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Verfahren-zum Erzeugen von Kälte Die bisher bekannten Verfahren zur
Kälteerzeugung bedienen sich der Tatsache, daß ein verdichtetes Gas, dessen Temperatur
unter der Inversionstemperatur liegt, bei der Entspannung eine Abkühlung erfährt.
Diese Entspannung wird entweder in einem Drosselventil oder in einer arbettsleistenden
Vorrichtung durchgefUhrt. Es ist also erforderlich, das zu kühlende Gas auf einen
Druck zu verdichten, der erheblich ueber demjenigen Druck liegt, bei dem das Gas
bzw. seine Zerlegungsprodukte später zur VerfUgung stehen. Im Falle der arbeitsleistenden
Entspannung kommt hinzu, daß eine Expansionsmaschine benötigt wird, die wegen
ihrer
beweglichen Teile nicht wartungsfrei und im Tieftemperaturteil nur schwer zugänglich
ist. Diese Nachteile fallen vor allem dann ins Gewicht, wenn nur eine geringe Kälteleistung
benötigt wird, wenn also z.B. bei einem Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung lediglich
die Isolationsverluste der Anlage und die Austauscherverluste gedeckt worden sollen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Kälteerzeugung
insbesondere für kleine Kälteleistungen pro zu schaffen, welches bei geringem apparativem
Aufwand wenig Energie erfordert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei Gasströme,
deren Hauptkomponenten stark unterschiedliche Siedetemperaturen aufweisen, unter
im wesentlichen dem gleichen Druck, der größer ist als der höchste der kristischen
Drücke der Hauptkomponenten, auf eine Temperatur, die tiefer liegt als die höchste
der kritischen Temperaturen der Hauptkomponenten, abgektihlt und anschließend gemischt
werden.
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Der Druck vor dem Mischventil braucht nur um den zur Überwindung des
Druckabfalls dieses Ventils nötigen Druck höher zu liegen als der Druck nach dem
Mischen. Zweckmäßigerweise übersteigt daher der Druck des einen Gasstromes den Druck
der Gemisches um nicht mehr als 10%.
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Die Erfindung beruht auf der durch Auswerten von Messungen des Joule-Thomspn-Effekts
an Gemischen gewonnenen Erkenntnis, daß Kälte nicht allein durch Drosselentapannung
eines. Gases auf einen wesentlich niedrigeren Druck erzeugt werden kann, sondern
auch dadurch, daß ein Gas bei genügend hohem Druck mit einem anderen Gemischt, d.h.
bei gleichbleibendem Systemdruck auf seinen Partialdruck im Gemisch entspannt wird.-Voraussetzung
daftir, daß dieser Effekt in nennenswertem Maß auftritt, ist lediglich, daß die
-auf gleichen Druck bezogenen - Siedepunkte der Hauptkomponenten eines 3eden der
zu mischenden Gasströme genügend weit auseinanderliegen, d.h. daß derjenige Bestandteil,
der in dem einen Gasstrom in der größten Konzentration vorliegt, wesentlich tiefer
siedet als derjenige Bestandteil, der in dem anderen Gasstrom in der größten Konzentration
vorliegt. Vorzugsweise besteht daher der eine Gasstrom hauptsächlich aus Wasserstoff
oder Helium, der andere Gasstrom hauptsächlich aus Stickstoff, Argon, Kohlenmonoxyd,
Methan, Xthylen oder Xthan. Jeder der beiden Gasstrom. kann auch ein Gemisch darstellen,
so lange nur der eine vorwiegend eine oder mehrere der genannten höhersiedenden,
der andere vorwiegen eine oder mehrere der genannten tiefersiedenden Komponenten
enthält.
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Der Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, daß
keiner der beiden Gasströme einen wesentlichen Druckverlust erleidet und daß man
im Tieftemperaturteil der Anlage außer Regelventilen keine Vorrichtungen mit beweglichen
Teilen benötigt.
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Ein besonders bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung stellt dle
Herstellung eines Wasserstoff-Stickstoff-Gemisches nir die Ammoniaksynthese im Anschluß
an die Flüssigstickstoffwäsche dar.
