DE1902262A1 - Verfahren zum Entfernen inerter Bestandteile in Systemen der Ammoniak- oder Methanolsynthese - Google Patents

Description

2Ö0C !₃ü-,_arg SO
Grosse Bergstr. 223

15. t 69

Toyo Engineering Corp., 2-5, 3-chome, Kasumigaeeki

Chiyoda-ku, Tokyo/Japan

Verfahren zum Entfernen inerter Bestandteile in Systemen der Ammoniak- oder Methanoleyntheee

Bei einem Verfahren der Ammoniak- oder Methanolsynthese, bei welchem Bestandteile anwesend sind (die nachstehend als inerte Bestandteile bezeichnet seien), welche ssur erzeugenden Reaktion der erstrebten Substanz nicht beitragen, vermindert die Anwesenheit der inerten Bestandteile nicht nur den Wirkungsgrad des Syntheseverfahrene, sondern es ist auch die Umwandlungsgeschwindigkeit je Durchgang durch dia Reaktionsssone bei einem solchen SyntheseproEeß βο bemerkenswert niedriger als 100 #, daß in einem gewöhnlich angenommenen System des Eückführens nicht reagierter Bestandteile eur Reaktionsaone, der notwendige Ausstoß inerter Bestandteile unvermeidlich mit dem Auestoß der nicht reagierten Bestandteile einhergeht, d.h. es treten brauchbare Beetandteile zusammen mit den inerten Beetandteilen auf, und ein eoloher Ausetoß brauchbarer Bestandteile vermindert in bemerkenswerter Weise den Geeamt-

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wirkungsgrad der Produktion.

Ferner selbst wenn das oben erwähnte Rüekführungesyste« nicht angenommen wird, da zwei oder mehrere Reaktionszonen in Reihe miteinander verbunden sind, wird die in jeder Reaktionszone erzeugte, erstrebte Substanz vom Prozeßstrom abgetrennt und in die darauf folgende Reaktionszone eingeführt und die Reaktion findet allmählich statt, wobei sich die Konzentration der inerten Bestandteile mit dem Durchgang durch die Reaktionszenen erhöht, bis der gesamte Prozeßstrom, in welchen die Konzentration der inerten Bestandteile hoch ist, ausgestoßen werden muß« In einem solchen Falle werden wertvolle, brauchbare Bestandteile ebenfalls ausgestoßen·

Wie bekannt ist, wird Ammoniak &va Wasserstoff und Stickstoff als Rohmaterialien in Anwesenheit eines geeigneten Katalysators bei einer geeigneten Temperatur von etwa 350 - 550° C unter einem geeigs
1000 Atmosphären synthetisiert.

350 - 550° C unter einem geeignetem Brüsk von etwa 150

Das Aaamoniakeyntheeegss, welclies nacli anderen Methoden gereinigt ist als nach der Waechmethode mit flüssigem Stickstoff, enthält Methan und ürgon, zusätzlich zu de erforderliehen Wasserstoff w&& Stickstoff.

Das AmmoniaksyntliQSögas wird sut S^T&tiaetisierang des AiBEoniaks komprimiert und in @i&ß /uamosiaksyHthageatu eingeführte Jedoch igt die Uniwandlungsgeschwindigkeit in Ammo&iak gewölmlioh so ge^img_s ä&B um ämi Fällen dia AiHmonis-kkonsenfeatioa as Αη&Ιο,Β synthesereaktorg etwa 10-25 Voliisjss^roie^t beträgt.

Daher wird die Ammoniakeynthese nur wirtschaftlich vollzogen, wenn das gasförmige Ghsmiseh,, welshee aus dem erzeugten Ammoniak, niehtreegierteß Wasserstoff und Stickstoff besteht und das in Ammoniak enthaltene Methan und

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Argon abgetrennt wird, indea man das Gemisch kondensiert oder in einem Lösungsmittel absorbiert und dann sum Aamoniaksyntheeereaktor zurückleitet, oder es in einen anderen, darauffolgenden Ammoniaksynthesereaktor einführt und weiteres Ammoniak erzeugt«

Nicht umgesetzter Wasserstoff und Stickstoff werden allmählich in Aaaoniak umgewandelt, doch Methan und Argon, welche an der Reaktion überhaupt nicht teilnehmen, werden allmählich im Synthesesystem angesammelt und vermindern die Teildrucke von Wasserstoff und Stickstoff und inhibieren die ammoniakerzeugende Reaktion. Ferner wird in dem — Pail, daß ein Rückführungssystem als Synthese eye tem angenommen wird, zusätzlich zu dem Nachteil der oben erwähnten Inhibierung der Reaktion - obwohl ein Teil des Prozeßetromes stets ausgestoßen wird, um angesammeltes Methan und Argon abzugeben und die Konzentration von Methan und Argon im System innerhalb einer festgelegten Nora zu halten - mit dem Abgang des Methan und Argon auch der wertvolle Wasserstoff und Stickstoff ausgestoßen.

