DE2007441A1 - Hydrogen-nitrogen mixture prodn - Google Patents
Hydrogen-nitrogen mixture prodnInfo
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Abstract
Description
Verfahren zum Gewinnen eines Wasserstoff-Stickstorf-Gemisches Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewinnen eines Wasserstoff-Stickstoff-Gemisches aus Gasgemischen, die durch Spalten von kohlenwasserstoffhaltigem Material entstanden sind, durch Umsetzen des in ihnen enthaltenen Kohlenmonoxids mit Wasserdampf zu Wasserstoff und Kohlendioxid, Abkühlen des Gasgemisches durch Wärmeaustausch mit Zerlegungsprodukten, Absorbieren des Kohlendioxids in einem organischen Lösungsmittel bei tiefer Temperatur, wobei der Kältebedarf durch eine Kältemaschine gedeckt und die Kopftemperatur der Absorptionskolonne durch die bei der Desorption des Kohlendioxids aus dem beladenen Lösungsmittel sich einstellende Temperatur bestimmt wird, und durch anschließende Flüssiesticstoffwäsche, wobei der Waschstiekstoff durch Wqrmeaustausch mit den Zerlegungsprodukten der FlUssigstickstorfwäsche abgekühlt wird. Method of Obtaining a Hydrogen-Nitrogen Peat Mixture Die The invention relates to a method for obtaining a hydrogen-nitrogen mixture from gas mixtures created by cracking hydrocarbonaceous material are, by reacting the carbon monoxide they contain with water vapor Hydrogen and carbon dioxide, cooling the gas mixture by exchanging heat with Decomposition products, absorbing carbon dioxide in an organic solvent at low temperatures, the cooling requirement being covered by a refrigeration machine and the head temperature of the absorption column by the desorption of the carbon dioxide the end the temperature that is established is determined by the loaded solvent, and by Subsequent washing of liquid nitrogen, whereby the washing substance is replaced by heat is cooled with the decomposition products of the liquid nitrogen scrubbing.
Durch die Flssigstickstoffwäsche werden die in den vorgeschalteten Verfahrensstufen nicht abtrennbaren Verunreinigungen, in erster Linie geringe Mengen von Methan und Kohlenmonoxid sowie gegebenenfalls Sauerstoff und Argon, entfernt. The liquid nitrogen scrubbing removes the in the upstream Process stages of non-separable impurities, primarily small amounts of methane and carbon monoxide and optionally oxygen and argon, removed.
Der benötigte Stickstoff wird dabei im allgemeinen in einer ersten KUhlsture, der Vorkühlung, auf diejenige Temperatur gebracht, mit der der unreine Wasserstoff die C02-Absorption verläßt; im nachgeschalteten Tieftemperaturteil werden beide Gasströme weiter abgekühlt und dann in die Flüssigstickstofrwaschaäule eingeleitet. Die erste Kühlstufe besteht blicherweise aus zwei Wärmeaustausctlern, in denen der tiCkstoRr einem Teil der aus der Suickstoffwaschsäule kommenden Zerlegungsprodukte entgegengefUhrt wird, sowie aus einem dazwischengeschalteten, also auf einem mittleren Temperaturniveau betriebenen Verdampfer einer Kältemaschine. Letztere hat die Aufgabe, die Austauschverluste des nachgeschalteten Tieftemperaturteils' zu vermindern,die sonst infolge der bei verschiedenen Drücken unterschiedlichen Temperaturabhängigkeit von c zwangsläufig auftreten werden. Der erste Wärmeaustauscher überbrückt dabei die Temperaturdifferenz zwischen Umgebungstemperatur und der Verdamprungstemperatur des Kältemittels und der zweite die Temperaturdifferenz zwischen dieser und der Temperatur des aus der C02-Absorption kommenden unreinen Wasserstoffs.The nitrogen required is generally in a first KUhlsture, the pre-cooling, brought to the temperature at which the impure Hydrogen leaves the CO2 absorption; in the downstream low-temperature section both gas streams cooled further and then introduced into the liquid nitrogen washing column. The first cooling stage usually consists of two heat exchangers in which the a part of the decomposition products coming from the nitrogen washing column is countered, as well as from an intermediary, i.e. on a middle one Temperature level operated evaporator of a refrigeration machine. The latter has the task to reduce the exchange losses of the downstream low-temperature part ', the otherwise as a result of the different temperature dependencies at different pressures of c will inevitably occur. The first heat exchanger bridges this the temperature difference between the ambient temperature and the Evaporation temperature of the refrigerant and the second the temperature difference between this and the Temperature of the impure hydrogen coming from the C02 absorption.