DE1667639A1 - Verfahren zum Gewinnen eines Krypton-Xenon-Gemisches aus Luft - Google Patents

Verfahren zum Gewinnen eines Krypton-Xenon-Gemisches aus Luft

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DE1667639A1 DE1968M0077584 DEM0077584A DE1667639A1 DE 1667639 A1 DE1667639 A1 DE 1667639A1 DE 1968M0077584 DE1968M0077584 DE 1968M0077584 DE M0077584 A DEM0077584 A DE M0077584A DE 1667639 A1 DE1667639 A1 DE 1667639A1
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Description

Kennv/ort: öp-Ar-»Stripkolonne
Erfinder: K. Streich
Verfahren zum Gewinnen eines Krypton-Xenon-Gemischea aus Luft
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewinnen eines Krypton-Xenon-Gernisches aua Luft, wobei die in üblichen Luftzerlegungoapparaten anfallende saueratoffreiohe Sumpfflüsaigkeit als Ausgangsprodukt dient. Am zweckmäßigsten _
ist es, den im Sumpf der Niederdruckkolonne des bekann- ™
ten Zv/eisäulenapparates anfallenden flüssigen Sauerstoff dazu zu verwenden.
In der Sumpfflüssigkeit aind die schweren Edelgase Krypton und Xenon in geringer Konzentration enthalten und die normale Prozedur zur Konzentrierung dieser Edelgase besteht darin, den Sauerstoff stufenweise zu verdampfen. Das Krypton-Xenon reichert sich dabei' sukzessiv im Sauerstoff an. Parallel dazu reichern sich auch die mit der Luft zugeführten und im Sauerstoff verbleibenden Kohlenwasserstoffe an, sofern sie nicht vorher adsorptiv entfernt worden sind. Eine vollständige Entfernung der Kohlenwasseratoffe durch Adsorption iet nicht möglich.
Die vollständige Eindampfung dea fltieslgen Sauerstoffes ist nicht ratsam, da immer damit gerechnet werden muß,; daß der Sauerstoff nicht adsorbiertea Kohlenwasserstoffe enthält und diese bei der Verdampfung bis über die ZÜndodor Lößlichkeitfsgrenze hinaus angereichert werden,
Eb bieten sich zwBi Möglichkeiten an, diese Schwierigkeiten zu beseitigen. Entweder versuoht man, die Kohlenwaseer-
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Stoffkonzentration zu verringern, oder man ersetzt den Sauerstoff duroh ein anderes Gas.
Den ersten Weg zeigen die deutschen Patentschriften 1 099 564 und 1 122 561, Bei den dort beschriebenen Verfahren wird es durch adsorptive Verdünnung der Kohlenwasserstoffe möglich, <itn Sauerstoff sehr weitgehend zu verdampfen. Eine restlo-Be Entfernung der Kohlenwasserstoffe ist jedοoh nicht möglich, insbesondere Methan und Aethan lassen sich auf diese Weise nicht vollständig beseitigen.