Selbst in dem Palle, daß als Synthesesystem kein Rüokführungssystem angenommen wird, weil zwei oder mehrere Reaktionszonen in Serie miteinander verbunden sind, wird der in jeder Reaktionszone erzeugte Ammoniak abgetrennt und der nachfolgenden Reaktionszone zugeführt und die Reaktion findet allmählich statt, wobei die Konzentration von Methan und Argon im Prozeßstrom sich mit dem Durchgang durch die Reaktionszonen erhöht, bis der gesamte Prozeßstrom ausgestoßen werden muß. In einem solchen falle ist im Prozeßstrom verbleibender Wasserstoff und Stickstoff verloren.

Wie bekannt, wird auch Methanol in gleicher Weise aus Wasserstoff, Kohlenaonoxyd und Kohlendioxyd als Rohmaterialien in Anwesenheit eines geeigneten Katalysators

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bei etwa 300 bis 400° 0 unter etwa 80 bis 400 Atmosphären synthetisiert· Sas Methanolsyntheaegas enthält gewöhnlich Methan, zusätzlich zu den erforderliehen Bestandteilen«

Das Methanolsynthesegas wird komprimiert, in ein Synthesesystem eingeführt und unter den obengenannten Bedingungen umgesetzt. Jedoch ist die Umwandlungsgeschwindigkeit in Methanol gewöhnlich so gering, daß die Methanolkonzentration am Auslas des Synthesereaktore gering ist und der Prozefistrom, welcher aus gebildetem Methanol, nicht reagiertem Wasserstoff, Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd besteht, sowie Methan, welches das Methanol kondensiert hat, abgetrennt und dann zum Synthesereaktor zurückgeführt, oder in einen anderen, darauffolgenden Synthesereaktor eingeführt wird.

Auf diese Weise werden nicht umgesetzter Wasserstoff, Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd allmählioh in Methanol umgewandelt, doch das Methan, welches zur Reaktion überhaupt nicht beiträgt, sammelt sich allmählioh im System an und verursacht genau die gleichen Kachteile, wie bei der oben beschriebenen Synthese des Ammoniaks.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, den Gesamtwirkumgsgrad der Produktion durch Ausstoßen inerter Bestandteil· in höherer Konzentration zu verbessern, so daß der Ausstoß brauchbarer Bestandteile herabgesetzt werden kann und gleichseitig die Konzentration der inerten Bestandteile im Prozeflstrom der Synthesestufe vermindert werden kann.

In den Zeichnungen bedeuten die figuren 1, 2, 3 und 4 graphische Bärstellungen zur Erläuterung der Erfindung. Die Figuren 5, 6, 7» 8 und 9 sind lchematisohe Darstellungen der Torrichtung zur Durchführung der erfindungsgemäßen Methode.

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figur 1 seift die Löslichkeit der Beetandteile eines Ammoniaksynthesegases in flüssigem Ammoniak bei 25° 0· Es ist geseift, daß unter dem gleiche» Partialdruok die löslichkeit der inerten Bestandteile wie Methan und Argon, beim Methan mehr als 4mal und beim Argon mehr als 2mal so groß ist als die Löslichkeit der brauchbaren Be·? standteile der Ammoniaksynthese, nämlich Wasserstoff und Stickstoff.

figur 2 zeigt die Löslichkeit der Bestandteile eines Methanolsynthesegases in Methanol bei 40° G. Es ist gezeigt, daß unter dem gleichen Partialdruck die Löslichkeit des inerten Beetandteiles Methan größer ist als die Löslichkeit der für die Methanolsynthese brauchbaren Hauptbestandteile Wasserstoff und Kohlenmonoxyd·

Figur 3 zeigt die Beziehungen zwischen den Löelichkeiten der Bestandteilgase Wasserstoff, Stickstoff, Methan und Argon eines Ammoniaksynthesegases in flüssigem Ammoniak, in Abhängigkeit von der Temperatur. Die Löslichkeit der Bestandteilgase erhöht sich in bemerkenswerter Weise mit dem Temperaturanstieg«

Figur 4- zeigt die Beziehungen zwischen den Löslichkeiten der Bestandteilgase eines Methanolsynthesegases in flüssigem Methanol in Abhängigkeit von der Temperatur. In diesem Fall ist die Veränderung der Löslichkeit mit der Temperaturänderung vergleichbar gering.