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß es zwei Wärmeaustauscher und einen zwischen diese eingeschalteten Kiltemittelverdamprer benötigt, also mit erheblichem Aufwand an Anlagekosten verbunden ist. Diese lassen sich zwar dadurch vermindern, daß man nur einen einzigen, zwischen Umgebungstemperatur und der Temperatur des aus der CO2-Absorption kommenden unre .e HasserstorRs arbeitenden Wärmeaustauscher vorsieht; dann muß aber der Kältebetrag, der vorher durch die auf einem mittleren Temperaturniveau betriebene Kältemaschine aufgebracht worden ist, bei der am kalten Ende dieses Wärmeaustauschers herrschenden Temperatur, also mit erhöhtem Energieaufwand, gedeckt werden. This method has the disadvantage that there are two heat exchangers and a Kiltmittelverdamprer switched on between these needs, so with a considerable amount Cost of investment is connected. These can be reduced by that you only have a single, between ambient temperature and the temperature of the unre .e HasserstorRs working heat exchangers from the CO2 absorption provides; but then the amount of cold that was previously due to the on a mean Temperature level operated refrigeration machine has been applied at the cold The temperature prevailing at the end of this heat exchanger, i.e. with increased energy expenditure, are covered.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die bekannten Verfahren zum Gewinnen von Synthesegas zu vereinfachen, insbesondere den für die FlUssigstickstoffwäsche benötigten Stickstorf mit vermindertem Aufwand an Vorrichtungen und Energie auf diejenige Temperatur abzukühlen, mit der der unreine Wasserstoff die C02-Absorption verläßt. The object of the invention is to use the known methods to simplify the recovery of synthesis gas, especially that for liquid nitrogen scrubbing required nitrogen peat with reduced expenditure on devices and energy to cool down the temperature at which the impure hydrogen causes the C02 absorption leaves.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zerlegungsprodukte der FlUssigstickstoffwäsche, nachdem sie annähernd auf die Temperatur des aus der CO2-Absorption kommenden unreinen Wasserstoffs angewärmt worden sind, so auf den WErmeaustausQh mit dem für die Flüssigstickstoffwäsche benötigten Stickstoff einerseits und den an der C02-Absorption beteiligten Medien andererseits aufgeteilt werden, daß der Stickstoff allein durch ärmeaustausch auf etwa die Temperatur des aus der C02-Absorption kommenden unreinen Wasserstoffs abgekilhlt wird. This object is achieved according to the invention in that the decomposition products the liquid nitrogen scrubbing after it has almost reached the temperature of the CO2 absorption coming impure hydrogen has been warmed are, so on the heat exchange Qh with the one required for the liquid nitrogen scrubbing Nitrogen on the one hand and the media involved in C02 absorption on the other be divided that the nitrogen alone by heat exchange to about the temperature of the impure hydrogen coming from the C02 absorption is cooled.
Die Menge der zum Warmeaustausch mit dem Stickstoff bestimmten Zcrlegungsprodukte wird also so groß bemessen, daß die Austauschverluste am kalten Ende des Vorkilhlungsteils auch ohne Dazwischenschalten eines Kältemittelverdampfers klein, d.h. den am warmen Ende des Tiertemperaturteils auftretenden Austauschverlusten zwischen dem Rohweseerstoff und den Zerlegungsprodukten angepaßt sind. Gleichzeitig kann die gesamte Temperaturdifferenz zwischen Umgebungstemperatur und der Temperatur des aus der C02-Absorption kommenden unreinen WasserstorRs in einem einzigen Wärmeaustauscher überbrückt werden. The amount of decomposition products destined for heat exchange with nitrogen is therefore dimensioned so large that the exchange losses at the cold end of the pre-cooling part small, even without the interposition of a refrigerant evaporator, i.e. the one on the warm one Exchange losses between the raw hydrogen material occurring at the end of the animal temperature part and are adapted to the decomposition products. At the same time, the total temperature difference between the ambient temperature and the temperature of the C02 absorption unclean water can be bridged in a single heat exchanger.
Der Kältebetrag, der der co2-Absorption dadurch verloren geht, daß die zum Wärmeaustausch mit den an der C02-Absorption beteiligten Medien noch zur VerfUgung stehende Menge an kalten Zerlegungsprodukten kleiner ist als beim bekannten Verfahren, kann leicht dadurch ausgeglichen werden, daß die bei der CO2-Absorption ohnehin unumgängliche Kältemaschine entsprechend vergrößert wird. Diese erzeugt Kälte auf einem Temperaturniveau, das in der Nähe der Sumpftemperatur der C02-Absorptionskolonne und damit höher liegt als die Temperatur, mit der der Wasserstoff diese Kolonne verläßt und dem Tiertemperaturteil der FlüssigstlekstofRwaschanlage zuströmt. Das bedeutet, daß die zum AbkUhlen des Stickstoffs auf die Temperatur des Wasserstoffs nötige Kälte bei einem über dieser Temperatur liegenden Niveau, d.h. mit vermindertem Energieaufwand, aufgebracht wird.The amount of cold that is lost to co2 absorption because the heat exchange with the media involved in the C02 absorption is still used The amount of cold decomposition products available is smaller than with the known Process that can easily be offset by that in the case of CO2 absorption anyway unavoidable chiller is enlarged accordingly. This generated Cold at a temperature level, that near the sump temperature of the C02 absorption column and is therefore higher than the temperature at which the Hydrogen leaves this column and the animal-temperature part of the liquid-fuel washing plant flows in. That means that the nitrogen to cool down to temperature the required cold of the hydrogen at a level above this temperature, i.e. with reduced energy expenditure.