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Da die Ammoniaksynthese bei Drücken in der Größenordnung von 200 at
durchgeRUhrt wird, ist man bestrebt, den Druck, unter dem .der Wasserstoff erzeugt
wird, in den nachfolgenden Reinigungsschrit ten so weitgehend wie möglich aufrechtzuerhalten.
Aus diesem Grunde wird auch die Flüssigstickstoffwäsche in zunehmendem Maß unter
er höhtem Druck durchgeführt. Je nach dem, welchem der eingangs erwähnten Verfahren
zur Kälteerzeugung der Vorzug gegeben wird, stehen dabei im wesentlichen zwei Verfahren
zur Wahl: Bei dem einen wird der Waschstickstoff unter niedrigem Druck verflüssigt
und dann mit einer Pumpe auf den Waschdruck gefördert;die Kälteverluste werden durch
arbeitsleistende Entspannung des Synthesegases oder eines Stackstofrteilstroms gedeckt
(vgl.z.B.dio US-PS 3 312 075).
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Die zweite Möglichkeit besteht darin, daß man den Stickstoff auf etwa
200 at verdichtet,abkUhlt und auf den erheblich niedrigeren Waschdruck entspannt,wobei
der Stickstoff in den flüssigen Zustand übergeht (vgl.z.B.Linde-Berichte aus Technik
u.Wissenschaft Nr. 4/1958 S.27/28).
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Beide Verfahren besitzen die fur die jeweilige Art der Kälteerzeugung
typischen Nachteile: Das erste erfordert Flüssigkeitspumpen und Expansionsmaschinen
im Tieftemperaturteil. Beim zweiten ist der Druckverlust des Stickstoffs beträchtlich;
dies bedingt nicht nur einen erhöhten Aufwand für Anlage und Betrieb des Kompressors,
sondern es müssen auoh zwei verschiedene WOrmeaustauscherstraße
vorgesehen
werden, nämlich eine für den |Wärmeaustausch mit dem Hochdruckstickstoff und eine
ftir den Wärmeaustausch mit dem unter niedrigerem Druck stehenden Rohwasserstoff.
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;8ine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum
Gewinnen von Ammoniaksynthesegas durch Abkühlen von Rohwasserstoff und Stickstoff
im Wärmeaustausch mit Zerlegungsprodukten. Behandeln des Rohwasserstoffs in einer
Säule im Gegenstrom mit flüssigem Stickstoff und Zumischen von abgekühltem Stickstoff
zu dem die Säule verlassenden gereinigten Gas in der für das Einstellen eines Wasserstoff-Stickstoff-Verhältnisses
von 3a1 erforderlichen Menge zu schaffen. das in einer besonders einfachen Apparatur
bei gleichzeitig vermindertem Energieaufwand durchgeführt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rohwasserstoff
dem Tieftemperaturteil mit einem Druck von mindestens 35 at, vorzugsweise etwa45-85
at, zugeführt wird und daß der Stickstoff vor dem Eintritt in den Tieftemperaturteil
auf einen Druck verdichtet wird, der nicht wesentlich größer ist als der Druck des
gereinigten Gases, der aber ausreicht, um diesem den abgekühlsten Stickstoff zuzumischen.
Die auf diese Weise gewonnene Kälte reicht aus, die Kälteverluste der Anlage zu
decken.
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Im Vergleich zu den bekannten Verfahren mit arbeitsleistender Entspannung
des Synthesegases oder des Stickstoffs liegt der Vorteil darin, daß im Tieftemperaturteil
mit Ausnahme von Regelventilen keine beweglichen Teile vorhanden sind und daß weder
der Rohwasserstoff noch der Stickstoff einen wesentlichen Druckverlust erleiden.
Ein Vergleich mit den Anit Hochdruckstickstoff arbeitenden Verfahren, bei denen
der Joule-Thomson-Effekt des Stickstoffs zur Deckung der Kälteverluste herangezogen
wird, ergibt, daß es nun nicht mehr nötig ist, den Stickstoff auf einen wesentlich
höheren Druck als den Waschdruck zu verdichten, daß die produzierten Gasgemische
also, abgesehen vom Druckverlust des Tieftemperaturteils, mit dem gleichen Druck
zur Verfügung stehen, mit dem der Rohwasserstoff und der Stickstoff in die Anlage
eingeführt worden sind.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung zum Herstellen von Ammonlaksynthesegas
wird vorzugsweise bei einem Druck von nicht mehr als 250 at, insbesondere von nicht
mehr als 180 at durchgeführt.