Unter Kenntnisnahme dieser Tatsachen wurde die Vorstellung aufgegriffen, daß, im Vergleich zu dem Fall des bloßen Ausstoßens eines Teiles eines Prozeßstromes aus dem Synthesesystem heraus, um sowohl bei der Ammoniaksynthese als auch bei der Methanolsynthese die inerten Bestandteile im Synthe« stsystem innerhalb einer festgelegten Nora zu halten, falls die entsprechenden erstrebten Substanzen (d.h. flüssiger

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Ammoniak und flüssiges Methanol) als Medien bum Absorbieren der entsprechenden Bestandteilgase in den Prozeßströmen in den entsprechenden Syntheaesyatemen verwendet werden und die entsprechenden absorbierten Bestandteilgase fortgezogen und ausgestoßen werden, die Menge an brauchbaren Bestandteilen, welche zusammen mit den inerten Bestandteilen ausgestoßen werden, sich extremer vermindert, was sehr wirksame Maßnahmen sein können·

Sie vorliegende Erfindung besieht sich daher auf ein Ammoniaksyntheseverfahren bzw· Methanolsynthe sever fahren, wobei in einem Syntheeesystem ein Prozeßstrom, in welchem inerte Bestandteile enthalten sind, die nicht an der Reaktion zur Bildung von Ammoniak oder Methanol teilnehmen, mit verflüssigtem Ammoniak bzw· Methanol als Waschflüssigkeit in einer Waschzone gewaschen wird, welch Letztere in dem Synthese eye tem so vorgesehen ist, daß die inerten Bestandteile des Frozeßstromes in der Waschflüssigkeit aufgelöst werden können und die so erhaltene Lösung zu einer außerhalb des Synthesesystems vorgesehenen Xrennzone geführt wird, in welcher die aufgelösten, inerten Bestandteile abgetrennt und entfernt werden, wonach die Lösung zur Wsschzone zurückgeleitet und erneut als Waschflüssigkeit verwendet wird.

Es ist erwünscht, daß die Menge flüssigen Ammoniaks bzw· Methanols, welche als Waschflüssigkeit in die Waschzone eingeführt wird, innerhalb eines Bereiches liegt, welcher 1 - 2mal so groß ist als die Menge, welche benötigt wird, um die Gesamtmenge der inerten Bestandteile des Prozeß-Stromes, welcher in die Wasohaone eingeführt wird, zu absorbieren·

Je höher die Temperatur ist, um se größer die Löslichkeit der inerten Bestandteile im flüssigen Ammoniak, wie dies oben erwähnt- ist. Saher wird die !Temperatur der Waschzone

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hochgehalten und man hält die Temperatur der Trennzone niedrig, so daß die "benötigte Menge an Waschflüssigkeit vermindert werden kann, Ferner ist es erwünscht, den Brück der Trenneone niedriger zu halten als den Druck der Waschzone· Beim Waschen des Prozeßstromea im Ammoniak-Bynthesesystem mit flüssigem Ammoniak, ist es angemessen, die Temperatur der Vaschzone innerhalb eines Bereiches von O bis 125° C zu halten und die Temperatur der Trennzone in den Bereich von O bis 100° 0 su legen. Auch beim Waschen des Prozeßstromes im Methanolsynthesesyetem mit flüssigem Methanol ist es angemessen, daß die Temperaturen ton Waschzone und Trennzone entsprechend in im wesentlichen den gleichen Bereichen gehalten werden, wie im Ammoniakeyn these system.

Die erste Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Verminderung des Wirkungsgrades des Synthesesystems, welche durch Herabsetzung der Teildruoke der brauchbaren Bestandteile durch die Steigerung der Konzentration der inerten Bestandteile im Synthesesystem hervorgerufen wird, beträchtlich verbessert wird. Die zweite Wirkung besteht darin, daß der unvermeidliche Verlust brauchbarer Bestandteile, welcher den Ausstoß der inerten Bestandteile in einem solchen Synthesesystem begleitet, bemerkenswert vermindert werden kann.

Hachstehend seien das Wesen und die Wirkung des erfindungsgemäSen Verfahrens unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eingehender erläutert.

Figur 5 zeigt den fall, daß das erfindungsgemäße Verfahren auf ein Ammoniaksynthese-RÜekführungssystem angewandt wird.

