DE2725253A1

DE2725253A1 - Verfahren zum trennen von synthesegas

Info

Publication number: DE2725253A1
Application number: DE19772725253
Authority: DE
Inventors: Jay Robert Martin
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1976-06-04
Filing date: 1977-06-03
Publication date: 1977-12-08
Also published as: FR2353819A1; GB1579553A; JPS5313602A

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. GERHARD SCHWAN

BÜRO: 8000 MÜNCHEN «3 ■ ELiENSTRASSE 31 2725253

L-10699-1-G

UNION CARBIDE CORPORATION
Park Avenue, New York, N.Y. 1OO17, V.St.A.

Verfahren zum Trennen von Synthesegas

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FERNSPRECHER: OMI/60IJ01» ■ KABEL₁ELECTRICPATENTMuNCHEN

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen eines Gasgemischs, das Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan enthält, um Produktströme aus im wesentlichen reinem Wasserstoff und Kohlenmonoxid zu erhalten.

Es ist bekannt, kryogene Prozesse für die Trennung von Synthesegas einzusetzen, um Wasserstoff und Kohlenmonoxid als Produkte zu gewinnen. Solche Verfahren schließen typischerweise mindestens eine Teilverflüssigung des Einsatzgasgemisches ein; für einen wirtschaftlichen Gesamtbetrieb erfordern sie einen wirkungsvollen Einsatz der Dampf-Flüssigkeits-Kontakt- und Trennanlagen.

Wenn Kohlenmonoxid durch primäres Dampfreformieren von Erdgas oder durch Teiloxydation von höheren fossilen Kohlenwasserstoff brennstoff en erzeugt werden soll, enthält das Synthesegasgemisch restliches Methan sowie den Wasserstoff und das Kohlenmonoxid, die bei allen Synthesegasströmen anzutreffen sind. Die für das Trennen solcher Synthesegasgemische verwendeten kryogenen Verfahren sind so ausgelegt, daß Methan zurückgehalten und Kohlenmonoxid sowie Wasserstoff mit einer Reinheit erzeugt werden, die den Erfordernissen des Endverbrauchs Rechnung trägt. Dabei soll der Kohlenmonoxidgehalt der Wasserstoff- und Methanströme minimiert werden, um die Kohlenmonoxidausbeute zu maximieren. Charakteristischerweise enthält das Gasgemisch ungefähr 50 bis

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70 Mol % Wasserstoff, 15 bis 45 Mol % Kohlenmonoxid und 2 bis 6 Mol % Methan zusammen mit kleineren Verunreinigungen, beispielsweise Spurenmengen an Stickstoff.

Da in dem obengenannten Synthesegasgemisch im wesentlichen diese drei Hauptkomponenten - nämlich Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan - vorhanden sind, wurden bisher im allgemeinen zur Durchführung der Synthesegastrennung zwei in Reihe liegende mit einer Mehrzahl von Platten ausgestattete Kolonnen-Flüssigkeits/Dampf-Kontaktvorrichtungen verwendet. Bei einem konventionellen Verfahren, das mit solchen Flüssigkeits/Dampf-Kontaktvorrichtungen arbeitet, wird der Synthesegaseinsatzstrom bei erhöhtem Druck vorgesehen und durch Wärmeaustausch gekühlt, um ein Dampf-Flüssigkeitsgemisch zu bilden, das in die erste Kontaktkolonne eingeleitet wird. In der ersten Kolonne wird das eingeführte Einsatzgemisch mit einer kalten Methanwaschflüssigkeit in Kontakt gebracht, um das Kohlenmonoxid in der Methanwaschflüssigkeit zu absorbieren. Wasserstoff wird bei der ersten Kolonne als kohlenmonoxidfreies Kopfprodukt erhalten, während Methan und das absorbierte Kohlenmonoxid enthaltende Bodenflüssigkeit gewonnen wird. Die Bodenflüssigkeit wird dann auf einen verminderten Druck gedrosselt und in der zweiten Kontaktkolonne fraktioniert. Aus der zweiten Kolonne wird Kohlenmonoxid als Kopfgas gewonnen, während Methan als Bodenflüssigkeit anfällt. Die Methanbodenflüssigkeit wird gekühlt und als die genannte Methanwaschflüssigkeit für die

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erste Kontaktkolonne zurückgeleitet.

