DE1963297B2

DE1963297B2 - Verfahren zum Erzeugen von Kälte

Info

Publication number: DE1963297B2
Application number: DE19691963297
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Dupont; Wolfgang Dipl.-Phys. 8022 Gruenwald Foerg
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1969-12-17
Filing date: 1969-12-17
Publication date: 1974-08-01
Also published as: DE1963297C3; DE1963297A1

Description

Die bisher bekannten Verfahren zur Kälteerzeugung bedienen sich der Tatsache, daß ein verdichtetes Gas dessen Temperatur unter der Inversion^temperatur liegt, bei der Entspannung eine Abkühlung erfährt. Diese Entspannung wird entweder in einem Drosselventil oder in einer arbeitsleistenden Vorrichtung durchgeführt. Es ist also erforderlich, das zu kühlende Gas auf einen Druck zu verdichten, der erheblich über demjenigen Druck liegt, bei dem das Gas bzw. seine Zeriegungsprodukte später zur Verfügung stehen. Im Falle der arbeitsleistenden Entspannung !commt hinzu, daß eine Expansionsmaschine benötigt wird, die wegen ihrer beweglichen Teile nicht wartungsfrei und im Ticf-'.emperatiirieil nisr schwer zugänglich ist. Diese Nachteile*" fallen vor aliem dann ms 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 werden sollen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Kälteerzeugung insbesondere für kleine Kälteleistungen pro Nm^! zu schaffen, welches bei geringem apparativem Aufwand wenig Ene-gie 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 kritischen Drücke der Hauptkomponenter, auf eine Temperatur, die tiefer liegt als die höchste der kritischen Temperaturen der Hauptkomponenteri, abgekühlt 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 des Gemisches um nicht mehr als 10%.

Die Erfindung beruht auf der durch Auswerten von Messungen des Joule-Thomson-Effekts an Gemischer, gewonnenen Erkenntnis, daß Kälte nicht allein durch Drosselentspannung 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 dafür, daß dieser Effekt in nennenswertem Maß auftritt, ist lediglich, daß die — auf gleichen Druck bezogenen — Siedepunkte der Hatiptkomponenten eines jeden der zu mischenden Gasströme genügend weit auscinanderliegen, 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 hauptsä'ch· lieh aus Wasserstoff oder Helium, der andere Gasstrom hauptsächlich aus Stickstoff, Argon, Kohlenmonoxyd, Methan, Äthylen oder Äthan. Jeder der beiden Gasströme kann auch ein Gemisch darstellen, solange nur der eine vorwiegend eine oder mehrere der genannten to höhersieüenden, der andere vorwiegend eine oder mehrere der genannten tiefersiedenden Komponenten enthält.

Der Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, daß keiner der beiden Gasströme einen wesentlichen Druckveviust erleidet und daß man im Tieftemperaturteil der Anlage außer Regelventilen keine Vorrichtunger.¹ mit beweglichen Teilen benötigt.

Ein besonders bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung stellf die Herstellung eines Wasserstoff- ao Stickstoff-Gemisches für die Ammoniaksynthese im Anschluß an die Flüssigstickstoffwäsche dar. Da die Ammoniaksynthese bei Drücken in der Größenordnung von 200 at durchgeführt wird, im man bestrebt, den Druck, unter dem der Wasserstoff erzeugt wird, in »5 den nachfolgenden Reinigungsschritten so weitgehend wie möglich aufrechtzuerhalten. Aus diesem Grunde wird auch die Flüssigstickstoffwäsche in zunehmendem Maß unter erhöhtem Druck durchgeführt. Je nachdem, welchem der eingangs erwähnten Verfahren zur Kai- !eerzeugung 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 Stickstoffteilstroms gedeckt (vgl. zum Beispiel die US-PS 3 312 075). Die zweite Möglichkeit besteht darin, daß man den Stickstoff auf etwa 200 at verdichtet, abkühl· und auf den erheblich niedrigeren Waschdruck entspannt, wobei der Stickstoff in den flüssigen Zustand übergeht (vgl. zum Beispiel Linde-Berichte aus Technik u. Wissenschaft, Nr. 4, 1958, S. 27 und 78).