Bin Ammoniaksynthesegas, welches nicht nur Wasserstoff und Stickstoff, sondern auoh Methan und Argon enthält, welch Letztere gegenüber der Ammoniaksynthesereaktion inert sind,

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wild durch eine Leitung 1 in ein Amaoniaksynthese-RÜQkführungssystem eingeführt, welch Letzteres aus einem Wäraeaue taue eher 2_S einem Reaktor 3, einem Wärmeaustauseher 4, einer Sättigungestufe 12₉ einer Waschetufe 5, einem Wärmeaustauscher 6, einer Trennstufe 7 und einem Rücklaufkompressor 8 gebildet wird, wobei der Letztere mit einem ttiekgeführten Prozeßstrooi in Verbindung steht. Dieser wird im Wärmeaustauscher 2 durch einen Ablauf vom Eeaktor 3 erhitzt und kommt sum Reaktor 3» wo Wasserstoff und Stickstoff des Proseßstromes in Anwesenheit eines Katalysators im Reaktor in Ammoniak umgewandelt werden. Der das erzeugte Ammoniak enthaltende Prozeßstrom besitzt eine so hohe Temperatur, daß seine Wärme im Wärmeaustauscher 4 zurückgewonnen wird und er wird im Wärmeaus tauscher 2 weiter abgekühlt.

Damit die Temperatur einer Waschflüssigkeit, welehe am Boden der folgenden Waschstufe 5 ausfließt rand große Mengen inerter Gase enthält _s nicht durch die Verdampfung von Ammoniak herabgesetzt werden kann_s fließt der Prozeßstrom_? welcher den Wärmeaustauscher 2 verläßt und erforderlichenfalls in des· Sättigusgsßtiafe 12 mit Ammoniak gesättigt wird, in die Waschstufe 5 und kommt im Gegenstrom mit einer Waschflüssigkeit in Berührung, d.h. flüssiges Aamonißk wird von oben so zugesetzt, daß die Inertgasbestandteile in. der Waeohflüssigkeit aufgelöst werden können.

Der Prozeßetroüj aus welchem die Inertgasbestandteile (welche sich mehr lösen ale die brauchbaren Bestandteile) entfernt worden sind und welcher die Waschetufe 5 verläßt, wird im Wärmeaustauscher 6 g@Mih.lt ₉ dag enthaltene Ammoniak wird kondensiert ₉ dee flüssige AmHoniak wird in der Trennstmfe 7 albgetrennt ₅ und dann wird der Prezeßsitrom mit dem Rückftährimgs&ompressor 8« komprimiert imd mit neu ^geführtem Ammoniaksjnthesegag la Verbindung gebracht.

Das flüssig® Ammoniak, welches In &®r Trennstufe 7 abge«

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trennt ist, fließt durch eine leitung 13 aus und wird als Waschflüssigkeit in den Oberteil der Waschstufe 5 eingeführt.

Sie Waschflüssigkeit von Boden der Waschstufe 5, welche die Sestandteilgase des Prozeßstroaes bis zur Sättigung aufgelöst enthält, wird in einem Wärmeaustauscher 9 abgekühlt. Die aufgelösten Bestandteilgase des Prozeßstromes werden abgestoßen und in der Trennstufe 10 aus der Waschflüssigkeit abgetrennt.

Als Waschflüssigkeit vom Boden der Trennstufe 10 wird nur ein Betrag benötigt, um aus dem Prozeßstrom eine festgelegte Menge der Inertgasbestandteile zu entfernen, d.h. der Inertgasbestandteil, welcher in das Eückleitungssystea der Ammoniaksynthese durch die Leitung 1 fließt; der Betrag wird in der Pumpe 11 komprimiert und durch Leitung 15 zur Waschstufe 5 zurückgeleitet· Der Rest wird als Ammoniakprodukt durch eine Leitung 14 auf dem System ausgetragen.

Das Gas, welches durch eine Leitung 16 ausfließt und reich an Inertgasbestandteilen ist, wird als Brennstoff verwendet, zusammen mit dem Gas, welches in dem Fall ausgestoßen wird, daß das durch Leitung 14 ausfließende Ammoniakprodukt dekomprimiert wird, nachdem der Amaoniakgehalt abgetrennt ist, oder es wird dieses Gas in eine bekannte Niedertemperaturvorrichtung geleitet, in welcher solche Inertgasbestandteile wie Methan und Argon abgetrennt und gewonnen werden, und der erhaltene Wasserstoff wird in den Ammoni/iaksynthese-Gasstrom in Leitung 1 eingemischt. Selbst wenn man den Prozeßetrom aus dem Wärmeaustauscher 9 abfließen läßt und damauf einen soloh niedrigen Druckj wie beispielsweise etwa 20 Atmosphären dekomprimiert und die aufgelösten Bestandteilgase des Prozeßstromes abgetrennt werden und die Waschflüesigkeit mit der Pumpe 11 von diesen etwa

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20 Atmosphären auf den Arbeitidruck der Wasohstufe 5 komprimiert wird oder die Trennstufe 10 bei im wesentlichen dem gleichen Druck wie in der Waschstufe 5 gehalten wird und die Kompression ait der Pumpe 11 gering gehalten wird, so ist der Einfluß auf den Effekt der vorliegenden Erfindung klein.