Obwohl das oben erläuterte Trennsystem zu einer verhältnismäßig einfachen apparativen Anlage führt, ist das durch diesen Prozeß gewonnene Kohlenmonoxidprodukt auf Grund seines verhältnismäßig hohen Wasserstoffgehalts für die meisten chemischen Syntheseanwendungen unbefriedigend. Deshalb wurde versucht, die Reinheit des Kohlenmonoxidprodukts dadurch zu verbessern, daß der Wasserstoffschmutzstoff stromaufwärts von der zweiten Kontaktkolonne beseitigt wurde. Bei einer dieser Anordnungen wird das Synthesegas wie zuvor beschrieben durch. Wärmeaustausch gekühlt und als Dampf in die erste Kontaktkolonne eingeführt. Die Bodenflüssigkeit aus der ersten Kontaktkolonne wird auf einen niedrigeren Druck gedrosselt und einer Entspannungskammer zwecks Trennung in Dampf und Flüssigkeit zugeleitet. In der Entspannungskammer erfolgt eine Gleichgewichts-Dampf-Flüssigkeitstrennung, wobei die Hauptmenge des Wasserstoffs zurückgehalten wird, die andernfalls in dem Speisestrom für die zweit« Kontaktkolonne vorhanden wäre. Die auf diese Weise von dem Wasserstoffschmutzstoff befreite Flüssigkeit aus der E^spannungskammer wird dann auf einen noch niedrigeren Druck gedrosselt, bevor sie in die zweite Kontaktkolonne eingeleitet wird.

Durch die vorstehend beschriebenen Verbesserungen kann ein Kohlenmonoxid-Kopfprodukt von der zweiten Kontaktkolonne er-

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halten werden, bei dem die Wasserstoff-Schmutzstoffkonzentrationen unter 50OO ppm liegen. Gleichwohl ist die Produktausbeute, die bei solchen modifizierten Systemen erreichbar ist, extrem empfindlich mit Bezug auf die Produktreinheit. Infolgedessen kommt es zu hohen Verlusten, wenn ein Produktkohlenmonoxid erzeugt wird, das als Verunreinigung Wasserstoff in Konzentrationen von weniger als 50OO ppm enthält. Solche Verluste treten durch Abgehen von Kohlenmonoxid zusammen mit dem Wasserstoff in der Gleichgewichtsentspannungskammer und durch anschließende Beseitigung des abgegangenen Kohlenmonoxids zusammen mit dem Wasserstoff auf, der aus der Kammer entzogen wird. Weil die Endverbrauchsvorschriften für das Kohlenmonoxidprodukt in zahlreichen Anwendungsfällen, beispielsweise bei der Herstellung von Acryl- und Polyurethanharz, einen Wasserstoffgehalt von weniger als ungefähr 3OOO ppm erfordern, war es notwendig, die bekannten Verfahren mit verhältnismäßig niedrigen Ausbeutewerten, und zwar einer maximalen Ausbeute von ungefähr 90 %, bezogen auf den Gehalt an Kohlenmonoxid in dem Synthesegaseinsatzgemisch, durchzuführen, um derartige Endverbrauchsvorschriften für das Kohlenmonoxidprodukt zu erfüllen.