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Bei Drücken von mehr als 180 at ist nämlich über der flüssigen Phase
eine Gasphase mit 75% H2 und 25% N2 nur dann existent, wenn die Temperatur am Kopf
der Waschkolonne unter der Siedetemperatur des Stickstoffs bei Atmosphärendruck
liegt, d.h. die benötigte tiefe Temperatur am Kopf der Waschsäule könnte nur z.B.
durch unter Vakuum verdampfendem 3tickstoff erreicht werden.
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Soll die Waschslule unter noch höheren DrUcken betrieben werden,
so muß deren Kopftemperatur noch weiter abgesenkt werden.
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Die obere Druckgrenze liegt dort, wo die gewünschte Zusammensetzung
der Gasphase erst bei Temperaturen zu erreichen ware, die unter dem Festpunkt des
Stickstoffs liegen.
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Der Rohwasserstoff für die Ammoniaksynthese kann durch partielle
Verbrennung von Kohlenwasserstoffen erzeugt werden. Der hierzu benötigte Sauerstoff
wird in einer Luftzerlegungsanlage gewonnen, die auch den für die Flüssigstickstoffwäsche
und für die Einstellung des gewünschten H2:N2-Verhältnisses erforderlichen Stickstoff
liefert. Da man, wie bereits erwähnt, bestrebt ist, den Druck dor Wasserstofferzeugung
anzuheben, muß auch der Sauerstoff unter erhöhtem Druck bereitgestellt werden. Um
gas. förmigen Sauerstoff zu verdichten, werden aber aufwendige Maschinen mit einer
Kolbenverdichterendstufe benötigt, die zudem stark explosionsgefährdet slnd. Es
wird daher im allgemeinen vorgezogen, den in der Luftrektifikation gewonnenen flüssigen
Sauerstoff durch eine Pumpe auf den gewünichten Enddruck zu bringen und erst dann
anzuwärmen.
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Der verdichtete Sauerstoff kann seinen n Kälteinhalt aber nur an
ein Gas abgeben, dessen Wärmekpazität einen vergleichbaren Wert besitzt; die auf
nur 5-6 at verdichtete Luft kommt hierfür nicht in Frage. Aus diesem Grund muß die
Luftzerlegungsanlage
mit einem Stickstoffkreislauf ausgerüstet werden,
dessen Enddruck so hoch zu wählen ist, daß der komprimierte Kre4slaufstiokstoff
beim Wärmeaustausch mit dem kalten verdichteten Sauerstoff dessen Kälte aufnehmen
kann. Der Kreislaufdruck muß also etwa ebenso hoch sein wie der Abgabedruck des
Sauerstoffs. Durch die nachfolgende Entspannung liefert der Kreislaufstickstoff
außerdem mindestens einen Teil der für die Luftzerlegung notwendigen Kälte.
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Üblicherweise ist die für den Betrieb der Stickstoffwäsohe nötige
Stickstoffmenge nicht so groß,-daß es sinnvoll wäre, einen Turboverdichter einzusetzen.
Bei denjenigen Verfahren der Flössigstigstickstoffwäsche, bei denen Stickstoff in
gasförmigei Zustand verdichtet, abgekühlt und dann auf den Waschdruek entspannt
wird, liegt der erforderliche Enddruck des Stickstoffkompressors außerdem erheblich
über dem Enddruck des Stiokstoffkreislaufkompressors der Luftzerlegungsanlage, 80
daß der Stickstoff für die Flüssigstickstoffwäsche bisher zumindets in den letzten
Stufen in Hochdruckkolbenverdichtern komprimiert werden mußte.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht demgemäß darin, bei einem
Verfahren zum Gewinnen von Ammoniaksynthesegas aus Rohwasserstoff, bei dem der Stickstoff
für die Flüssigstickstoffwäsche und für das Einstellen des gewünschten H2:N2-Ver-
|hältnisses
einer Luftzerlegungsanlage entnommen wird, in der in flüssigem Zustand verdichteter
Sauerstoff durch W§rmeaustausch mit verdichtetem Kreislaufstichstoff angewärmt wird,
den apparativen und energetischen Aufwand für die Stickstoffkompression zu vermindern.