Verglichen mit dem letzteren Pail, steigert der erstere der für die Pumpe 11 erforderliehe Krafi, hat jedoch einen Vorteil der Verminderung der Menge an flüssigem Ammoniak, welches durch Leitung 15 zurückgeführt wird·

Besonders da die Kraftgewinnung der Hochdruckflüßßigkeit leicht erzielt werden kann durch Verwendung der Pumpe 11, wie in Figur β gezeigt, ist die Steigerung der erf order liehen Kraft im wesentliches aioht so große

In Figur 6 wird also das flüssige ArimonialCs wslehea den Wärmeaustauscher S verläßt, in die Pump© 11 eingeführt und hier ausgedehnt _f damit die Kraft zurückgewonnen wirdj. und kommt dans^die !rennetufe 10. Bas flüssige Ammoniak vom Boden der !rennstufe 10 wird mit der Pumpe 11 komprimiert und zw? Waselistufe 5 surückgeführt. Daher kann die benötigte Kraft, welche von außen auf die Pumpe 11 anzuwenden ist, nichtig oder sehr gering eein*

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrene ist es nicht immer erforderlich, eine solche Vorrichtung wie die in den Figuren 5 und 6 gezeigte Waschstufe 5 besonders vorzusehen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist selbst wirkungsvoll durchführbar, indem man in die Trennstufe 7 dag flüssige Ammoniak einführt „ atus ifelchem die aufgelösten Gase entfernt sind. Figur 7 ist das Seheme einer Vorrichtung für den Fall, daß eine besondere Wasch» stufe nicht vorgesehen ist. Selbst in dan FaIl₀ äaß das Synthesssystem kein Rückführung©- bsw_o Kreislaufsystem

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bildet, kann das erfindungsgemäße Verfahren wirkungsvoll angewandt werden. Ein Beispiel einer solchen Anwendung ist in Figur 8 geseigt.

In Pigur 8 wird ein Ammoniaksynthesegas in ein Synthesesystem durch eine Leitung 1 eingeführt, kommt durch einen Wärmeaustauscher 21 zu einem Reaktor 31 und Wasserstoff und Stickstoff im Prozeßstrom werden an einem Katalysator im Reaktor in Ammoniak umgewandelt. Der Prozeßstrom, welcher das erzeugte Ammoniak enthält, besitzt hohe Temperatur und wird daher durch den Wärmeaustauscher 21 abgekühlt, kommt zu einer Waschstufe 41 und wird hier im Gegenstrom mit einer Waschflüssigkeit in Berührung gebracht, d.h. mit flüssigem Ammoniak, welches vom Oberteil nach unten fällt, so daß Inertgasbestandte le In der Waschflüssigkeit aufgelöst werden können. Der Prozeßstrom, welcher am Oberteil der Waschstufe 41 abströmt, kommt in einen Kühler 51» und wird hier durch Wärmeauetausch mit Kühlwasser abgekühlt, wobei das enthaltene Ammoniak kondensiert wird; dann kommt der Prozeßstrom zu einer Trennstufe 61, wo das flüssige Ammoniak abgetrennt wird. Der Prozeßstrom, welcher am Oberteil der Trennstufe 61 abströmt, kommt durch einen Wärmeaustauscher 22 in einen zweiten Reaktor 32 und der Wasserstoff und der Stickstoff, welche im Prozeßstrom verblieben sind, werden weiter in Ammoniak umgewandelt. Der Prozeßstrom, welcher den Reaktor 32 verläßt, wird der gleichen Behandlung unterworfen wie der Prozeßstrom, welcher den Reaktor 31 verläßt und kommt in einen dritten Reaktor 33, in welchem im Prozeßstrom verbliebener, nicht umgesetzter Wasserstoff und Stickstoff zu Ammoniak umgewandelt werden.