Eine vorteilhafte AusfUhrungsform der Erfindung besteht darin, daß die die CO2-Absorption verlassende zu regenerierende Lösung zum Teil durch Wärmeaustausch mit der fUr die Abkühlung des Stickstoffs nicht benötigten Teilmenge des reinen Wasserstoff-Stickstoff-Gemisches und zum Teil im Verdampfer einer Kältemaschine so weit abgekUhlt wird, daß die Temperatur des Absorptionsmittels während der anschließenden Desorption des Kohlendioxids auf den am Kopf der Absorptionskolonne benötigten tiefen Wert sinkt. An advantageous embodiment of the invention is that the solution to be regenerated leaving the CO2 absorption in part by heat exchange with the portion of the pure nitrogen not required for cooling the nitrogen Hydrogen-nitrogen mixture and partly in the evaporator of a refrigeration machine is cooled so far that the temperature of the absorbent during the subsequent Desorption of the carbon dioxide to the depth required at the top of the absorption column Value goes down.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung wird das bei der Zwischenentspannung der SumpfflUssigkeit der FlUssigstickstoffwäsche rreigewordene wasserstoffreiche Gasgemisch zunächst durch Wärmeaustausch auf etwa die Temperatur angewärmt, bei der die Kältemaschine der 002 Absorption arbeitet, um dann zusammen mit dem bei der Zwischenentspannung des beladenen Absorptionsmittels freigewordenen C02-haltigen Wasserstoff verdichtet und in die Absorptionskolonne eingeführt zu werden. According to a further advantageous embodiment of the invention that during the intermediate relaxation of the sump liquid of the liquid nitrogen scrubbing The hydrogen-rich gas mixture released is initially reduced to about warmed up the temperature at which the 002 absorption chiller works, to then together with that of the intermediate relaxation of the loaded absorbent released C02-containing hydrogen is compressed and fed into the absorption column to be introduced.
Das bei der Zwischenentspannung der SumpfflUssigkeit der Stickstoffwäsche freigewordene Gas wird also vor seiner Rückführung nicht bis auf Umgebungstemperatur angewärmt. Dementsprechend muß die Menge des reinen Wasserstoff-Stickstoff-Gemisches, die dem Wärmeaustausch mit den an der C02-Absorption beteiligten Medien entzogen und dem :/ärmeaustausch mit dem vorzukühlenden Stickstoff zugeführt wird, vergrößert werden. That during the intermediate expansion of the sump liquid of the nitrogen scrubbing So released gas is not returned to ambient temperature before it is returned warmed up. Accordingly, the amount of the pure hydrogen-nitrogen mixture, which are withdrawn from the heat exchange with the media involved in the C02 absorption and the: / heat exchange with the nitrogen to be pre-cooled is increased will.
Das Zwischenentspannungsgas wird in der C02-Absorptionskolonne zusammen mit dem Rohgas abgekühlt und gelangt mit der Kop£-temperatur dieser säule in die FlUssigstickstorrwaschanlage zurück. Die Kaltemenge, die der Flüssigstickstofrwäsche auf diese Weise durch das Zwischenentspannungsgas zugeführt wird, stammt aus der Kältemaschine der C02-Absorption. Diese Art der Aufteilung der Zerlegungsprodukte der FlUssigstickstoffwäsche auf den Wärmeaustausch mit dem Stickstoff einerseits und den an der C02-Absorption beteiligten Medien andererseits bietet den Vorteil, daß der im Zwischenentspannungsgas enthaltene Wasserstoff nicht verloren gegeben werden muß.The intermediate expansion gas is combined in the C02 absorption column cooled with the raw gas and reaches the top temperature of this column in the Liquid nitrogen storage facility back. The amount of cold that the liquid nitrogen wash is supplied in this way by the intermediate expansion gas originates from the C02 absorption refrigeration machine. This type of division of the decomposition products the liquid nitrogen scrubbing on the one hand on the heat exchange with the nitrogen and the media involved in C02 absorption, on the other hand, has the advantage of that the hydrogen contained in the intermediate expansion gas is not lost must become.