Es ist bekannt, den Kälteinhalt der Niederdruck-Niedertemperatur-Produktströme auszunutzen, um das Synthesegaseinsatzgemisch vor seinem Einleiten in die Absorberkolonne zu kühlen. Gleichwohl war im allgemeinen ein Wärmepumpen erforder-

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lieh, um den Rücklauf für die zweite Kontaktkolonne zu erhalten und das Einsatzgasgemisch sowie die Methanwaschflüssigkeit für die erste Kontaktkolonne zu kühlen. Unter diesen Bedingungen liegt der Kleinstdruck, bei dem die letzte Kontaktkolonne wirtschaftlich betrieben werden kann, bei ungefähr 1,38 bar. Diese Mindestdruckgrenze ergibt sich aus dem Erfordernis, für einen ausreichenden Druck zu sorgen, um den Strömungswiderstand zu überwinden, mit dem die Produktüberführungsleitungen behaftet sind. Weil bei dem Verfahren zwei erhebliche Absenkungen des Hauptstromdruckes in den oben erwähnten Drossel vorgängen vorliegen, muß erhebliche Kompressionsenergie aufgewendet werden, um das Synthesegaseinsatzgemisch für das Verfahren zunächst aufzudrücken.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren für das Trennen eines Synthesegasgemischs zu schaffen, das Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan enthält, um ein Wasserstoffprodukt hoher Reinheit (kohlenmonoxidfrei) sowie ein Kohlenmonoxidprodukt hoher Reinheit (wasserstofffrei) zu erhalten. Das Verfahren soll zu einer hohen Kohlenmonoxidausbeute führen. Der Energiebedarf des Verfahrens soll vergleichsweise niedrig sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Trennen eines Einsatzgasgemischs, das Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan enthält, dieses Einsatzgasgemisch gekühlt und mit einer Methanwaschflüssigkeit in ei-

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ner ersten Absorptionszone im Gegenstrom in Kontakt gebracht, wobei Wasserstoffgas als Kopfgas und eine Methan, Kohlenmonoxid und restlichen Wasserstoff enthaltende Bodenflüssigkeit gewonnen werden'. Die Bodenflüssigkeit aus der ersten Absorptionszone wird auf einen niedrigeren Druck gedrosselt und in einer zweiten Absorptionszone im Gegenstrom mit wasserstoffreichem Dampf in Kontakt gebracht, um mittels der gedrosselten Bodenflüssigkeit Kohlenmonoxid aus dem wasserstoff reichen Dampf zu absorbieren, wobei Restwasserstoffgas als Kopfgas und eine mit Kohlenmonoxid angereicherte Bodenflüssigkeit gewonnen werden. Die Bodenflüssigkeit der zweiten Absorptionszone wird erwärmt, wobei aus der Bodenflüssigkeit eine Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltende, gasförmige Fraktion abgedampft wird, die den wasserstoff reichen Dampf für die zweite Absorptionszone bildet. Die aus der zweiten Absorptionszone gewonnene, erwärmte Bodenflüssigkeit wird in einer Fraktionierzone unter Gewinnung eines Kohlenmonoxid enthaltenden Kopfgases und einer Methan enthaltenden Bodenflüssigkeit fraktioniert. Mindestens ein Teil der aus der Fraktionierzone gewonnenen Bodenflüssigkeit wird zu der ersten Absorptionszone als die Methanwaschflüssigkeit für diese Zone zurückgeleitet.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Erwärmen der Bodenflüssigkeit der zweiten Absorptionszone außerhalb der Absorptionszone, wobei die erhaltene, verdampfte gasförmige Fraktion von der erwärmten