Der Prozeßstrom, welehey aen Reaktor 33 verläßt, wird in einem Wärmeauetauscher 23 und einem Kühler 53 abgekühlt, wobei das enthaltene Ammoniak kondensiert wird; dann wird der Prozeßstrom in. eine Trennstufe 63 eingeführt, in welcher flüssiges Ammoniak und ein Gas, welches hauptsächlich aus inerten Bestandteilen besteht, voneinander getrennt

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werden. Andererseits kommt flüssiges Ammoniak, welches an den Böden der Waschstufen 41 und 42 und der Trennstufe ausfließt, zu einem Kühler 54 und wird hier gekühlt, um die aufgelösten Gase auszustoßen. Dann werden in der darauffolgenden Trennstufe 64 flüssiges Ammoniak und ein Gas, welches in der Hauptsache aus inerten Bestandteilen besteht, voneinander getrennt.

Ein Teil des flüssigen Ammoniaks, welches am Boden der Trennstufe 64 ausfließt, wird mit der Pumpe 11 kompri-W miert und als Waschflüssigkeit durch die Leitung 15 in die Waschstufen 41 und 42 geschickt.

Aus dem Gas, welches durch die Leitungen 16 und 17 gewonnen wird und in der Hauptsache aus inerten Bestandteilen besteht, wird der Gehalt an Ammoniak abgetrennt und das Gas wird dann als Brennstoff verwendet oder es wird zu einer Niedertemperaturvorrichtung geleitet, in welcher solche Inertgasbestandteile wie Methan und Argon abgetrennt und gewonnen werden und der erhaltene Wasserstoff wird in den Ammoniaksynthesegasstrom der Leitung 1 eingemischt. Das Ammoniakprodukt fließt durch Leitung 14 aus der Trennstufe 64 aus.

Die Konzentration der Inertgasbestandteile im Prozeßstrom steigert sich in der Reihenfolge der Reaktoren 31, 32 und 33. Jedoch in dem Palle, daß die Konzentration unzureichend ist, beispielsweise in dem Palle, daß die Konzentration der Inertgasbestandteile in dem Prozeßstrom, welcher aus dem Reaktor 31 ausströmt, gering ist, wird die Waschstufe 41 fortgelassen und der Prozeßstrom, welcher aus dem Reaktor 31 ausströmt, wird dahingehend geändert, daß er durch den Wärmeaustauscher 21, den Kühler 51t die Trennstufe 61 und den Wärmeaustauscher 22 zum Reaktor 32 kommt.

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Figur 9 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrene in einem Kreislaufsyβtem einer Methanolsynthese.

Ein Methanolsynthesegas, welches Wasserstoff, Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd sowie Methan und andere Gase enthält, welche gegenüber der Methanolsynthese inert sind, wird durch Leitung 1 ein Methanols/nthese-Kreislaufsystem eingeführt, welches aus einem Reaktor 2, einem Wärmeaustauscher 3, einer Trennl-Waschstufe 4, und einem Rückführkompressor 5 gebildet wird, welch Letzterer mit einem rückgeführten Prozeßstrom in Verbindung steht; das Methanolsynthesegas kommt zum Reaktor 2 und der Wasserstoff, das lohlenmonoxyd und das Kohlendioxyd werden in Anwesenheit eines Katalysators im Reaktor in Methanol umgewandelt·

Der Prozeßstrom, welcher das erzeugte Methanol enthält, wird im Wärmeaustauscher 3 abgekühlt, wobei das Methanol kondensiert wird, woraufhin der Prozeßstrom in die Trenn-Waschstufe 4 eingeführt wird, bei welcher der obere Teil eine Trennstufe und der untere Teil eine Waschstufe bildet. Im oberen Teil wird flues^bs Methanol abgetrennt und gleichzeitig werden im unteren Teil die Inertgasbestandteile selektiv aufgelöst und durch das flüssige Methanol entfernt.

Der Prozeßstrom, welcher aus der Trenn-Waschstufe. 4 ausströmt, wird mittels des Rückführkompressors 5 komprimiert und steht mit dem neu zugeführten Methanoüs/nthesegas in Verbindung.