Beide Verfahren besitzen die für die jeweilige Art der Kälteerzeugung typischen Nachteile: Das erste erfordert Flüssigkeitspumpen und Expansionsmaschinen im Tic-ftemperaturteil. Beim zweiten ist der Druckverlust des Stickstoffs beträchtlich; dies bedingt nicht nur einen erhöhten Aufwand für Anlage und Betrieb des _ Kompressors, sondern es müssen auch zwei verschiedene Wärmeaustauscherstraßen vorgesehen werden, nämlich eine für den Wärmeaustausch mit dem Hochdruckstickstoff und eine für den Wärmeaustausch mit dem unter niedrigerem Druck stehenden Rohwasserstoff.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Gewinnen von Ammoniaksynthesegas durch Abkühlen von Rohwasferstoff 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 .3 : I erforderlichen Menge zu schaffen, das in einer besonders einfachen 6j 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 8t, vorzugsweise etwa 45 bis 85 at, zugeführt wird und daß der Stickstoff vor dem Eintritt in den TiefttmperaturteiJ auf einen Druck verdichtet wird, der nicht wesentlich größer ist als eier Druck des gereinigten Gases, der aber ausreicht, um diesem den abgekühlten Stickstoff zuzumischen. Die; auf diese Weise gewonnene Kälte reicht aus, die Källeverluste der Anlage zu decken.

Im Vergleich zu den bekannten Verfahren mit arbeitsleistender Entspannung des Synthesegases oder des Stickstoffs liegt der Vorteil darin, daß im Tieftempeniturteil mit Ausnahme von Regelventilen keine beweglichen Teile vorhanden sind und daß weder der Rohwasserstoff noch der Stickstoff einen wesentlichen Druickverlusl erleiden. Ein Vergleich mit den mit Hochdruiirkstickstoff arbeitenden Verfahren, bei denen der Joufe-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 Waochdruck zu verdichten, daß die produzierten Gasgemi.rhe also, abgesehen vom Druckverlust des Tieftemperaiu^rteils, mit dem gleichen Druck zur Verfugung stehen, mit dem der Rohwasserstoff und der Stickstoff in die Anlage eingeführt worden sind.

Das Verfahren gemäß der Erfindung zum Herstellen von Ammoniaksynthesegas wird vorzugsweise bei einem Druck von nicht mehr als 250 at, insbesondere von inicht mehr als 180 at, durchgeführt. Bei Drücken von mehr als 180 at ist nämlich über der flüssigen Phase eineGasphase mit 75% H2 und 25% IM2 nur dann existen'j. wenn die Temperatur am Kopf der Waschkolonne uhter der Siedetemperatur des Stickstoffs bei Atmosphärendruck liegt d. h., die benötigte tiefe Temperatur am Kopf der Waschsäule könnte nur z. B. durch unter Vakuum verdampfenden Stickstoff erreicht werden.

Soll die Waschsäule unter noch höheren Drücken 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 wäre, die unter dem Festpunkt des Stickstoffs liegen.

Der Rohwasserstoff für die Amrroniaksynthese 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 der Wasserstofferzeugung anzuheben, muß auch der Sauerstoff unter erhöhtem Druck bereitgestellt werden. Um gasförmigen Sauerstoff zu verdichten, werden aber aufwendige Maschinen mit einer Kolbenver lichterundstufe benötigt, die zudem stark explosionsgefährdet sind. Es wird daher im allgemeinen vorgezogen, den in der Luftrektifikation gewonnenen flüssigen Sauerstoff durch eine Pumpe auf den gewünschten Enddruck zu bringen und erst dann anzuwärmen.

Der verdichtete Sauerstoff kann seinen Kälteinhall aber nur an ein Gas abgeben, dessen Wärmekapazität einen vergleichbaren Wert besitzt; die auf nur j bis 6 at verdichtete Luft kommt hierfür nicht in Frage. Aus diesem Grund muß d>c Luftzcrlcgungsaniage mit einem Stickstoffkreislauf ausgerüstet werden, dessen tnddrucx so hoch zu wählen ist. daß der komprimierte Kreislaufstickstoff beim Wärmeaustausch mit dem kai-

5 ⁷ 6

ten verdichteten Sauerstoff dessen Kälte aufnehmen dichteten Rohwasserstoff, etwas höher verdichteten kann. Der Kreislaufdruck muß also etwa ebenso hoch Stickstoff, Synthesegas und Restgas, durch Wärmeaussein wie der Abgabedruck des Sauerstoffs. Durch die tauscher /um Abkühlen von Rohwasüerstoff und Sticknachfolgende Entspannung liefert der Kreislaüfslick- sloff im Gegenstrom zu Synthesegas und Restgas, stoff außerdem mindestens einen Teil der für die Luft· 5 durch eine Stickstoffwaschsäule mit einer Anschlußstelzerlegu.ig notwendigen Kälte. Ic für das kalte Rndc der Rohwasserstoffleitung, mit