Die zweite Möglichkeit zeigt das DDR-Patent 39 707. Dort wird der mit Kohlenwasserstoffen brennbare Sauerstoff duroh Freon ausgetauscht. FUr dieses Verfahren ist ein Gas erforderlich, welches in der Luft nicht enthalten ist. In einem anderen Verfahren wird der flüssige Sauerstoff durch Stickstoff ersetzt. Der Austausch bleibt jedoch wegen der Gleichgewichtsbedingungen unvollständig, es ergeben sich schlechte Rektifikationsbedingungen in der Strip-Kolonne.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Gewinnung eines Krypton-Xenon-Geraisches aus Luft zu schaffen, bei dem kein fremdes Zueatzgaa erforderlich ist und sich in der Strip-Kolonne gute Rektifikationsbedingungen ergeben. <"
Es wurde nun ein Verfahren zur Gewinnung eines Krypton-Xenon- Gemiaohes aus Luft gefunden, bei dsm aus einem Luftzeriegungsapparat sauerstoff reiohee. Krypton, Xenon und Kohlenwasserstoffe in geringer Konzentration enthaltendes, flüssiges Sumpfprodukt abgesogen wird, welchem aneohlieflend duroh Adsorption teilweise die Kohlenwasserstoffs entzogen werden und welches duroh stufenweise Verdampfung soweit von Sauerstoff befreit wird, wie es ie Hinbliok auf die Explosionsgefahr duroh die reat- liohen Kohlenwasserstoffs sulftssig ist» Das Verfahren ist gemäß der Brfindung dadurch gekennzeichnet, das der Sauerstoff, der im auf diesen Wege an Krypton und Xenon angereicherten Gemisch noch enthalten 1st, In einer Stripkolonne 12 weitgehend duroh Argon ersetst wird«
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Besonders vorteilhaft ist es, das Sumpfprodukt der Niederdruekoäule des bekannten Zweisäulenapparates zu verwenden. Weiterhin ist es vorteilhaft, auch das für das Verfahren erforderliche Argon aus dieser Niederdrucksäule zu entnehmen. Dazu wird an die Niederdrucksäule eine Argon-Nebenkolonne angeschlossen, aus deren Kopf Rohargon abgezogen wird.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß sich für den Austausch von Sauerstoff und Argon gute Rektifikationsbedingungen in der Strip-Kolonne ergeben.
Ein weiterer beachtlicher Vorteil iBt der, daß sich das Verfahren der Erfindung besonders gut in eine Anlage integrieren läßt, die auch reiiies Argon produzieren soll.
Drei Ausführungsbeispiele sollen anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert werden.
Eb zeigen:
ff 1 das Verfahrensschema einer Anlage ohne Argongewinnung,
j*ig. 2 eine Alternative zum Verfahren ohne Argongewinnung, Pia. 3 das Verfahrenβeohema einer Anlage mit Argongewinnung·
Für gleiche Anlagenteile wurden in den drei Zeichnungen gleiche Bezugsziffern verwendet.
In dem Ausführungebeispiel nach Pig. 1 ist mit 1 die Hiederdruokeäule des bekannten Zweisäulenapparatee zur Lufteerlegung bezeichnet. Aue dem Sumpf der Niederdrucksäule 1 wird über Leitung 2 flüssiger Sauerstoff, der Krypton, Xenon und Kohlenwasserstoffe in geringer Konzentration enthält, abgezogen. Sr wird in Verdampfer 3 teilweise verdampft und im Abscheider 4 in eine flüssige und eine gasförmige Phase zerlegt. Die gasförmige Phase besteht aus nahezu reinem Sauerstoff und gelangt über Leitung 5 zurück in die Niederdruoksäule 1. Die flüssige
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Phase fließt durch Leitung 6 in den Adsorber 7» wo ein großer Teil der Kohlenwaseerstoffe adsorbiert wird. Über Leitung 8 strömt das Gemisch durch den zweiten Sauerstoffverdampfer 9 in einen weiteren Abscheider 10, in dem wieder eine Trennung in eine flüssige und in eine gasförmige Phase erfolgt. Die gasförmige Phase, nahezu reiner Sauerstoff, gelangt wie beim Abscheider 4 über Leitung 5 in die Niederdrucksäule 1. Die flüssige Phase, die sich an Krypton, Xenon und den nicht adsorbierten Kohlenwasserstoffen, hauptsächlich Methan und Aethan, inzwischen angereichert hat, wird über Leitung 11 in den Kopf der Sauerstoff-Argon-Strip-Kolonne 12 aufgegeben.