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Dies geschieht in besonders vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgedankens
dadurch, daß der zur Durchführung der Flüssigstickstoffwäsche und zur Einstellung
des gewünschten Wasserstoff-Stickstoff-Verhältnisses benötigte Stickstoff vom Kreislaufkompressor
der Luftzerlegungsanlage verdichtet und daß als Kreislaufkompressor ein Turboverdichter
eingesetzt wird.
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Der Kreislaufstickerstoff der Luftzerlegungsanlage und der für die
Synthesegasherstellung erforderliche Stickstoff werden also in der gleichen Maschine
verdichtet, wodurch die Bau-| barkeitsbedingungen für Turboverdichter leicht zu
erfüllen sind.
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Dies ist möglich aufgrund der Tatscahe, daß der Stickstoff für die
Synthesegasherstellung in gasförmigem Zustand erfindungsgemäß nicht mehr auf Drücke
von etwa 200 at. sondern nur mehr auf den Druck der Wasserstofferzeugung, sofern
dieser 55 st | überschreitet, verdichtet werden muß, auf einen Druck also, der in
dem gleichen Bereich liegt wie der Abgabedruck des vom Lauftzerleger produzierten
Sauerstoffs.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung bietet noch eine zweite Möglichkeit,
die Synthesegasgewinnungsanlage in vorteilhafter Weise mit der Luftzerlegungsanlage
zu verbinden: Die zum Anfahren der Flüssigstickstoffwäsche benötigte Spitzenkälte
wird duroh flüssigen Stickstoff aus der Luftzerlegungsanlage geliefert. Flüssiger
Stickstoff wird dabei aus der Drucksäule des Luftzerlegers abgezogen, auf wenig
mehr als Atmosphärendruck entspannt und dem letzten Wärmeaustauscher zugeführt,
den der Rohwasserstoff und der Stickstoff auf ihrem Weg zur Flüssig stickstoffwaschsäule
durchströmen. Der verdampfte Stickstoff wird zusammen mit dem aus dem Kopf der Niederdrucksäule
des Doppelrektifikators abziehenden Stickstoff über die Wärmeaustauscher der Luftzerlegungsanlage
nach außen geführt.
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Die Vorriahtung zum Durchführen des Verfahrens zum Herstellen von
Ammoniaksynthesegas gemäß der Erfindung ist gekennzeichnetdurch Leitungen für verdichteten
Rochwasserstoff, etwas höher verdichteten Stickstoff, Synthesegas und Restgas, duroh
Wärmeaustauscher zum Abkühlen von Rohwasserstoff und Stickstoff im Gegenstrom zu
Synthesegas und Restgas, durch eine Stickstoffwaschsäule mit einer Anschlußstelle
für das kalte Ende der Rohwasserstoffleitung, mit einer Entnahmestelle für Restgas
im Sumpf, die über mindestens ein Entspannungsventil mit dem kalten Ende der Restgasleitung
verbunden ist, mit einer Anschlußstelle für das kalte Ende der Synthesegasleitung
im
Kopf sowie mit einer Öffnung zum Einspeisen von Stickstoff ;in
den Kopf und duroh zwei vom kalten Ende der Stickstoffleitung ausgehende Leitungen,
die über je ein Entspannungsventil mit der Öffnung zum Einspeisen von Stickstoff
bzw. mit der die Stickstoffwaschsäule verlassenden Synthesegasleitung verbunden
sind.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung wird nunmehr anhand dreier schematischer
Darstellungen beispielsweise erläutert.