Die Waschflüssigkeit, welche am Boden der Trenn-Waschstufe 4 ausfließt, wird im Wärmeaustauscher 8 gekühlt und die Trennstufe 9 eingeführt. In diesem Falle wird ebenfalls, wie erforderlich und in Pigur 6 gezeigt, eine

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Methode gewählt, "bei welcher die Waschflüssigkeitsdekoaprimiert wird, während die Kraftgewinnung so gestaltet wird, daß die aufgelösten Gase abgestoßen werden können. In der Trennetufe 9 werden die Waschflüssigkeit und das ausgestoßene Gas voneinander getrennt· Von der Waschflüssigkeit wird ein Betrag benötigt, um aus dem Prozeßstrom eine feststehende Menge der Inertgasbestandteile zu entfernen, d.h. die Inertgasbestandteile, welche durch leitung 1 in das Methanolsynthese-Kreislaufsystem einfließen, werden durch Pumpe 10 komprimiert und in die Trenn-Wasehstufe 4 rückgeführt, während der Restbetrag als Methanolprodukt durch leitung 12 aus dem System ausgetragen wird.

Das Gas, welches durch Leitung 11 aus der Trennstufe 9 ausfließt, wird in der gleichen Weise wie im oben erwähnten Ammoniaksyntheeesysteia behandelt.

Nunmehr sei der Effekt des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Bezugnahme auf ein Beispiel mittels einer Synthesevorrichtung erklärt, welche, wie in Figur 5 gezeigt, aufgebaut ist und in welcher die Tagesproduktion von Ammoniak 107 Tonnen beträgt und der Synthesedruck 576 Atmosphären (atoms) ist.

Das gasförmige Rohmaterialgemiseh, welches dem Kreislaufsystem dieser Syntheseanlage der Ammoniaksynthese zugeführt wird, besteht aus 9253 Nm' Wasserstoff, 3180 Nm' Stickstoff und solchen inerten Bestandteilen wie 852 Hnr Methan und 356 Nm' Argon je Stunde.

Der Prozeßstrom dieses Ammoniaksynthese-Kreislaufsystems besitzt eine BJemperatur von 86° G am Einlaß der Waschstufe 5 und enthält ein Maximum von 17,6 Volumenprozent Methan und 16,4 Volumenprozent Argon al® inerte Bestandteile. Flüssiges Ammoniak von 35° 0 wird als Wasch-

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flüssigkeit ait einer Geschwindigkeit von 9,2 Tonnen je Stunde vom Oberteil der Waschvorrichtung 5 gesprüht« 852 Hm-⁵ Methan, 356 Nar⁵ Argon, 454 Hm^ Wasseret off und 247 Hb Stickstoff je Stunde werden aus dem System durch Leitung 14 und 16 aus der Trennstufe 10 ausgestoßen. 8799 Hm , das sind 95 # von 9253 Hm* zugeführten Wasserstoffs werden in Ammoniak umgewandelt.

Palis eine herkömmliche Methode gewählt wird, hei welcher ein Teil des Prozeßstromes bloß aus dem System ausgestoßen wird j um eine Ansammlung der Inertgasbestandteile zu verhindern, werden 1366 Hm⁵ Wasserstoff und 456 Hm^ Stickstoff je Stunde aus dem System zusammen mit den Inertgasbestandteilen ausgestoßen und die Umwandlungsgeschwindigkeit zugeführten Wasserstoffs in Ammoniak vermindert sich auf 85 i» und die Produktionskapazität der Syntheseanlage beträgt 95 Tonnen je Tag.

Saher kann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren der Gesamtverbrauoh an Rohmaterialien zur Herstellung von Ammoniak um etwa 10 ?6 gesenkt werden im Vergleich zu dem Fall, bei welchem das erfindungsgemäße Verfahren nicht angewandt wird.

Das obige Beispiel ist eine Anwendung bei einer Ammoniaksyntheseanlage mit einem Synthesedruck von 576 Atmosphären. Jedoch selbst bei einer Anwendung auf eine Syntheseanlage mit geringerem Synthesedruck, ist die Auswirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht wesentlich verschieden.

Bei einer Syntheseanlage einer täglichen Ammoniakproduktion von 500 Tonnen und einem Syntheeedruck von 300 Atmosphären enthält also der Prozeßstrom, welcher aus dem System ausgestoßen wird, 3000 Hm⁵ Wasserstoff und 1000 Nm⁵ Stickstoff je Stunde, wenn das erfindungsgemäße Verfahren nicht angewendet wird, jedoch in dem Fall, daß man erfindungsgemäß arbeitet, enthält der Prozeßstrom, welcher aus dem

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System ausgetragen wird, 700 Nir⁵ Wasserstoff und 260 Na' Stickstoff je Stunde, was eine große Verminderung bedeutet. Die tägliche Amaoniakproduktion aus den so angewandten Wasserstoff und Stickstoff erreicht 30 Tonnen. In diesem Falle beträgt die Temperatur beim Waschen des Prozeßetroaee mit flüssigem Ammoniak etwa 58° C.