Die Vorrichtung zum Durchrühren des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß an der vom Kopf der Stickstoffwaschsäule zum Wärmeaustausch mit den an der 002-Absorption beteiligten Medien rührenden Leitung fUr das reine Wasserstorr-Stickstoff-Gemisch an der Stelle, an uer dieses annähernd die gleiche Temperatur besitzt wie der aus der C02-Absorption kommende unreine Wasserstoff, eine vom kalten Ende her durch den einen Querschnitt eis s Wärmeaustauschers führende Leitung abgezweigt ist und daß der andere Querschnitt des Wärmeaustauschers ueber das warme Ende mit einem Stickstoffkompressor verbunden ist. The device for carrying out the method is characterized by this from that at the top of the nitrogen washing column for heat exchange with the at of the media involved in the absorption of 002 for the pure water sturdy-nitrogen mixture at the point where this has approximately the same temperature as the off impure coming from the C02 absorption Hydrogen, one from the cold The end branched off through the line leading to a cross section of the heat exchanger and that the other cross section of the heat exchanger over the warm end with connected to a nitrogen compressor.
Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Verfahrensschemas beispielsweise erläutert. The invention will now be illustrated using a process scheme, for example explained.
Das Rohgas hat etwa folgende Zusammensetzung: H2 61 % N2, CO, Ar, CH4 4 % C°2 54,5 % 1125 0,5 ffi 168 000 Nm)/h dieses Gasgemisches werden der Anlage durch Leitung 1 mit einem Druck von 75 ata und Umgebungstemperatur zugeführt. Im Abscheider 2 sammelt sich wasserhaltiges Kondensat. Durch Leitung 3 wird Methanol in das Gasgemisch eingespritzt, um die Bildung von Eis in den nachgeschalteten Apparateteilen zu verhindern. Im Wärmeaustauscher 4 wird das Rohgas im Gegenstrom zu Zerlegungsprodukten auf etwa 263 K gekUhlt und dann in die Absorptionskolonne 5 eingeleitet. Im unteren Abschnitt dieser Säule wird mit C02-gesättigtem Methanol der Schwefelwasserstoff absorbiert, im oberen Abschnitt wird mit einer größeren Methanolmenge das C02 ausgewaschen. Durch den Kontakt mit dem kalten Lösungsmittel kUhlt sich das Gas auf 213 K ab; mit einem Restgehalt von weniger als 1 ppm H2S und 20 ppm C02 verläßt es die Säule 5 durch Leitung 6. The raw gas has roughly the following composition: H2 61% N2, CO, Ar, CH4 4% C ° 2 54.5% 1125 0.5 ffi 168 000 Nm) / h of this gas mixture are used in the system fed through line 1 at a pressure of 75 ata and ambient temperature. in the Separator 2 collects water-containing condensate. Line 3 becomes methanol injected into the gas mixture to prevent the formation of ice in the downstream apparatus to prevent. In the heat exchanger 4, the raw gas is countercurrent to decomposition products cooled to about 263 K and then introduced into the absorption column 5. At the bottom In the section of this column, the hydrogen sulfide is treated with CO2-saturated methanol absorbed, in the upper section the C02 is washed out with a larger amount of methanol. Contact with the cold solvent cools the gas down to 213 K; it leaves the column with a residual content of less than 1 ppm H2S and 20 ppm C02 5 through line 6.
Das aus dem oberen abschnitt ablaufende, mit C02 nahezu gesättigte Methanol wird Uber Leitun 7 entnommen und zum Teil über Leitung 8 auf die H2S-Absorptionsstufe aufgeeben, zum Teil Uber Leitung 9 einer KilhlstuRe zugeführt, die aus dem Verdampfer 10 einer Ammoniakkältemaschine sowie aus einem durch Wasserstoff-Stickstcff-Gemiscb aus der nachgeschalteten Flssiestickstorfwäsche gekühlten Wärmeaustauscher 11 besteht.The one running off from the upper section, which is almost saturated with C02 Methanol is withdrawn via line 7 and partly via line 8 to the H2S absorption stage given up, partly fed via line 9 to a cooling unit that comes from the evaporator 10 an ammonia refrigeration machine and from a hydrogen-nitrogen mixture consists of the downstream Flssiestickstorf wash cooled heat exchanger 11.