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Bodenflüssigkeit abgetrennt und als der wasserstoff reiche Dampf zu der zweiten Absorptionszone geleitet wird. Bei dieser Ausführungsform erfolgt das Erwärmen vorzugsweise derart, daß ein Temperaturgradient in dem aufzuwärmenden Fluid vom Anfangsteil des Erwärmungsvorganges bis zu dessen Endteil aufrechterhalten wird. Statt dessen kann das Erwärmen der Bodenflüssigkeit der zweiten Absorptionszone auch innerhalb der Zone durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Verfahrensfluidstrom, beispielsweise dem Einsatzgasgemisch, erfolgen. Dieser Wärmeaustausch kann beispielsweise durchgeführt werden, indem das Prozeßstrom-Heizfluid durch eine interne Sumpfverdampferschlange geleitet wird, die im unteren Teil der zweiten Absorptionszone sitzt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung wird das aus der Fraktionierzone gewonnene Kohlenmonoxidkopfgas als Wärmepumpfluid für den Prozeß verwendet. Das aus der Fraktionierzone gewonnene Kopfgas wird in zwei Teile aufgeteilt, die einen ersten Teil und einen zweiten Teil umfassen. Der zweite Teil wird zwecks Erwärmens mit dem Einsatzgasgemisch als mindestens einem Teil des Kuhlvorgangs des Einsatzgasgemischs in Wärmeaustausch gebracht. Dieser zum Wärmeaustausch gebrachte zweite Kopfgasteil wird auf einen höheren Druck komprimiert; ein Teil desselben wird als Kohlenmonoxidproduktgas abgezogen. Der bleibende Teil des komprimierten Kopfgasteils wird gekühlt und in einen kleineren Teil für eine isentrope Expansion so-

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wie einen größeren Wärmepumpfluidteil aufgeteilt. Der kleinere Teil wird isentrop expandiert und mit dem ersten Teil des aus der Fraktionierzone gewonnen Kopfgases unter Bildung eines kleineren Umlaufgasteils vereinigt. Der kleinere Umlaufgasteil wird erwärmt und mit dem in Wärmeaustausch gebrachten Kopfgasteil zwecks Komprimierung zusammen mit diesem vereinigt. Der größere Wärmepumpfluidteil wird in zwei Teile aufgeteilt. Der eine Teil wird zwecks Kondensation unter Bildung einer abgekühlten Flüssigkeit durch Wärmeaustausch mit Bodenflüssigkeit der Fraktionierzone gekühlt, wobei letztere unter Bildung von Sumpfdampf für die Fraktionierzone verdampft wird. Der gekühlte eine Flüssigkeitsteil wird dann durch Wärmeaustausch mit dem kleineren Umlaufgasteil unterkühlt, wobei letzterer erwärmt wird. Der andere Teil des größeren Wärmepumpfluidteils wird auf einen niedrigen Druck gedrosselt; der unterkühlte eine Flüssigkeitsteil wird mit dem gedrosselten anderen Teil unter Bildung eines Wärmepump-Gas/Flüssigkeitsgemischs vereinigt. Das Wärmepump-Gas/Flüssigkeitsgemisch wird auf einen niedrigeren Druck gedrosselt und unter Bildung einer ersten gasförmigen Fraktion sowie einer ersten flüssigen Fraktion durch Wärmeaustausch mit einem Teil der Bodenflüssigkeit erwärmt, die aus der Fraktionierzone gewonnen und zu der ersten Absorptionszone als die Methanwaschflüssigkeit für diese Zone zurückgeleitet wird. Bei diesem Wärmeaustausch wird der Bodenflüssigkeitsteil der Fraktionierzone unterkühlt. Die erste gasförmige Fraktion des Wärmepump-Gas/Flüssigkeitsgemischs wird von der

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ersten flüssigen Fraktion dieses Gemischs abgetrennt. Die abgetrennte erste flüssige Fraktion des Wärmepump-Gas/Flüssigkeitsgemischs wird dann auf einen noch niedrigeren Druck gedrosselt und unter Bildung einer zweiten gasförmigen Fraktion sowie einer zweiten flüssigen Fraktion erwärmt. Diese Erwärmung erfolgt durch Wärmeaustausch mit dem Einsatzgasgemisch als mindestens ein Teil des oben erwähnten Abkühlens des Einsatzgasgemischs. Die zweite gasförmige Fraktion des Wärmepump-Gas/Flüssigkeitsgemischs der ersten flüssigen Fraktion wird von der zweiten flüssigen Fraktion abgetrennt; die abgetrennte zweite flüssige Fraktion wird dann mit Kopfgas der Fraktionierzone zwecks Rücklaufkühlung der Fraktionierzone zum Wärmeaustausch gebracht. Die zweite gasförmige Fraktion sowie die erste gasförmige Fraktion werden mit dem kleineren Umlaufgasteil vereinigt.

