DE1963297A1 - Verfahren zum Erzeugen von Kaelte - Google Patents

Verfahren zum Erzeugen von Kaelte

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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%.
  • 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.
  • 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.
  • Ein besonders bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung stellt dle Herstellung eines Wasserstoff-Stickstoff-Gemisches nir die Ammoniaksynthese im Anschluß an die Flüssigstickstoffwäsche dar.
  • 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).
  • 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).
  • 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.
  • ;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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Soll die Waschslule unter noch höheren DrUcken betrieben werden, so muß deren Kopftemperatur noch weiter abgesenkt werden.
  • Die obere Druckgrenze liegt dort, wo die gewünschte Zusammensetzung der Gasphase erst bei Temperaturen zu erreichen ware, die unter dem Festpunkt des Stickstoffs liegen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung wird nunmehr anhand dreier schematischer Darstellungen beispielsweise erläutert.
  • 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.
  • Der Rohw'asserstoff wird bei 11 mit etn.r Temperatur von 83°K in die bei etwa 73 ata arbeitende Waschsäule 10 eingespeist.
  • 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.
  • 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.
  • Das Synthesegas verläßt die Anlage, nachdem es in den Wärmeaustauschern 7s 4 und 3 angewärmt worden ist, dureh Leitung 14.
  • Falls das Wasserstoff-Stickstoff-Verhältnis im warmen Synthesegas nooh nicht genau dem geforderten Wert entspricht, wird die fehlende Menge Stickstoff durch Leitung 15 zugesetzt.
  • 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.
  • Bei dem Verfahren gemäß Fig. 2 wird der Erfindungsgedanke im Rahmen der Aufbereitung des Abgases einer Ammoniaksyntheseanalge angewandt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 8 Patentansprüche 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zum Erzeugen von Kälte, dadruch gekennzeichnet, daß zwei Gasströme, deren Hauptkomponenten stark unterschiedliche Siedetemperaturen aufweisen, unter-im wesentlichen dem gleichen Druck, der größer ist als der höchste der kritischen DrUcke der Hauptkomponenten, auf eine Temperatur, die tierer liegt als die höchste der kritischen Temperaturen der Hauptkomponenten, abgekUhlt und anschliessend gemischt werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des einen Gasstromes den Druck des Gemisches um nicht mehr als lo q Ubersteigt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Gas ströme vorwiegend aus Wasserstoff oder Helium, der zweite vorwiegend aus Stickstoff, Argon, Kohlenmonoxyd, Methan, Äthan oder Äthylen besteht.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zuin Gewinnen von Ammoniaksynthesegas durch Abkühlen von Rohwasserstoff und Stickstoff im Wärmeaustausch mit Zerlegungsprodukten, Behandeln des Rohwaszerstoffs in einer säule im Gegenstrom mit flüssigem Stickstoff und Zumischen von abgekühltem Stickstoff zu dem die Säule verlas senden gereinigten Gas in der für das Einstellen eines Wasserstoff-Stickstoff-Verhältnisses von 3:1 erforderlichen Menge, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohwasserstoff dem Tieftemperaturteil mit einem Druck von mindestens 7 5 at, vorzugsweise etwa 45 -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 abgekühlten Stickstoff zuzumischen.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es bei einem Druck von nicht mehr als 250 at, vorzugsweise von nicht mehr als 180 at durchgeführt wird,
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Stickstoff aus einer Luftzerlegungsanlage stammt, in der in flüssigem Zustand verdichteter Sauerstoff durch Wärmeaustausch mit verdichtetem Kreislaufstickstoff angewärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Durchführung der Flüssigstickstoffwäsche und zur Einstellung des gewünschten H2:N2-Verhältnisses benötigte Stickstoff vom Kreislaufkompressor der Luftzerlegungsanlage verdichtet und daß als Kreislaufkompressor ein'Turboverdichter eingesetzt wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Anfahren der Flüssigstickstoffwäsche benötigte flüssige Stickstoff der Lufteerlegungsalange entnommen wird.
  8. 8. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch Leitungen für verdichteten Rohwasserstoff, etwas höher verdichteten Stickstoff, Synthesegas und Restgas (1; 2; 13; 16), durch Wärmeaustaucher (3; 4; 6; 7; 8) zum Abkühlen von Rohwasserstoff und Stickstoff im Gegenstrom zu Synthesegas und Restgas, durch eine Stickstoffwaschsäule (10) mit einer Anschlußstelle (11) für das kalte Ende der Rohwasserstoffleitung (1), mit einer Entnahmestelle für Restgas im Sumpf, die über mindestens ein Entspannungsventil (16) mit dem kalten Ende der Restgasleitung (17) verbunden ist, mit einer Anschlußstelle für das kalte Ende der Synthesegasleitung (14) im Kopf sowie mit einer Öffnung zum Einspeisen von Stickstoff in den Kopf und durch zwei korn kalten Ende der Stickstoffleitung (2) ausgehende Leitungen, die über je ein Entspannungsventil (12; 13) mit der Öffnung zum Einspeisen von Stickstoff bzw. mit der die Stickstoffwaschsäule (10) verlassenden Synthesegaleitung (14) verbunden sind.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4765814A (en) * 1986-08-13 1988-08-23 Linde Aktiengesellschaft Process for purification of a gas stream by a nitrogen scrubbing
US4975259A (en) * 1987-11-04 1990-12-04 Mitsui Toatsu Chemicals, Inc. Method of liquefying and condensing nitrogen trifluoride and a method of purifying nitrogen trifluoride

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US4975259A (en) * 1987-11-04 1990-12-04 Mitsui Toatsu Chemicals, Inc. Method of liquefying and condensing nitrogen trifluoride and a method of purifying nitrogen trifluoride

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