DE2147465B2 - Verfahren zum Zerlegen eines Gasgemisches durch Rektifikation bei tiefer Temperatur - Google Patents

Verfahren zum Zerlegen eines Gasgemisches durch Rektifikation bei tiefer Temperatur

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zerlegen eines unter Druck stehenden Gasgemisches, wie beispielsweise stickstoffhaltiges Erdgas, durch Rektifikation bei tiefer Temperatur, bei dem ein erster Teil des Kopfproduktes nach Anwärmung arbeitsleistend entspannt und die hierbei frei werdende Energie zumindest teilweise zum Antrieb eines in einem zur Unterstützung der Rektifikation dienenden Kältekreislauf angeordneten Verdichters verwendet wird, und bei dem ein zweiter Teil des Kopfproduktes verflüssigt und als Rücklauf der Rektifikation wieder zugeführt wird.
Es ist bereits ein Verfahren zum Zerlegen von Luft in einer Rektifikationskolonne bekanntgeworden, bei dem ein erster Teil des im Kopf der Kolonne anfallenden Stickstoffes im Wärmetausch mit zu verlegender Luft angewärmt und daraufhin arbeitsleistend entspannt wird. Die durch die arbeitsleistende Entspannung freigesetzte Energie wird zumindest teilweise zum Antrieb eines Verdichters verwendet, der in einem zur Unterstützung der Rektifikation dienenden Kältekreislauf angeordnet ist Nach der arbeitsleistenden Entspannung wird der Stickstoff im Wärmelausch mit einziehender Luft, die sich bei diesem Wärmetausch auf die Temperatur der Rektifikationskolonne abkühlt, angewärmt und aus der Anlage abgezogen. Ein weiterer Teil des im so Kopf der Rektifikationskolonne anfallenden Stickstoffes wird angewärmt, verdichtet, im Wärmetausch zunächst mit dem entspannten Kreislaufmedium des Kältekreislaufes und dann mit dem Sumpf der Rektifikationskolonne gekühlt und daraufhin als Rücklauf in die SS Rektifikationskolonne entspannt (DT-AS 1 199 293).
Der Nachteil dieses bekannten Verfahrens liegt darin, daß die durch die arbeitsleistende Entspannung des ersten Teiles des Stickstoffes freigesetzte Energie relativ gering ist Da die durch die arbeitsleistende Entspannung des Stickstoffes zu erzielende Endtemperatur zwangläufig durch die Temperatur der Rektifikationskolonne festgelegt ist, kann bei einem vorgegebenen Druckverhältnis der Stickstoff vor seiner arbeitsleistenden Entspannung nur auf eine bestimmte relativ niedri- 6S ge Temperatur angewärmt werden. Hieraus ergibt sich auf Grund der Tatsache, daß bei vorgegebenem Druckverhältnis die durch arbeitsleistende Entspannung zu gewinnende Energie proportional der absoluten Temperatur des zu entspannenden Gases vor der Entspannung ist, daß zwangläufig bei dem bekannten Verfahren der auf die arbeitsleistende Entspannung zurückzuführende Energiegewinn in Form von technischer Arbeit niedrig ist
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, em Verfahren der eingangs genannten Art wirtschaftlicher zu gestalten.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Anwärmung des ersten Teiles des Kopfproduktes vor seiner arbeitsleistenden Entspannung auf eine hohe Temperatur erfolgt und die Verflüssigung des zweiten Teiles des Kopfproduktes im Wärmetausch mit dem zuvor entspannten Kreislaufmedium stattfindet
Durch die Erfindung gelingt es einerseits gerade soviel Kälte zu erzeugen, wie für den Trennprozeß erforderlich ist d. h. es liegt ein gutes Q-T-Diagramm vor. Andererseits wird ein Maximum an technischer Arbeit gewonnen. Diese Optimierung wird dadurch erreicht, daß die Spitzenkälte zur Rücklauferzeugung ausschließlich durch den Kältekreislauf aufgebracht wird, wobei die von diesem benötigten Energie durch arbeitsleistende Entspannung des abzuziehenden, auf hohe Temperatur erhitzten Teiles des Kopfproduktes der Rektifikationskolonne zur Verfügung gestellt wird. Durch die Erhitzung des arbeitsleistend zu entspannenden Kopfproduktes wird durch die Entspannung zunächst einmal ein Maximum an technischer Arbeit gewonnen, die dann zumindest teilweise über den Hilfskreislauf erneut in Kälte umgewandelt wird. Je nachdem wie groß der zu entspannende Pr&zeßstrom ist auf welche Temperatur er angewärmt werden kann, und welches Druckgefälle zur Verfugung steht reicht die gewonnene Energie zum Betreiben des Trennprozesses aus oder es ergibt sich ein Oberschuß oder ein Defizit
Die Verfahrensweise gemäß der Erfindung ist besonders wirtschaftlich, wenn bei dem Zerlegungsprozeß oder einem nachgeschalteten Prozeß brennbare Gase anfallen, wie es beispielsweise bei der Zerlegung von stickstoffhaltigem Erdgas der Fall ist mit denen das Kopfprodukt aufgeheizt werden kana
Weitere für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Gasgemische sind z. B. Methan-Äthan, Methan-Äthylen und Stickstoff-Kohlenmonoxid.