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Der Rohwasserstoff gelangt gemäß Fig. 1 mit einem Druck von etwa 75
ata und Umgebungstemperatur durch Leitung 1 in die Anlage und wird zusammen mit
einem Teilstrom des durch Leitung 2 ankommenden, auf 80 at verdichteten Stickstoffs
in den Wärmeaustauschern 3 und 4 im Gegenstrom zu Synthesegas gekühlt, während der
restliche Stickstoff in den Wärmeaustauschern 5 und 6 im Gegenstrom zu entspanntem
Restgas geführt wird. Die beiden Stickstoffströme werden vereinigt und passieren
zusammen mit dem Rohwasserstoff die Wärmeaustauscher 7, 8 und 9. Im Wärmeaustauscher
7 ist Synthesegas das kilteabgebende Medium, im Wäremaustauscher 8 entspanntes Restgas
aus dem Sumpf der Stickstoffwaschsäule 10. Der Wärmeaustauscher 9 wird nur während
des Anfahrens der Anlage gekühlt, und zwar mit flüssigem Stickstoff aus einer anlagefremden
Quelle.
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Der Rohw'asserstoff wird bei 11 mit etn.r Temperatur von 83°K in die
bei etwa 73 ata arbeitende Waschsäule 10 eingespeist.
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Zin Teil des abgekühlten Stickstoffs wird über das Entspannungsventil
12 auf den Kopf der Säule 10 aufgegeben. Da der kritisehe Druck des Wasserstoff-Stickstoff-Gemisches
wesentlich höher liegt als die kritischen Drücke der Hauptkomponenten und als der
Säulendruok, geht der Stickstoff beim Vermischen mit H2 in den flüssigen Zustand
über und bildet so die zum Entfernen des CO und CH4 nötige Waschlüssigkeit. Der
restliche Stickstoff, nämlich die zum Einstellen des Verhältnisses von 3H281N2 nötige
Menge, wird durch das Mischventil 13 dem den Kopf der Säule 10 mit etwa 83°K verlassenden
gereinigten Gemisch aus Wasserstoff mit 10,5 Mol.% Stickstoff zugesetzt. Es wird
also Stickstoff von etwa 80 at mit dem aus der Stickstoffwaschsäule abziehenden
gereinigten Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch, dessen Hauptkomponente Wasserstoff ist
und das unter dem nur wenig niedrigeren Druck von etwa 73 at steht, vereinigt und
auf diese Welse der Stickstoff bei im wesentlichen unverändertem Gesamtdruck auf
einen Partialdruck von etwa 18 at entspannt.
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Diese Maßnahme liefert die im stationären Betrieb zur Deckung der
Austausch-und Isolationsverluste nötige Kältemenge, so daß auf Flüssigkeitspumpen
und Expansionmaschinen ebenso wie auf eine Verdichtung auf einen wesentlich über
dem Abgabedruck liegenden Druck verzichtet werden kann.
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Das Synthesegas verläßt die Anlage, nachdem es in den Wärmeaustauschern
7s 4 und 3 angewärmt worden ist, dureh Leitung 14.
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Falls das Wasserstoff-Stickstoff-Verhältnis im warmen Synthesegas
nooh nicht genau dem geforderten Wert entspricht, wird die fehlende Menge Stickstoff
durch Leitung 15 zugesetzt.
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Das Sumpfprodukt der Wasohsäule 10, das im wesentlichen aus Stickstoff,
CH4 und CO besteht, wird im Ventil 16 auf den Abgabedruck entspannt, in den Wärmeaustauschern
8, 6 und 5 angewärmt und über Leitung 17 abgezogen.
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Bei dem Verfahren gemäß Fig. 2 wird der Erfindungsgedanke im Rahmen
der Aufbereitung des Abgases einer Ammoniaksyntheseanalge angewandt.
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Das zu zerlegende #as, bestehend aus Wasserstoff, Stickstoff, Argon
und Methan, strömt der Anlage durch Leitung 20 mit einem Druck von 50 - 80 at zu.
Es wird in den Wärmeaustauschern 21 und 22 im Gegenstrom zu Zerlegungsprodukten
50 weit gekühlt, daß alle Bestandteile mit Ausnahme des Wasserstoffs kondensieren.