Üblicherweise ist die für den Betrieb der Stickstoff- einer Entnahmcstelle für Restgas im Sumpf, die über

wasche nötige Stickstoffinengc nicht so groß, daß es mindestens ein Entspannungsventil mit dem kalten

sinnvoll wäre, einen Turboverdichter einzusetzen. Bei finde der Restgasleitiung verbunden ist, mit einer An-

denjenigen Verfahren der Flüssigstickstoffwäsche, bei io schlußstelle für das kalte Ende der Synthesegasleitung

denen Stickstoff in gasförmigem Zustand verdichtet, im Kopf sowie mit einer Öffnung zum Einspeisen von

abgekühlt und dann auf den Waschdruck entspannt Stickstoff in den Kopf und durch zwei vom kalten Kndc

wird, liegt der erforderliche Enddruck des Stickstoff- der Stickstcffleitung ausgehende Leitungen, die über je

kompressor« außerdem erheblich über dem Enddruck ein Entspannungsventil mit der Öffnung zum Einspei-

des Stickstoffkreislaufkompressors der Luftzerlegungs- 15 sen von Stickstoff bzw. mi» der die Stickstoffwaschsäu-

anlage, so datt der Stickstoff für die Flüssigstickstoffwä- Ie verlassenden Synihcsegasleilung verbunden sind,

sehe bisher zumindest in den letzten Stufen in Hoch- Das Verfahren gemäß der Erfindung wird nunmehr

druckkolbenverdichtern komprimiert werden mußte. an Hand dreier schematischer Darstellungen beispiels-

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht demge- weise erläutert.

maß darin, bei einem Verfahren zum Gewinnen von *o Der Rohwasserstoff gelangt gemäß F i g. I mit einem Ammoniaksynthesegas aus Rohwasserstoff, bei dem Druck von etwa 73 ata und Umgebungstemperatur der Stickstoff für die Flüssigstickstoffwäsche und für durch Leitung 1 in die Anlage und wird zusammen mit das Einstellen des gewünschten Hj : !^-Verhältnisses einem Teilstrom des durch Leitung 2 ankommenden, einer Luftzerlegungsanlage entnommen wird, in der in auf 80 at verdichteten Stickstoffs in den Wärmeaustauflüssigem Zustand verdichteter Sauerstoff durch War- as schern 3 und 4 im Gegenstrom zu Synthesegas gekühlt, meaustausch mit verdichtetem Kreislaufstickstoff ange- während der restliche Stickstoff in den Wärmeaustauwärmt wird, den apparativen und energetischen Auf- schern 5 und 6 im Gegenstrom zu entspanntem Restgas wand für die Stickstoffkomipression zu vermindern. geführt wird. Die beiden Stickstoffströrne werden ver-

Dies geschieht in besonders vorteilhafter Ausgestal- einigt und passieren zusammen mit dem Rohwassertung des Erfindungsgedankens dadurch, daß der zur 30 stoff die Wärmeaustauscher 7, 8 und 9. Im Wärmeaus-Durchführung der Flüssigstickstoffwäsche und zur Ein- tauscher 7 ist Synthesegas das kälteabgebende Medistellung des gewünschten Wasserstoff-Stickstoff-Ver- um, im Wärmeaustauscher 8 cntspannles Restgas aus hältnisses benötigte Stickstoff vom Kreislaufkomprcs- dem Sumpf der Stickstoffwaschsäuie 10. Der Wärmesor der Luftzerlegungsanlage verdichtet und daß als austauscher 9 wird nur während des Anlfahrens der An-Kreislaufkompressor ein Turboverdichter eingesetzt 35 lage gekühlt, und zwar mit flüssigem Stickstoff aus wird. einer anlagefremden Quelle.