Auch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf eine Hethanolsyntheseanlage ist so "brauchbar wie die Anwendung bei der Ammoniaksyntheeeanlage, wie dies in dem folgenden Beispiel gezeigt ist·

Bei einer Hethanolsyntheseanlage einer Tagesproduktion von 110 Tonnen und einem Synthesedruok von 300 Atmoeiiären, enthält der Prozeßstrom, welcher aus dem System ausgetragen wird, 1550 Na' Wasserstoff und 100 Nm' Kphlenmonoxyd je Stunde, wenn das erfindungsgemäße Verfahren nicht angewandt wird; dagegen beim erfindungsgemäßen Verfahren, bei welchem Methanol von 40° C als Waschflüssigkeit angewandt wird, beträgt der Wasserstoff 700 Nm' und das Kohleamonoxyd 8o Nm' je Stumde, was eine Verminderung zeigt. Die Tagesproduktion an Methanol durch Umwandlung der so verwendeten, wirksamen Bestandteile erreicht 8 Tonnen. Dies sind mehr als 7 £ der Produktion mit dieser Methanolsyntheseanlage.

Ferner kann selbst in irgendeinem anderen Syntheseeyetea als einem solohen für Ammoniak und Methanol das erfindungsgemäße Verfahren wirksam angewandt werden in dem Fall, daß inerte Gase anwesend sind und das erstrebte Produkt verflüssigt werden kann.

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Claims (7)

"If"* Patentansprüche

1. Verfahren zum Entfernen inerter Bestandteile aus einem System der Aamoniaksynthese, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Ammoniaksyntheseprozeß in einem Synthese sys tem ein Prozeßstrom, in welchem inerte, nicht an der ammoniakerzeugenden Reaktion beteiligte Bestandteile enthalten sind, mit verflüssigtem Ammoniak als Waschflüssigkeit in einer Waschzone gewaschen wird, welch Letztere im Synthesesystem so vorgesehen ist, daß die inerten Bestandteile aus diesem Proeeßstrom in die Waschflüssigkeit hinein aufgelöst werden können und die so erhaltene Lösung einer Trennzone zugeführt wird, welche außerhalb des Synthesesystems vorgesehen ist und in welcher die aufgelösten, inerten Bestandteile abgetrennt und entfernt werden, wonach die regenerierte Waschflüssigkeit, aus welcher die inerten Bestandteile abgetrennt und entfernt sind, zur Wiederverwendung in die Waschzone zurückgeführt wird.

2. Verfahren zum Entfernen inerter Bestandteile aus einem System der Methanolsynthese, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Methanolsyntheseprozeß in einem Synthesesystem ein Prozeßstrom, in welchem inerte, an der methanolerzeugenden Reaktion nicht beteiligte Bestandteile enthalten sind, mit verflüssigtem Methanol als Waschflüssigkeit in einer Waschzone gewaschen wird, welch Letztere in diesem System so vorgesehen ist, daß die inerten Bestandteile aus dem Prozeßstrom in die Waschflüssigkeit hinein aufgelöst werden können und die so erhaltene Lösung einer Trennzone zugeführt wird, welche außerhalb des Synthesesystems vorgesehen ist und in welcher

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die aufgelösten, inerten Bestandteile abgetrennt und entfernt werden, wonach die regenerierte Waschflüssigkeit, aus welcher die inerten Bestandteile abgetrennt und entfernt sind, zur Wiederbenutzung in die Wasohzone rückgeführt wird.. .

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge flüssigen Ammoniaks, welche als Waschflüssigkeit in die Wasohzone eingeführt wird, innerhalb eines Bereichs liegt, welcher 1- bis 2mal so groß wie die Menge ist, welche benötigt wird, um die Gesamtmenge der inerten Komponenten in dem in die Waschzone eingeführten Prozeßstrom zu absorbieren·

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an flüssigem Methanol, welche als Waschflüssigkeit in die Waschzone eingeführt wird, innerhalb eines Bereiches liegt, welcher 1- bis 2mal so groß ist wie die Menge, welche benötigt wird, um die Gesamtmenge der inerten Komponenten in dem in die Wasehsone eingeführten Prozeßstrom zu absorbieren«

5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Waschzone innerhalb eines Bereiches von 0 bis 125° C liegt, und die Temperatur der Trennzone innerhalb eines Bereiches von O bis 100° C liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Waschzone und der Trennzone innerhalb eines Bereiches von 0 bis 125° G liegt,

7. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsdruck in der Trennsone

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innerhalb eines Bereiches von Atmosphärendruek und dem Arbeitsdruck in der Waschzone gehalten wird.

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