Die Flüssigkeit wird im Abscheider 23 abgetrennt, in die Säule 24 entspannt und
dort rektifiziert. Das flüssig im Sumpf sich sammelnde Methan wird über Leitung
25 dem Wärmeaustauscher 21 21 zugeführt; das Kopfprodukt, ein Gemisch aus Stickstoff
und
Argon, wird in einer weiteren Säule 26 zerlegt in gförmigen Stickstoff als Kopfprodukt
und flüssiges Argon als Sumpfprodukt, welches in den Wärmeaustauschern 22 und 21
angewärmt und durch Leitung 27 abgegeben wird.
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Der Stickstoff aus dem Kopf der Säule 26 wird in den Kiltokreislauf
des Systems eingespeist: Er wird in den wärmeaustauschern 28, 29 und 30 angewärmt,
im Kompressor 31 verdichtet und im Wärmeaustauscher 30 wieder abgekühlt. Ein Teil
des Stickstoffs wird nun in der Expansionsmaschine 32 arbeitsleistend entspannt,
gibt in der Schlange 33 Wärme an den Sumpf der Säule 26 ab und wird schließlich
in den Flüssigstickstoffbehälter 34 entspannt. Der restliche Stickstoff wird im
Wärmeaustauscher 29 abgekühlt, beheizt in der S#hlange 35 den Sumpf der Säule 24,
wird dabei verflüssigt, im Wärmeaustauscher 28 weiter abgekühlt und ebenfalls in
den Flüssigstickstoffbehälter 34 entspannt. Aus diesem wird Flüssigstickstoff zum
Teil als Waschflüssigkeit auf die Säule 26 aufgegeben und zum anderen Teil in der
S#hlange 36 verdampft, um den Kopf der Säule 24 zu kühlen. Der nunmehr gasförmige
Stickstoff wird zusammen mit dem im Behälter 34 verdampften Stickstoff und dem Kopfprodukt
der Säule 26 über di. Wärmeaustauscher 28, 29und 30 wieder dem Kompressor 31 zugeführt.
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Dem aus dem Abscheider 23 entweichenden Wasserstoff muß nun
noch
Stickstoff in dem für Ammoniaksynthesegas erforderlichen Verhältnis beigemischt
werden. Zu diesem Zweck wird ein entsprechender Teil des im Kompressor 31 verdichteten
und abgekühlsten Stickstoffs vor dem Einspeisen in den Behälter 34 abgezweigt und
durch Leitung 37 und Mischventil 38 dem Wasserstoff zugesetzt. Auf diese Weise wird
der Stickstoff ohne wesentliche Xnderung des Gesamtdruckes auf seinen Partialdruck
entspannt und dadurch die dabei erzeugte Kälte ein Teil des Kältebedarfs des Verfahrens
gedeckt. Das Synthesegas verläßt die Anlage durch leitung 39.
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Fig. 3 zeigt die Kombination der Flüssigstickstoffwäsche nroh big.
1 mit einer Luftzerlegungsanlage. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern
versehen. tDer Rohwasserstoff wird durch partielle Verbrennung eines Kohlenwasserstoffs
bei etwa 95 at erzugt. Der hierzu nötige Sauerstoff ist also ebenfalls mit 95 at
zur Verfügung zu stellen.
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Um diesen und den für die Flüssigstickstoffwäsche erforderlichen Stickstoff
zu gewinnen, werden 205 000 Nm³/h Luft auf 6 at verdichtet, durch Leitung 50 in
der gezeichneten Schaltphase zum Strömungsweg 51 einer Reversing-Exchanger-Anlage
zugeführt, II in diesem im Gegenstrom zu Zerlegungsprodukten abgekühlt und dabei
getrocknet und von CO2 befreit. Ein Teil der aus dem Strömungsweg 51 kommenden Luft
gelangt nun durch Leitung 52 zur
Turbine 53, wird dort auf etwa
1,5 at entspannt und dann über den Wärmeaustcher 54 in die obere Säule des buttrektifikators
55 eingespeist. Eine weitre Luftmenge durchströmt von der Leitung 52 aus zunächst
den Wärmeaustauscher 56 und wird dann zum Teil direkt über die Leitung 57, zum Teil
nach Passieren des Wärmeaustauschers 58 durch Leitung 59 der unteren, bei etwa 6
at arbeitenden Säule des Luftrektifikators 55 sugeführt. Die restliche Luftmenge
wird im Strömungsweg 60 der Reversing-Exchanger-Anlage etwa auf Verflüssigungstemperatur
gebracht und gelangt duroh Leitung 61 ebenfalls ia die untere Säule des Luftrektifikators
55. Saurstoffreiche Flüssigkeit aus dem Sumpf der unteren Säule wird über Leitung
62, Unterkühlungsgegenströmer 63 und Entspannungsventil 64 der oberen Säule zugeführt.