Hier wird das beladene Lösungsmittel so weit abgekühlt, daß es mit einer Temperatur von 243 K zum Ventil 12 gelangt, in dem es auf 25 ata entspannt wird. Im Abscheider 13 trennt sih die Flüssigkeit von dem freigesetzten wasserstoffreichen Gasgemisch. Die Lösung wird im Ventil 14 weiter auf etwa 2 ata entspannt. Dabei entweicht bereits ein großer Teil des gelösten CO2; es verläßt den nachgeschalteten Abscheider 15 Uber Leitung 16. Die Flüssigkeit wird Uber Leitung 17 auf den Kopf der bei et a 2 ata arbeitenden Entgasungssäule 18 aurgegeben. Einem mittleren Abschnitt dieser Säule wird auch die aus dem Sumpf der Absorptionssäule 5 mit etwa 263 K ablaufende, mit CO2 und H2S beladene Lösung zugeführt: Diese wird zunächst im Wärmeaustauscher 19 durch verdampfendes Ammoniak auf 243 K und im Wärmeaustauscher 20 durch Zerlegungsprodukte noch weiter gekühlt, im Ventil 21 auf 25 ata entspannt und im Abscheider 22 min dem dabei in Freiheit gesetzten wasserstoffreichen Gasgemisch getrennt. Um die Wasserstoffausbeute zu erhöhen, wird letzteres zusammen mit der aus dem Abscheider 13 kommenden gasförmigen Fraktion über Leitung 23, Wärmeaustauscher 24 und Kompressor 25 in das der Absorptionskolonne 5 zuströmende Rohgas zurUckgefUhrt. Die den Abscheider 22 verlassende Lösung hat, nachdem sie im Ventil 26 auf den Druck der Entgasungssäule 16 entspannt worden ist, eine Temperatur von etwa 213 K und wird in diesem Zustand in einen mittleren Abschnitt der Säule 18 eingespeist.Here the loaded solvent is cooled so far that it is with reaches a temperature of 243 K to valve 12, in which it relaxes to 25 ata will. In the separator 13, the liquid is separated from the released hydrogen-rich Gas mixture. The solution is further expanded in valve 14 to about 2 ata. Included a large part of the dissolved CO2 is already escaping; it leaves the downstream Separator 15 via line 16. The liquid is via line 17 upside down the degassing column 18 working at et a 2 ata. A middle section this column is also the draining from the bottom of the absorption column 5 with about 263 K, Solution loaded with CO2 and H2S is supplied: This is first in the heat exchanger 19 by evaporating ammonia to 243 K and in the heat exchanger 20 by decomposition products cooled even further, expanded to 25 ata in valve 21 and 22 min in the separator separated from the hydrogen-rich gas mixture set free. About the hydrogen yield to increase, the latter is together with the coming from the separator 13 gaseous fraction via line 23, heat exchanger 24 and compressor 25 into that of the absorption column 5 incoming raw gas. The solution leaving the separator 22 has after it has been expanded in the valve 26 to the pressure of the degassing column 16, a temperature of about 213 K and is in this state in a middle section the column 18 fed.
Unter der Wirkung des durch Leitung 27 zuströmenden, als Strippgas dienenden Stickstoffs wird ein großer Teil des gelösten C02 sowie etwas H2S aus der Lösung freigesetzt, so daß sich diese noch weiter abkUhlt. Durch die auf den Kopf der Säule 18 aufgegebene, aus der C02-Absorptionsstufe stammende H2S-freie WaschflUssigkeit wird der vom aursteigenden Gasstrom mitgefahrte H2S zurUckgehalten, so daß der Säule 18 als Koprprodukt H2S-rreies, mit Stickstoff verdünntes C02 entnommen werden kann. Diese kUhlt im Wärmeaustauscher 28 das Strippgas und wird schließlich zusammen mit dem aus dem Abscheider 15 entweichenden C02 durch die Wärmeaustauscher 20 und 4 aus der Anlage entlassen. Under the action of the flowing in through line 27, as stripping gas A large part of the dissolved C02 and some H2S are made up of the nitrogen used the solution released so that it cools even further. Through the Abandoned at the top of the column 18, originating from the C02 absorption stage, H2S-free The H2S carried along by the rising gas flow is retained in the scrubbing liquid, so that CO 2 diluted with nitrogen was removed from column 18 as coproduct H2S-free can be. This cools the stripping gas in the heat exchanger 28 and is finally together with the C02 escaping from the separator 15 through the heat exchanger 20 and 4 released from the system.