Das für das Verfahren erforderliche Argon wird in der Argon- Nebenkolonne 13 gewonnen. Dieser fließt über Leitung 14 ständig argon- und stickstoffhaltiges Suuerstoffgas aus der Niederdruoksäule 1 zu, welches ale Flüssigkeit von nahezu gleicher Zusammensetzung übtr Leitung 15 eurüok in die Niederdrucksäule 1 fließt. Im Kopf der Argon-Nebenkolonne 13 befindet sich ein Kondensator, der auf bekannte Art, z.B. mit Eoheauerstoff, gekühlt wird· Infolgedessen findet in der Argon-Nebenkolonne 13 eine Rektifikation statt, aus ihrem Kopf kann mittels Leitung 16 Rohargon entnommen werden, der noch etwa 3 Ά Sauerstoff und 1 # Stickstoff enthält. Das Rohargon wird in die Stripkolonne 12 an deren unterem Ende eingeblasen. Be erfolgt nun ein Austaueoh ewleohen Argon und Sauerstoff« Am Kopf der Stripkolonne 12 wird Über Leitung 17 ein gasför- Bilges Gemisoh aus Sauerstoff und Argon entnommen, im Wärme austauscher 16 gegen eioh selbst erwärmt und mittels Gebläse 19 und Leitung 20 in die Argon-Nebenkolonne 13 EurUokgeführt.
Ab Pufleder Stripkolonne 12 wird eine Flüssigkeit abgesogen, die hauptsächlich aus Argon besteht. Außerdem enthält sie etwa 4 $> Sauerstoff , sowie Krypton, Xenon, Kohlenwasserstoffe und Stickstoff. Sie gelangt über Leitung 21 in den Verdampfer 22, wo sie restlos verdampft wird. Danach wird sie in Wärmeaustauscher 23 gegen sich selbst erwärmt, im Kompressor 24 verdichtet und über Leitung 25 in den Kohlenwasserstoffreaktor
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geführt. Hier erfolgt die katalytische Verbrennung der nicht adsorbierten Kohlenwasserstoffe» wobei Kohlendioxyd und Wasser entsteht. Die beiden Verbrennungsprodukte werden im COg-Entferner und Trockner 27 entfernt. Ee steht nun ein Gasgemisch zur Verfügung, welches aus Argon, Sauerstoff, Stickstoff, Krypton und Xenon besteht. Es strömt über Leitung 28 zurück durch den Y/ärmeau stau scher 23 und zum Entspannungsventil 29, von wo es in die Trennkolonne 30 entspannt wird. Am 3?uße der Trennkolonne 30 wird über Leitung 31 das zu gewinnende Krypton-Xenon-Gemisch abgezogen. Über den Kopf der Trennkolonne 30 geht durch Leitung 32 ein Gemisch aus Argon, Sauerstoff und Stickstoff ab, weichet? dem Rohargon in Leitung 16 zugemisoht wird. Selbstverständlich kann in einerwIÜf$8ft Rektifikationsstufe eine Zerlegung des Krypton-Xenon-Gemisches in seine beiden Komponenten ™ erfolgen. Es kann auch ein Teil des in der Niederdruokeäule anfallenden Sauerstoffes entfernt werden, z.B. Über Leitung 33» ohne daß die schweren Edelgase Krypton und Xenon »us ihm gewonnen werden. Es ist auch möglich, an einer höher gelegenen Stelle der Argon-Nebenkolonne 13 ein Argon-Hauerstoff-Gemisch zu entnehmen und dieses an einer tiefer gelegenen Stelle der Stripkolonne 12 einzublasen.