um dort in reinen Sauerstoff und unreinen Stickstoff zerlegt zu werden. Die hierzu
erforderliche Rücklaufflüssigkeit wird der unteren Säule bei 65 entnommen und über
den Wärmeaustauscher 63 und das Entspannungsventil 66 auf die obere Säule aufgegeben.
Der vom Kopf der oberen Säule durch Leitung 67 abziehende unreine Stickstoff, 136
676 Nm³/h, wird in den Wärmeaustauschern 63 und 58 und dann in der Reversing-Exchanger-Anlage,
in der dargestellten Schaltphase in den Strömungswegen 68 und 69, auf Umgebungstemperatur
angewärmt; r Führt dabei das in der vorhergehenden Schaltphase aus der Luft niedergeschlagene
Wasser und Kohlendioxyd mit sich fort.
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Der im Sumpf der oberen Säule produzierte flüssige Sauerstoff wird
Uber Leitung 70 entnommen n und in der Pumpe 71 auf einen Druck von 95 at gebracht.
Um diesen verdichteten Sauerstoff anwärmen zu können, ist ein Stickstoffkreislauf
vorgeschen: 112 800 Nm³/h gasförmigen Stickstoffs werden aus der unteren Säule duroh
Lattung 82 abgezogen, im Wärmeaustauscher 54 gegen turbinenentspannte Luft erwärmt
und dann geteilt.
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Der eine Teil wird in den ungewechselten Querschnitten 72 und 73 der
Reversing-Exchanger-Anlage, der andere in den Wärmeaustauschern 74 und 75 angewärmt.
Beide Stickstoffteilströme werden dann zusammen im Kompressor 76 auf ca. 80 at verdichtet.
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75 476 Nm³/h werden im Wärmeaustauscher 75 gegen Stickstoff aus der
unteren Säule und gegen komprimierten Sauerstoff abgekühlt und dann geteilt: Der
erste Teilstrom passiert den Wärmeaustauscher 56, der zweite Teiltrom wird im Wärmeaustauscher
77 duroh komprimierten Sauerstoff und der dritte Teilstrom im Wärmeaustauscher 74
durch den Kreislaufstickstoff aus der unteren Säule abgekühlt. Die drei Teilstöme
werden dann gemeinsam ii Ventil 78 auf den Druck der unteren Säule entspannt und
auf diese aufgegeben.
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Der restliche Anteil des von Kompressor 76 verdichteten Stickstoffs
von 37 324 Nm³/h wird der Leitung 2 der Fuüssigstickstoffwaschanlage zugeführt und
dort in der im Zusammenhang
mit Fig. 1 geschilderten Art und Weis.
weiterbehandelt.
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Die durch Leitung 1 ankommende Rohwasserstoffmenge beträgt 109 252
Nm³/h; durch Leitung 14 werden 136 400 Nm³/h Synthesegas abgezogen, dessen Druck
sioh durch den Druckabfall der Flüssigstickstoffwäsche nur unwesentlich vermindert
hat. Das Restgas wird der Leitung 17 in einer Menge von 10 176 Nn?/h mit einem Druck
von wenig Uber 1 at entnommen.
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Die zum Anfahren der Flüssigstickstoffwäsche nötige Kälte wird dem
Wärmeaustauscher 9 dadurch zugeführt, daß der unteren Säule des Luftrektifikators
55 bei 79 flüssiger Stickstoff entnommen, im Ventil 80 auf den Druck der oberen
Säule entspannt und im Wärmeaustauscher 9 verdampft wird. Der gasförmige Stickstoff
wird über Leitung 81 mit dem aus dem Kopf der oberen Säaule durch Leitung 67 abziehenden
Stickstoff vereinigt.
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8 Patentansprüche 3 Blatt Zeichnungen