Die von C02 weitgehend befreite Lösung wird aus der Kolonne 18 durch Leitung 29 entnommen und zur Entrernung von H2S, restlichem C02 und höhersiedenden Spurenverunreinigungen einer nicht dargestellten iarmregenerierung zugeführt. Das reingereinigte Lösungsmittel kehrt Uber Leitung 30 in die Anlage zurück und muß nun so stark gekühlt werden, daß am Kopf der Kolonne 5 der geforderte Reinheitsgrad in Bezug aufs das erreicht werden kann. Dies geschieht durch zweistufigen AJarmeaustausch mit der durch Desorption des größten Teils der aufgenommenen Bestandteile gekühlten Lösung: Das Reinmethanol passiert zunächst den Wärmeaustauscher 1 im Gegenstrom zu der aus dem Sumpf der Fntgasungssäule kommenden Flüssigkeit,um dann im Wärmeaustauscher 32 in indirekte Berührung mit Lösung gebracht zu werden, die der Säule 18 Uber Leitung 33 mit einer Temperatur von etwa 208 K entnommen wird. Das Reinmethanol wird mit einer Temperatur von etwa 211 K auf den Kopf der Absorptionskolonne 5 aurgegeben. Die im Wärmeaustauscher 32 erwärmte Lösung kehrt in die Entgasungssäule 18 zurUck. The solution, which has largely been freed of CO 2, is passed through from column 18 Line 29 withdrawn and used to remove H2S, remaining C02 and higher-boiling Trace impurities fed to a not shown iarmregenerierung. That Purified solvent returns via line 30 into the system return and must now be cooled so much that the required degree of purity at the top of column 5 in terms of that can be achieved. This is done through a two-stage AJarma exchange with that cooled by desorption of most of the ingested components Solution: The pure methanol first passes the heat exchanger 1 in countercurrent to the liquid coming from the bottom of the degassing column, to then in the heat exchanger 32 to be brought into indirect contact with solution, which the column 18 via line 33 is taken at a temperature of about 208 K. The pure methanol is with at a temperature of about 211 K at the top of the absorption column 5. The solution heated in the heat exchanger 32 returns to the degassing column 18.
Der nunmehr C02-freie Rohwasserstorr, dessen Menge etwa 109 200 Nm3/h beträgt, verläßt die Spule 5 Uber Leitung 6 mit einer Temperatur von 213 K und einem Druck von 73 ata und gelangt Uber nicht gezeichnete Adsorber, die die mitgefUhrten Lösungsmitteldämpfe und das restliche C02 zurUckhalten, in die Flllssigstickstorrwaschanlage. Hier wird der Rohwasserstorr in den Wärmeaustauschern 40, 41, 42 und 43 im Gegenstrom zu Zerlegungsprodukten auf etwa 80 K gekUhlt und in die bei 72 ata arbeitende StickstorRwaschsäule 44 eingespeist. Der in der Tiertemperaturanlage benötigte Stickstoff, dessen Menge 28 700 Nm3/h beträgt, wird zusammen mit der bei Umgebungstempera tur zur Feineinstellung des Wasserstoff-Stickstoff-Verhältnisses benötigten Stickstoffmenge von 8 600 Nm)/h einer LuStzerlegungsanlage entnommen und im Kompressor 45 auf 78 ata verdichtet; mit einer Temperatur von 308 K werden 20 700 Nm)/h dem Wärmeaustauscher 46 und 8 000 Nm3/h dem Wärmeaustauscher 47 zugeführt. Im Wärmeaustaus cher 46 wird der Stickstoff durch einen Teil des aus der Stickstoffwaschsäule kommenden WasserstoRS-Stickstoff-Gemisches auf etwa 213 K, d.h. die Temperatur des silber Leitung 6 aus der CO2-Absorption Icomr.lenden unreinen Wasserstoffs, abgekühlt und dann ebenso wie dieser durch die :ärmeaustauscher 40, 41, 42 und 43 geleitet. Der im Wärmeaustauscher 47 ebenfalls durch Zerlegungsprodukte gekUhlte Stickstoff wird, nachdem er noch einen weiteren von Zerlegungsprodukten beaufschlagten Wärmeaustauscher 48 passiert hat, mit der den iJ§rmeaustauscher 40 verlassenden größeren Stickstoffmenge vereinigt. Die Kältemittelseite des Wärmeaustauschers 4) wird bei Bedarf, z. B. beim Anfahren der Anlage, mit flUssigem Stickstoff aus einer Luftzerlegungsanlage beschickt. The now C02-free raw water torrent, the amount of which is about 109 200 Nm3 / h is, leaves the coil 5 via line 6 with a temperature of 213 K and a Pressure of 73 ata and passes through adsorbers, which are not shown, which carry the Retain solvent vapors and the remaining C02 in the liquid nitrogen storage facility. Here the raw water torrent in the heat exchangers 40, 41, 42 and 43 is countercurrent to decomposition products cooled to about 80 K and into the nitrogen gas washing column operating at 72 ata 44 fed in. The amount of nitrogen required in the animal temperature system 28 700 Nm3 / h, together with that at ambient temperature door amount of nitrogen required to fine-tune the hydrogen-nitrogen ratio of 8 600 Nm) / h is taken from a gas separation plant and in the compressor 45 to 78 ata condensed; with a temperature of 308 K are 20 700 Nm) / h the heat exchanger 46 and 8,000 Nm3 / h are fed to the heat exchanger 47. In the heat exchanger 46 is the nitrogen through part of the hydrogen / nitrogen mixture coming from the nitrogen washing column to about 213 K, i.e. the temperature of the silver pipe 6 from the CO2 absorption Icomr.lenden impure hydrogen, cooled and then just like this through the : heat exchangers 40, 41, 42 and 43 piped. The one in heat exchanger 47 as well Nitrogen, cooled by decomposition products, becomes after it has yet another has passed heat exchanger 48 acted upon by decomposition products, with the the iJ§rmeaustauscher 40 leaving larger amount of nitrogen combined. The refrigerant side the heat exchanger 4) is if necessary, for. B. when starting up the system, with liquid Nitrogen fed from an air separation unit.