Der Kreislaufstickstoff der Luftzerlegungsanlage und Der Rohwasserstoff wird bei 11 mit einer Temperader für die Synthesegashersiellung erforderliche Stick- tür von 83° K in die bei etwa 73 ata arbeitende Waschstoff werden also in der gleichen Maschine verdichtet. säule 10 eingespeist. Ein Teil des abgekühlten Stickwodurch die Baubarkeitsbedingungen für Turbover 40 Stoffs wird über das Entspannungsveritil 12 auf den dichter leicht zu erfüllen sind. Dies ist möglich auf Kopf der Säule 10 aufgegeben. Da der kritische Druck Grund der Tatsache, daß der Stickstoff für die Synthe- des Wasserstoff-Stickstoff-Gemisches wesentlich höher segasherstellung in gasförmigem Zustand erfindungs- liegt als die kritischen Drücke der Hauptkomponennen gemäß nicht mehr auf Drücke von etwa 200 at, sondern und als der Säulendruck, geht der Stickstoff beim Vernur mehr auf den Druck der Wasserstofferzeugung, so- 45 mischen mit H2 in den flüssigen Zustand über und bildet fern dieser 55 at überschreitet, verdichtet werden muß, so die zum Entfernen des CO und CH4 nötige Waschauf einen Druck also, der in dem gleichen Bereich liegt flüssigkeit. Der restliche Stickstoff, nämlich die zum wie der Abgabedruck des vom Luftzerleger produzier- Einstellen des Verhältnisses von 3H2: IN2 nötige Menten Sauerstoffs. ge, wird durch das Mischventil 13 dem den Kopf der

Das Verfahren gemäß der Erfindung bietet noch eine 50 Säule 10 mit etwa 83° K verlassenden gerein^;3ten Gezweite Möglichkeit, die Synthesegasgewinnungsanlage misch aus Wasserstoff mit 10,5 Molprozent Stickstoff in vorteilhafter Weise mit der Luftzerlegungsanlage zu zugesetzt. Es wird also Stickstoff von etwa 80 at mit verbinden: Die zum Anfahren der Flüssigstickstoffwä- dem aus der Stickstoffwaschsäuie abziehenden .gereische benötigte Spitzenkälte wird durch flüssigen Stick- nigten Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch, dessen Hauptstoff aus der Luftzerlegungsanlage geliefert. Flüssiger 55 komponente Wasserstoff ist und das unter dem nur we-Stickstoff wird dabei aus der Drucksäule des Luftzerle- nig niedrigeren Druck von etwa 73 at steht, vereinigt gers abgezogen, auf wenig mehr als Atmosphärendruck und auf diese Weise der Stickstoff bei im wesentlichen entspannt und dem letzten Wärmeaustauscher züge- unverändertem Gesamtdruck auf einen Partialdruck führt, den der Rohwasserstoff und der Stickstoff auf von etwa 18 at entspannt. Diese Maßnahme liefert die ihrem Weg zur Flüssigstickstoffwaschsäule durchströ- 60 im stationären Betrieb zur Deckung der Austauschmen. Der verdampfte Stickstoff wird zusammen mit und Isolationsverluste nötige Kältemenge, so daß auf dem aus dem Kopf der Niederdrucksäule des Doppel- Flüssigkeitspumpen und Expansionsmaschinen ebenso rektifikator abziehenden Stickstoff über die Wärme- wie auf eine Verdichtung auf einen wesentlich über austauscher der Luftzerlegungsanlage nach außen ge- dem Abgabedruck liegenden Druck verzichtet werden führt. 65 kann.

Die Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens Das Synthesegas verläßt die Anlage, nachdem es in

zum Herstellen von Ammoniaksynthesegas gemäß der den Wärmeaustauschern 7,4 und 3 angewärmt worden

Erfindung ist gekennzeichnet durch Leitungen für ver- ist, durch Leitung 14. Falls das Wasserstoff-Stickstoff-

Verhältnis im warmen Synthesegas noch nicht genau :1cm geforderten Wen entspricht, wird die fehlende Menge Stickstoff durch Leitung 15 zugesetzt.

Das Sumpfprodukl der Wasehsäulc 10, das im wesentlichen aus Stickstoff, CIU und CO besieht, wird im Ventil 16 auf den Augabcdruck entspannt, in den Wärmeaustauschern 8. 6 und 5 angewärmt und über Leitung 17 abgezogen.

Rei dem Verfahren gemäß I' i g. 2 wird der LrfindungsgCvi.inkc im Rahmen der Aufbereitung des Abgases einer Ammoniaksynthescanlage angewandt.