Die Zeichnung veranschaulicht an Hand eines vereinfachten Schemas ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar die Zerlegung von Erdgas, welches 40 % Stickstoff enthält
100 Teile Rohgas treten bei Umgebungstemperatur und unter einem Druck von 50 ata durch Leitung 1 in die Anlage ein. Sie werden im Wärmetauscher 2, Sumpferhitzer 3 und Tiefkühler 4 abgekühlt und verflüssigt und durch das Drosselventil 5 in die Rektifikationskolonne 6 entspannt in der ein Druck von etwa 28 ala herrscht
Durch Leitung 7 wird vom Sumpf der Rektifikationskolonne 6 flüssiges, stickstofffreies Erdgas abgezogen. Ein Teilstrom in Leitung 8 wird im Sumpferhitzer 3 angewärmt und in die Rektifikationskolonne 6 zurückgeführt Der Rest, 60 Teile, in Leitung 9 wird im Wärmetauscher 2 verdampft und verläßt, auf Umgebungstemperatur erwärmt die Anlage unter einem Druck von etwa 26 ata als Produkt
Der Betrieb der Rektifikationskolonne 6 wird durch einen Methankreislauf sichergestellt, der durch seinen Drosseleffekt die Kältebilanz der Anlage ausgleicht
Das auf 30 ata verdichtete Methan verläßt den Kreislaufverdichter 10 durch Leitung 11 und durchströmt den Wärmetauscher 2, den Sumpferhitzer 3, die Tiefkühler 4 und 12, wobei es sich abkühlt und verflüssigt Nach Entspannung auf 1,5 ata im Drosselventil 13 verdampft es im Kondensator 14. Durch Leitung 15 strömt es durch die Tiefkühler 12 und 14 und den Wärmetauscher 2 zurück zum Kreisla'rfverdichter 10.
Vom Kopf der Rektifikationskolonne 6 werden durch Leitung 16 40 Teile abgetrennter Stickstoff abge- jo zogen. Ein Teilstrom in Leitung 17 kondensiert i*n Kondensator 14 und wird als Rücklaufflüssigkeit auf den Kopf der Rektifikationskolonne 6 aufgegeben. Der Rest in Leitung 18 wird unter Druck in den Tiefkühlern 12 und 4 und im Wärmetauscher 2 auf Umgebungstemperatur angewärmt Erfindungsgemäß wird er dann im Gaserhitzer 19 auf etwa 6000C erhitzt und in der Entspannungsmaschine 20 auf dem Umgebungsdruck entspannt Er verläßt durch Leitung 2t die Anlage. Mit einem Teil der gewonnenen Energie wird der Kreislaufverdichter 10 angetrieben, mit dem Überschuß wird in dem Generator 22 elektrische Energie erzeugt
Von großem Vorteil ist das erfindungsgemäße Verfahren in solchen Fällen, in denen schlechte Q-T-Diagramme vorliegen, weil bei der Entspannung des Kopfproduktes auf tiefem Temperaturniveau zu viel Kälte erzeugt wird, bei geringem Gewinn an technischer Arbeit Die Kälteerzeugung am Kolonnenkopf kann vom Kreislauf übernommen werden, wobei nur die tatsächlich erforderliche Kältemenge erzeugt wird. Es ergibt sich somit ein gutes Q-T-Diagranun bei gleichzeitigem zusätzlichem Gewinn an technischer Arbeit durch die arbeitsleistende Entspannung des Kopfproduktes auf höherem Temperaturniveau.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zum Zerlegen eines unter Druck stehenden Gasgemisches, wie beispielsweise stickstoffhaltiges Erdgas, durch Rektifikation bei tiefer Temperatur, bei dem ein erster Teil des Kopfproduktes nach Anwärmung arbeitsleistend entspannt und die hierbei frei werdende Energie zumindest teilweise zum Antrieb eines in einem zur Unterstützung der Rektifikation dienenden Kältekreislauf angeordneten Verdichters verwendet wird, und bei dem ein zweiter Teil des Kopfproduktes verflüssigt und als Rücklauf der Rektifikation wieder zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Anwärmung des ersten Teiles des Kopfproduktes vor seiner arbeitsleistenden Entspannung auf eine hohe Temperatur erfolgt und die Verflüssigung des zweiten Teiles des Kopfproduktes im Wärmetausch mit dem zuvor entspannten Kreislaufmedium stattfindet
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