Ein Teil des abgekühlten Stickstoffs wird silber das Entspannungsventil 49 auf> den Kopf der Säule 44 aufgegeben. Part of the cooled nitrogen will silver the relief valve 49 on> the head of column 44 abandoned.
Da der kritische Druck des Wasserstoff-Stickstoff-Gemisches wesentlich höher liegt als die kritischen DrUcke der Hauptkomponenten und als der Säulendruck, geht der Stickstoff beim Vermischen mit H2 in den flüssigen Zustand Uber und bildet so die zum Entrernen des CO und CH4 nötige Waschflüssigkeit. Der restliche Stickstoff, nämlich die um Einstellen des Verhältnasses von 3H2:1N2 nötige Menge, wird durch das Mischventil 50 dem den Kopr der Säule 44 mit etwa 80 K verlassenden gereinigten Gemisch aus Wasserstoff mit 15,5 Mol.- Stickstoff zugesetzt.Because the critical pressure of the hydrogen-nitrogen mixture is essential is higher than the critical pressures of the main components and than the column pressure, the nitrogen turns into a liquid state when mixed with H2 and forms so the washing liquid required to remove the CO and CH4. Of the remaining nitrogen, namely that necessary to adjust the ratio of 3H2: 1N2 Amount, is through the mixing valve 50 which the head of the column 44 leaving with about 80 K. Purified mixture of hydrogen with 15.5 molar nitrogen added.
Es wird also Stickstoff von etwa 78 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 72 at steht, vereinigt und auf> diese Weise 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 FlUssigkeitspumpen und Expansionsmaschinen ebenso wie auf eine Verdichtung auf einen wesentlich Uber dem Abgabedruck liegenden Druck verzichtet werden kann.So it gets nitrogen of about 78 atm with the one from the nitrogen washing column withdrawn purified hydrogen-nitrogen mixture, the main component of which is hydrogen and that is under the only slightly lower pressure of about 72 at and in this way the nitrogen at an essentially unchanged total pressure relaxed to a partial pressure of about 18 at. This measure supplies the in-patient Operation to cover the exchange and insulation losses required amount of cold, see above that on liquid pumps and expansion machines as well as on compression it is possible to dispense with a pressure which is substantially above the delivery pressure.
Das Sumpfprodukt der Säule 44, das sind 10 200 Nm³/h, besteht im wesentlichen aus Stickstoff und enthält die Verunreinigungen des Rohwasserstoffs, nämlich CO, Ar und CH4. Es wird im Ventil 51 :iuf 25 ata entspannt. Die dabei freigesetzte wasserstoffhaltige Fraktion, 25 900 Nm)/h, verläßt den nachgeschalteten Abscheider 52 Uber Leitung 53, wird im Wärmeaustauscher 48 auf 235 K erwärmt und mit den bei der Zwischenentspannung der beladenen Lösungsmittelfraktionen der C02-Absorption freigewordenen, in Leitung 23 gesammlten wasserstoffhaltigen Gasfraktionen verreinigt, um ebenfalls in die CO2- Absorption zurückgeführt zu werden. Die den Abscheider 52 verlassende FlUssigkelt> 9 300 Nm³/h, wird im Ventil 54 auf wenig mehr als Atmosphärendruck entspannt, im Wärmeaustauscher 42 verdampft und angewärmt und in den Wärmeaustauschern 48 und 47 weiter auf Umgebungstemperatur gebracht; die Fraktion wird über Leitung 55 als Heizgas abgegeben. The bottom product of column 44, that is 10 200 Nm³ / h, consists of essentially of nitrogen and contains the impurities of the raw hydrogen, namely CO, Ar and CH4. It is relaxed in valve 51: iuf 25 ata. The released hydrogen-containing fraction, 25,900 Nm) / h, leaves the downstream separator 52 via line 53 is heated to 235 K in the heat exchanger 48 and with the at the intermediate relaxation of the loaded solvent fractions of the C02 absorption vacated in Line 23 collected hydrogen-containing gas fractions purified in order to also be returned to the CO2 absorption. The den Liquids leaving separator 52> 9,300 Nm³ / h, is low in valve 54 relaxed more than atmospheric pressure, evaporated in the heat exchanger 42 and warmed up and further brought to ambient temperature in heat exchangers 48 and 47; the fraction is released via line 55 as heating gas.