Das zu /erlegende Gas, bestehend aus Wasserstoff. Stickstoff. Argon und Methan, strömt der Anlage durch Leitung 20 mit einem Druck von 50 bis 80 at zu. Es wird in den Wärmeaustauschern 21 und 22 im Gegenstrom zu Zcrlcgungsproduktcn so 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 zugeführt; das Kopfprodukt, ein Gemisch aus Stickstoff und Argon, wird in einer weiteren Säule 26 zerlegt in gasförmigen Stickstoff als Kopfprodukt und flüssiges Argon als Sumpfprodukt, welches in den Wärmeauslauschern 22 und 21 angewärmt und durch Leitung 27 abgegeben wird.

Der Stickstoff aus dem Kopf der Säule 26 wird in den Kältekrcislauf des Systems eingespeist: Fir wird in den Wärmeaustauschern 28, 29 und 30 angewärmt, im Komp-cssor 31 verdichtet und im Wärmeaustauscher 30 wieder abgekühlt. F.in Teil des Stickstoffs wird nun in der Expansionsmaschine 32 arbeitslcistend 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 Schlange 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 Schlange 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 die Wärmeaustauscher 28. 29 und 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 abgekühlten 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 Änderung des Gesamtdruckes auf seinen Partialdruck entspannt und durch die dabei erzeugte Kälte ein Teil des Kältebedarfs des Verfahrens gedeckt. Das Synthesegas verläßt die Anlage durch Leitung 39.

F i g. 3 zeigt die Kombination der Flüssigstickstoff wäsche nach F i g. 1 mit einer Luflzerlegungsanlage. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern verschen.

Der Rohwasserstoff wird durch partielle Verbrennung eines Kohlenwasserstoffs bei etwa 95 at erzeugt. Der hierzu nötige Sauerstoff ist also ebenfalls mit 95 at zur Verfugung zu stellen. Um diesen und dtn für die Flüssigstieksioffwäsche erforderlichen Stickstoff zu gewinnen, werden 205 000 NmVh Luft auf 6 at verdichtet, durch Leitung 50 in der gezeichneten Schaltphasc dem Strömungsweg einer Reversing-Exchanger-Anlage zugeführt, 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 al entspannt und dann über den Wärmeaustauscher 54 in die obere Säule des Luftrckiifikators 55 eingespeist. Eine weitere 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 zugeführt. Die restliche Luftmenge wird im Strömungsweg 60 der Reversing-Exchanger-Anlage etwa auf Verflüssigungstemperatur gebracht und gelangt durch Leitung 61 ebenfalls in die untere Säule des Luftrektifikators 55. Sauerstoffreiche Flüssigkeit aus dem Sumpf der unteren Säule wird über Leitung 62, Unterkühlungsgegcn· strömer 63 und Entspannungsventil 64 der oberen Säule zugeführt, um dort in reinen Sauerstoff und unreinen

»5 Stickstoff zerlegt zu werden. Die hierzu erforderliche Rückflüssigkeil 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 NmVh. wird in den Wärmeaustauschern 63 und 58 und dann in der Rcversing-Exchanger-Anlagc. in der dargestellten Schaltphasc in den Strömungswegen 68 und 69, auf Umgebungstemperatur angewärmt; er 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 über Leitung 70 entnommen und in der Pumpe 71 auf einen Druck von 95 al gebracht. Um diesen verdichteten Sauerstoff anwärmen zu können, ist ein .Stickstoffkreislauf vorgesehen: 112 80ONmVh gasförmigen Stickstoffs werden aus der unteren Säuic durch Leitung 82 abgezogen, im Wärmeaustauscher 54 gegen turbinenentspannte Luft erwärmt und dann gcteilt. 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 Stickstoffteilströmc werden dann zusammen im Kompressor 76 auf elwa 80 at verdichtet.

75 476 NmVh 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 Teilstrom wird im Wärmeaustauscher 77 durch komprimierten Sauerstoff und der dritte Teilstrom im Wärmeaustauscher 74 durch den Kreislaufstickstoff au? der unteren Säule abgekühlt. Die drei Teilströme werden dann gemeinsam im Ventil 78 auf den Druck dei unteren Säule entspannt und auf diese aufgegeben.

Der restliche Anteil des vom Kompressor 76 ver dichteten Stickstoffs von 37 324NmVh wird der Lei tung 2 der Flüssigstickstoffwaschanlage zugeführt unc dort in der im Zusammenhang mit F i g. 1 geschilderter Art und Weise weiterbehandeh. Die durch Leitung

ankommende Rohwasserstoffmenge betrag

109 252NmVh: durch Leitung 14 werdei 136 400NmVh Synthesegas abgezogen, dessen Drucl sich durch den Druckabfall der Flüssigstickstoffwäsch

409 531Λ

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nur unwesentlich vermindert hat. Das Resigns wird der
Leilung 17 in einer Menge von 10 176 NmVh mil einem
Druck von wenig über 1 at entnommen.