Fig. 2 zeigt eine Alternative zum eben geschilderten Verfahren« Bis zum Eintritt in die Sauerstoff-Argon-Strip-Kolonne 12 sind die Verfahrensabläufe identisch. Das am Kopf der Stripkolonne über Γ„Lautung 17 entnommene gasförmige Gemisch aus Argon und Sauerstoff wird ebenfalle, wie bereits beschrieben, behandelt· ™ Das am PuOe der Stripkolonne 12 über Leitung 21 abgezogene Ge-■isoh aus Argon, Sauerstoff, Krypton, Xenon, Kohlenwasserstoff fen und Stickstoff gelangt auch zunächst wieder In den Verdampfer 22, wird hler Jedoch im Gegensatz zum Verfahren nach Pig. 1 nur zum Teil verdampft. Das teilverdampfte Gemisch gelangt in den Abscheider 34 und wird dort in eine flüssige und eine gasförmige Phane zerlegt. Die gasförmige Phase, welohe aus Argon, Sauerstoff und Stickstoff besteht, gelangt mittels Leitung 35 in den Wärmeaustauscher 36, wo sie sich erwärmt. Sie strömt dann weiter- über das Gebläse 37 und Leitung 38 zur Ab-
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kühlung wieder in den Wärmeaustauscher 36 und wird anschließend dem durch die Leitung 16 zur Stripkolonne 12 fließenden Rohargon zugemlsoht.
Die flüssige Phase, bestehend aus Argon, Sauerstoff, Krypton, Xenon, Kohlenwasserstoffen und Stickstoff, gelangt über Leitung 59 in den Wärmeaustauscher 36, wo sie verdampft wird. Der weitere Verlauf entspricht wieder dem in Pig. I Beschriebenen. Über Leitung 25 gelangt das Gemisch in den Kohlenwasserstoffreaktor 26, den COg-Entfemer und Trockner 27, Leitung 28 und Wärmeaustauscher 36 zum Entspannungeventil 29· Von hier wird das Gemisch in die Trennkolonne 30 entspannt. An ihrem Fuße wird über Leitung 31 das zu gewinnende Krypton-Xenon-Geraisch abgezogen. Über den Kopf der Trennkolonne 30 geht durch die Leitung 32 ein ßemisoh aus Argon, Sauerstoff und Stickstoff ab, welchee der aus dem Abscheider 34 abgezogenen Gasphase in Leitung 38 zugemlsoht wird.
Flg. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem außer Krypton und Xenon auch reines Argon gewonnen werden soll. Der Verfahreneablauf entspricht zunächst völlig dem in Fig.1 gezeigten. Die Unterschiede beginnen nach dem Kohlenwasserstoffreaktor 26. Das Gasgemisch gelangt nun nioht gleioh in den COp-Entferaer und Trookner 27, sondern zunächst in den Deoxo In ihm wird mittels über Leitung 41 eingeführten Wasserstoffes der Sauerstoff verbrannt· Danach erfolgt die Entfernung von Kohlendioxyd und Wasser im CO2-Bntfemer und Trookner 27, so daß nunmehr in Leitung 28 ein Gasgemisoh folgender Zusammensetzung vorliegtι Argon, Wasserstoff, Krypton, Xenon, Stickstoff. Dies Geaisoh flieflt zunäohst zur Abkühlung zurück in den Wärmeaustauscher 23· Dann wird es über das Entspannung·- ventil 29 in die erste Trennkolonne 30 entspannt. An FuS der ersten Trennkolonne 30 wird Über Leitung 31 das zu gewinnende Krypton-Xenon-Gemlsoh abgezogen. Über ihren Kopf geht duroh Leitung 42 ein gasförmiges Gemisch aus Argon, Wasserstoff und Stickstoff ab. Dieses Gemisch beheizt den Sumpf der zweiten Trennkolonne 44 und wird dann über das Entspannungeventil 43 in dieselbe entspannt· Am fuße der zweiten Trennkolonne 44 .
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wird das zu gewinnende Argon über Leitung 45 abgezogen, am Kopf geht über Leitung 46 gasförmiger Stickstoff und Wasserstoff ab.
Das zuletzt beschriebene Verfahren zeigt besonders eindrucksvoll, wie leicht sich daB erfindungsgemäße Verfahren in eine Anlage integrieren läßt, die auch reines Argon produzieren soll.
