und gemäß F i g. 3 bei dem Gaskreis am Ausgang der Isotopenaustauschtürme; gemäß F i g. 4 findet ein Teil der Ammoniaksynthese bei niedrigem Druck statt, und gemäß F i g. 5 erfolgt die bei niedrigem Druck stattfindende Ammoniakspaltung und -synthese in zwei benachbarten Reaktoren.

Die in F i g. I schematisch gezeigte bekannte Anlage für die Durchführung eines monothermen Isotopenaustausches umfaßt zwei Austauschtürme T₁ und T_t, die Ammoniakspaltungs- und Syntheseanlagen C und 5, die Zuführung von Ammoniaksynthesegas A und die Ausgänge /, und Λ, für mit Deuterium angereichertem oder nicht angereichertem Ammoniak.

Wenn man den Kompressor und das Entspannungsiventil abweichend von der in F i g. 1 gezeigten bekannten Ausführung zwischen den beiden Austauschtürmen T₁ und Γ., anordnet, gelangt man zu dem schematisch in Fig.2 gezeigten Kreislauf. Die von der Spaltung bei einem Druck in der Gegend von 50 bis 60 bar herkommenden Gase treten in den Turm T₃ ein, wo sie durch Isotopenaustausch im Gegenstrom mit Ammoniak an Deuterium verarmen. Sie werden dann bis auf einen Druck von 360 bis 410 bar komprimiert, mit zusätzlichen anderswo hergestellten Gasen für die Ammoniaksynthese gemischt und treten für einen erneuten Austausch in dem Turm T₁ ein.

Gegenüber der vorangehend beschriebenen bekannten Arbeitsweise hat dieser neue Kreislauf folgende Vorteile:

Bei D wird eine Gasmischung mit einem natürli-

rigcnait I

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chen oder nur wenig erhöhten DeuteriumgcLu korn- gang des Austauschers T., sind vereirifacl.t, denn die

primiert; Menge des dort gelösten Gases ist gering.

die Ausführung des Turmes 7\, ist einfacher, da er. Fig.4 zeigt die beiden Isotopenaustauschtur-

obzwar mit größerem Durchmesser bei einem viel nie^ me T₁ und T.„ die Ammon.akspaltanlagL C, die h.n-

drigeren Druck arbeitet; 5 speisung von Ammoniaksynthesegas bei >4 und die

die Probleme der Entgasung des Ammoniaks am beiden Ammoniaksyntheseeinheiten Λ,und -Y,. πι der

Ausgang des Turmes r„ sind geringer, denn die gelö- Einheit S₁ findet die Synthese bei niedrigem Druck (m

sie Gasmenge ist dort klein. der Größenordnung von 100 barl statt und, η der Em-

Wenn man nun den Kompressor und das Entspan- heitS., nach Kompression .der Gase bis aut einen

nungsventil am Ausgang des Turmes T. anordnet, er- io Druck zwischen beispielsweise 2W una duu oar.

hält man den in F i g. 3 schematisch gezeigten Kreis- F i g. 5 zeigt die IsotopenaustauscnUii mc .

lauf. Die von der Spaltung bei einem Druck in der Ge- und T.„ die Ammoniaksynthesegaseinspeisung ,1.

gend von 50 bis 60 bar herkommenden Gase treten in eine Einheit 5., für die Ammoniaksynthese: unter

den Turm Γ, ein und werden dann bei einem leicht ge- einem Druck in der Größenordnung von <ου ms

ringeren Drück und in der Gegend von 40 bis 50 bar 15 500 bar (nach Kompression der Oase) unü den zu-

mit frischen Gasen gemischt, die anderenorts für die sammengesetzten Reaktor R, der zum einen eine Am-

Ammoniaksynthese erzeugt wurden. Diese noch im- moniakspaltungseinheit umfaßt, die unter einem

mer auf geringem Druck befindlichen Gase treten Druck in der Gegend von 100 bar arbeiten kann, und

dann in den Austauscher Γ, ein, wo sie durch Kontakt zum anderen eine Ammoniaksyntheseeinheit. ^

mit Ammoniak erneut an Deuterium verarmen. Sie 30 ebenfalls bei einem Druck in der Γ rgend von IUi) rnr

werden dann bis auf 350 bis 400 bar komprimiert und arbeitet. .

zur Ammoniaksyntheseanlage geschickt. Die Vorteile Die in den Fig.4 und 5 schematisch gezeigten V j-

dieses neuen Kreislaufes sind folgende: rianten haben die folgenden Vorteile:

Kompression der Gase nach vollständigem Aus- Unabhängigkeit der Einheit fur die Herstellung

tausch mit Ammoniak, d. h. Kompression der deute- 35 von schwerem Wasser von der eigentlichen Ammo-

riumärmsten Gase. Man kann so einen Kompressor niakfabrik;

eines Typs verwenden, der üblicherweise in Ammo- maximale Wiedergewinnung der von der Ammo

niaksynthesefabriken eingesetzt wird. Es ist im übri- niaksynthese herstammenden Wärmemengen oei ν,

gen zu bemerken, daß die Kompression der Gase in wendung eines zusammengesetzten Reaktors der n,

bekannten Ammoniaksyntheseanlagen stets in mehre- 30 beneinander eine Spaltungs- und eine ^yntheseze.-v

ren Stufen stattfindet und daß es nun genügt, einen umfaßt;

Primärkornpressor mit einem Verdichtungsdruck von Verwendung einer mit Öl geschmierten Umwal/

40 bis 50 bar auszuwählen, von dem die frischen Gase pumpe im Ammoniaksynthesekreislauf (A₂), der K, direkt mit den Spaltungsgasen gemischt werden kön- hohem Druck arbeitet, was bei Anlagen mit nur emcr

nen, die den Turm T₂ verlassen; 35 einzigen Ammoniaksyntheseeinheit nicht möglich in, . vereinfachte Ausführung der Türme T., und T_v da da das für die Austauschreaktionen als Katalysator

nun beide bei niedrigem Druck arbeiten; " verwendete Amid mit dem vom Ammonia* mitge die Probleme der Ammoniakentgasung am Aus- führten öl reagieren würde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum monothermen Isotopenaustausch zwischen deuteriumhaltigem Gas und Ammoniak, bei dem der Austausch in zwei Türmen stattfindet, die zwischen einem Ammoniakspaltungsreaktor und einem Ammoniaksynthesereaktor arbeiten und Speisegas zwischen beiden Türmen zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Isotopenaustaaschtürme bei einem Druck betrieben wird, der gleich dem Druck der vom Ammoniakspaltungsreaktor herkommenden Gase bzw. um die üblichen Transportverluste niedriger ist.

2. Verfahre¹" nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Isotopenaustauschtürme bei einem Druck betrieben werden, der gleich dem Druck der vom Ammoniakspaltungsreaktor herkommenden Gase bzw. um die üblichen Transportverluste niedriger ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ze Sicherstellung der Gegenströmung bzw. des Rückflusses in den Isotopenaustauschtürmen notwendige Ammoniakmenge bei einem Druck synthetisiert wird, der gleich dem Dnuk der aus dem Ammoniakspaltungsreaktor herkommerden G°se bzw. um die üblichen Transportverluste niedriger ist.

4. Verfahren nach Anspmch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktoren für die Ammoniakspaltung und für die Synthese des zur Sicherstellung der Ammoniak-Gegenströmung in den Isotopenaustauschtürmen erforderlichen Ammoniaks nebeneinander betrieben werden, in der Weise, daß ein Wärmeaustausch zwischen beiden Reaktoren stattfinden kann.