Die zum Anfuhren der Flüssigstickstoffwäsche nötige Kälte wird dem Wärmeaustauscher 9 dadurch zugeführt, daß der unteren Säule des Luftrektifikators 55 bei

ίο

79 flüssiger Stickstoff entnommen, im Ventil 80 auf den Druck der oberen Siiule entspannt und im Wärmeaustauscher 9 verdampft wird. Der gasförmige Stickstoff wird übe,· Leitung 81 mit dem aus dem Kopf der oberen Säule durch Leitung 67 abziehenden Stickstoff vereinigt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erzeugen von Kälte, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Gasströ- S me, deren Hauptkomponenten stark unterschiedliche Siedetemperaturen aufweisen, unter im wesentlichen dem gleichen Druck, der größer ist als der höchste der kritischen Drücke der Hauptkomponenten,, auf eine Temperatur, die tiefer liegt als die höchste der kritischen Temperaturen der Hauptkomponenten, abgekühlt und anschließend gemischt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des einen Gasstromes den Druck des Gemisches um nicht mehr als (0% übersteigt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Gasströme vorwiegend aus Wasserstoff oder Helium, der zweite vor- ao wiegend aus Stickstoff, Argon, Kohlenmonoxid, Methan, Äinan oder Äthylen besteht.

4. Verfahren nach eineim der Ansprüche 1 bis 3 zum Gewinnen von Ammoniaksynthesegas dur:h Abkühlen von Rohwasserstoff und Stickstoff im sj Wärmeaustausch mit Zerlegungsprodukten, Behandeln des Rohwasserstoffs in einer Säule im Gegenstrom mit flüssigem Stickstof." und Zumischen von abgekühltem Stickstoff zu dem die Säule verlassenden gereinigten Gas in der für das Einstellen eines Wasserstoff-Stickstoff-Verhältnisses von 3 : 1 erforderlichen M nge. dadurch gekennzeichnet, daß der Rohwasserstoff dem Tieftemperaturteil mit einem Druck von mindestens 35 at, vorzugsweise etwa 45 bis 85 at, zugeführt wire und c¹ iß der Stickstoff vor dem Eintritt in den Tiefi:emp«raturteil ;iu^r einen Druck verdichtet wird, der nicht wesentlich größer ist als der Druck des gereinigten Gases, der aber ausreicht, um diesem den abgekühlten Stickstoff zazumischen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es bei einem Druck von nicht mehr als 250 at. vorzugsweise von nicht mehr als 180:it, durchgeführt wird.

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 Kreislauf-Itickstoff angewärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Durchführung der Flüssigstickstoffwälche und zur Einstellung des gewünschten H2 : N2-Verhältnisses benötigte Stickstoff vom Kreislaufkompressor der Luftzerlegungsanlage verdichtet lind daß als Kreislaufkompressor ein Turboverdichter eingesetzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß der zum Anfahren der Flüssigstickstoffwäsche benötigte flüssige Stickstoff der Luftzerlegungsanlage entnommen wird.

8. Vorrichiung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch Leitungen für verdichteten Rohwasserstoff, etwas höher verdichteten Stickstoff, Synthesegas und Resigas (1; 2; 13; 16), durch Wärmeaustauscher (3; 4; 6; 7; 8) zum Abkühlen von Rohwasserstoff und Stick-Stoff im Gegenstrom zu Synthesegas und Restgas, durch eine Stickstoffwaschsäule (10) mit einer Anschlußstelle (U) für das kalte Ende der Rohwasser-Stoffleitung (1), mit einer Entnuhmestelle für Rest gas im Sumpf, die über mindestens ein Entspan nungsventil (16) mit dem kalten Ende der Restgas leitung (17) verbunden ist, mit einer Anschlußstelle für das kalte Ende der Synthesegasleitung (14) in Kopf sowie mit einer Öffnung zum Einspeisen vor Stickstoff in den Kopf und durch iswei vom kalter Ende der Stickstoffleitung (2) ausgehende Leitun gen, die über je ein Entspannungsventil (12; 13) mii der Öffnung zum Einspeisen von Stickstoff bzw. mii der die Stickstoffwaschsäule (10) verlassenden Syn thesegasleitung (14) verbunden sind.