Das in der Säule 44 als Kopfprodukt gewonnene reine Wasserstoff-Stickstoff-G'emisch und der Uber Ventil 50 zugesetzte Stickstoff» insgesamt 127 700 Nm3/h> werden in den Wärmeaustauschern 41 und 40 auf 209 K erwärmt, auf eine Temperatur also1 die sich von der des Uber Leitung 6 aus der C02-Absorption kommenden unreinen Wasserstoffs nur um die zwangsläufig auftretende Temperaturdifferenz unterscheidet. Von diesem Gemisch werden, um den gesamten Stickstoff allein durch Wärmeaustausch von 308 K auf die erwähnte Temperatur abkühlen zu können, 25 000 Nm)/h durch Leitung 56a abgezweigt, dem Wärmeaustauscher 46 zugefUhrt und in diesem auf 303 K angewärmt. The pure hydrogen-nitrogen mixture obtained as the top product in column 44 and the nitrogen added via valve 50 will total 127,700 Nm3 / h heated in the heat exchangers 41 and 40 to 209 K, i.e. to a temperature 1 the impure hydrogen coming from the line 6 from the C02 absorption only differs by the temperature difference that inevitably occurs. Of this Mixture will make all the nitrogen through heat exchange of 308 K alone to be able to cool down to the mentioned temperature, 25,000 Nm) / h branched off through line 56a, fed to the heat exchanger 46 and heated to 303 K in this.
Der gesamte Stickstoff von 27 800 Nm)/h wird also gegen 25 000 Nm3/h Synthesegemisch und 9 300 Nm)/h Restgas vorgekUhlt, d.h. die anzuwärmende Gasmenge ist erheblich größer als die abzukUhlende Gasmenge. Durch diese Maßnahme wird am kalten Ende der VorkUhlungsgegenströmer bzw. am warmen Ende des Tieftemperaturteils die zum Ausgleich des Kältehaushalts des Tieftemperaturteils erforderliche kleine Temperaturdifferenz (209 - 21) K) erreicht, obwohl die mittleren spezifischen Wärmen der einzelnen Sasströme bei verschiedenen Drücken eine unterschiedliche Temperaturabhängigkeit aufweisen. The total nitrogen of 27,800 Nm) / h is about 25,000 Nm3 / h Synthesis mixture and 9,300 Nm) / h residual gas pre-cooled, i.e. the amount of gas to be heated is considerably larger than the amount of gas to be cooled. With this measure, on cold end of the pre-cooling countercurrent or at the warm end of the low-temperature part to compensate for the cold balance of the low-temperature part required small temperature difference (209 - 21) K), although the average specific Warming the individual streams at different pressures has a different temperature dependency exhibit.
Die Hauptmenge des Wasserstoff-Stickstoff-Gemisches, 102 700 Nm3/h, gelangt über Leitung 56b zunächst in den Wärmeaustauscher 11, in dem ein Teil des Kälteinhalts an die aus der C02-Absorptionsstufe der Säule 5 mittels Leitung 9 abgezogene, zu regenerierende Lösung übertragen wird. Anschließend wird das Wasserstoff>-Stickstoff-Gemisch im Gegenströmer 4 durch Wärmeaustausch mit dem Rohgas auf Umgebungstemperatur gebracht und mit dem aus Leitung 56a kommenden Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch vereinigt. Durch Leitung 57 werden schließlich noch 8 600 NmjZh Stickstoff zugesetzt, um das fUr die mmoniaksynthese geforderte H2-N2-Verhältnis genau einzustellen. Es können somit 136 500 Nm3/ h Synthesegas mit einem Drucken ca. 71 ata abgegeben werden. The main amount of the hydrogen-nitrogen mixture, 102 700 Nm3 / h, passes via line 56b first into the heat exchanger 11, in which part of the Cold content to the withdrawn from the C02 absorption stage of column 5 by means of line 9, solution to be regenerated is transferred. Then the hydrogen> nitrogen mixture brought to ambient temperature in the countercurrent 4 by heat exchange with the raw gas and combined with the hydrogen-nitrogen mixture coming from line 56a. Finally, a further 8,600 NmjZh of nitrogen are added through line 57 in order to reduce the Precise adjustment of the H2-N2 ratio required for ammonia synthesis. It can thus 136 500 Nm3 / h synthesis gas can be delivered with a pressure of approx. 71 ata.
4 PatentansprUche 1 Blatt Zeichnungen4 claims 1 sheet of drawings
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Cited By (3)
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Also Published As
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