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Claims (1)

MESSER GRIESHEIM GMBH ° Ansprüche
1. Verfahren zur Gewinnung eines Krypton-Xenon-Gemisches aus Luft, bei dem aus einem Luftzerlegungeapparat sauerstoffreiehesjJCrypton, Xenon und Kohlenwasserstoffe
in geringer Konzentration enthaltendes,fIUsβiges Sumpfprodukt abgezogen wird, welchem anschließend durch Adsorption teilweise die Kohlenwasserstoffe entzogen werden und welches durch stufenweise Verdampfung so weit von Sauerstoff befreit wird, wie es im Hinblick auf die Explosionsgefahr durch die restlichen Kohlenwasserstoffe zulässig ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff, der im auf diesem Wege an Krypton und Xenon angereicherten Gemisch noch enthalten ist, in einer Stripkolonne (12) weitgehend durch Argon ersetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Luftzerlegungsapparat flüssig abgezogene Sumpfprodukt in der Niederdrucksäule (1) eines Zweisäulenapparat es gewonnen wird·
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das für das Verfahren notwendige Argon in einer an die Nlederdrucksäule (1) angeschlossenen Argon-Nebenkolonne (13) ale Rohargon gewonnen wird.
4« Verfahren naoh Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dae aus der Stripkolonne (12) abgezogene flüssige Gemisch aus Argon, Restsauerstoff, Krypton, Xenon, Kohlenwasserstoffen und Stickstoff verdampft wird, dann die Kohlenwasserstoffe katalytiech verbrannt und das entstehende Kohlendioxyd und Wasser entfernt werden, wo-
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nach das Gemisch in eine trennsäule (30) entspannt wird, an deren Boden Krypton und Xenon in flüssiger I)1orra abgezogen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das am Kopf der Trennsäule (30) gasförmig abgezogene Gemisch aus Argon, Sauerstoff und Stickstoff dem in der Argon-Nebenkolonne (13) gewonnenen Rohargon zugemischt wird*
6« Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Stripkolonne (12) abgezogene flüssige Gemisch aus Argon, Restsauerstoff, Krypton, Xenon, Kohlenwasserstoffen und Stickstoff teilweise verdampft wird und in einem Abscheider (34) in eine gasförmige Phase aus Argon, Sauer- μ stoff und Stickstoff und in eine flüssige Phase aus Argon, Sauerstoff, Krypton, Xenon, Kohlenwasserstoffe und Reststickstoff zerlegt wird, wobei die gasförmige Phase dem in der Argon-Nebenkolonne (13) gewonnenen Rohargon zugemischt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die im Abscheider (34) anfallende flüssige Phase verdampft wird, dann die Kohlenwasserstoffe katalytisch verbrannt und das entstehende Kohlendioxyd und Wasser entfernt werden, wonach das GemiBOh in eine Trennsäule (30) entspannt wird, an deren Boden Krypton und Xenon in flüssiger Form abgezogen werden· |
Θ. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das am Kopf der Trennsäule (30) gasförmig abgesogene Gemisch aus Argon, Sauerstoff und Stickstoff mit der aus dem Abscheider (34) abgezogenen gasförmigen Phase vermischt wird»
9· Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Stripkolonne (12) abgezogene flüssige Gemisch aus
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; "... . : ■■ J6S7S3S
liest sauerstoff f, Krypton,: Xenon, Koltlenwasser-stoffen und Stickstoff verdampft wird, dann die .Kofolenwasöerstoffe katalytisch verbrannt t der Restsauerstoff in einem Deoxo (40) mit Wasserstoff verbrannt unä das entstehende KoiiXendioxyd und Wasser entfernt werden, wonach das Gemisch in eine Trennsäule (30) entspannt wird» an deren ^oäen Krypton und Xenon in flüssiger Form abgezogen werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß daa am Kopf der Trennsäule (30) gaaförraig abgezogene Gemisch aus Argon, Stickstoff und Wasserstoff in eine zweite Trennsäule (44) entspannt wird, in der es in rei-
1 /
neo Argon als Sumpf produkt und in ein St ick sto ff-Wasserst of f-Gemi sch als Kopfprodukt zerlegt wird.
8,2.1968 Bl/Pu
109828/U6 3
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