Der Begriff "gewonnen" soll sich vorliegend auf ein Kopfoder Bodenfluid beziehen, das aus einer bestimmten Trennzone im Anschluß an gegebenenfalls damit verbundene Rücklaufkondensations- oder SumpfVerdampfungsoperationen abgezogen wird. Die Begriffe "Gas" und "gasförmig" sollen sowohl Gase als auch Dumpfe umfassen.

Die Verdampfungserwärmung der Bodenflüssigkeit der zweiten Absorptionszone erfolgt vorzugsweise durch Gegenstromwärmeaustausch, um einen Temperaturgradienten in dem aufzuwärmenden Fluid vom Anfangsteil des Erwärmungsvorganges bis zu

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dessen Endteil aufrechtzuerhalten. Dies soll bedeuten, da8 die Bodenflüssigkeit und der resultierende gebildete Dampf entlang einem Strömungsweg, beispielsweise durch einen Durchlaß eines Wärmeaustauschers hindurch, geleitet werden und daß Wärme entlang dem Strömungsweg auf das Flüssigkeits/ Dampf-Fluid übertragen wird, um für eine fortschreitende Teil verdampfung der Flüssigkeit und Bildung von Dampf zu sorgen. Am Endteil des Strömungsweges hat daher das Flüssigkeit und Dampf umfassende Zweiphasenfluid eine höhere Temperatur als die Bodenflüssigkeit, die am Einlaßteil des Strömungsweges zugeführt wird; es liegt ein Temperaturgradient entlang dem Strömungsweg von dem dem Anfangsteil de-Erwärmung entsprechenden Einlaßteil des Strömungsweges zu dem Endteil des Strömungsweges vor, der dem letzten Teil des Erwärmungsvorgangs entspricht. Eine solche Verdampfungserwärmung durch Gegenstromwärmeaustausch erlaubt gegenüber einer Verdampfungserwärmung durch eine intern angeordnete Verdampferschlange die Erzielung einer wesentlich höheren Ausbeute des Kälteinhalts der Bodenflüssigkeit der zweiten Absorptionszone. Diese Verbesserung ist darauf zurückzuführen, daß das Wärme an die Bodenflüssigkeit abgebende Fluid auf eine Temperatur gekühlt werden kann, die wesentlich niedriger als die Temperatur der voll erwärmten Bodenflüssigkeit der zweiten Absorptionszone im Endteil des Erwärmungsvorganges ist. Mit anderen Worten, ein solcher Verdampfungserwärmungs-Wärmeaustausch gestattet ein Kühlen des Fluids, das Wärme an

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die Bodenflüssigkeit der zweiten Absorptionszone abgibt, auf eine Temperatur, die im Anfangsteil des Erwärmungsvorgangs nahe der Temperatur der aus der zweiten Absorptionszone abgezogenen Bodenflüssigkeit ist.

Bei der vorstehenden Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll die anfängliche Abkühlung des Einsatzgasgemischs allgemein eine interne Kühlung des Einsatzgasgemischs in der Absorptionszone, beispielsweise durch Kühlen zwischen den Böden oder Platten einer Absorberkolonne, und auch eine Einsatzgasabkühlung umfassen, die außerhalb der Absorptionszone durchgeführt wird. Der Wärmeaustausch mit dem Kopfgas der Fraktionierzone für eine Rücklaufkühlung der Fraktionierzone soll sowohl Wärmeaustauschvorgänge, bei denen ein Kühlfluid in indirekten Wärmeaustausch mit Fraktionierzonenkopf gas gebracht wird, indem beispielsweise das Kühlfluid und die Kopfgasströme durch benachbarte Durchlässe eines Wärmeaustauschers hindurchgeleitet werden oder indem das Kühlfluid durch eine in der Fraktionierzone sitzende Rücklaufkondensierschlange geleitet wird, als auch einen der Rücklaufkühlung dienenden Wärmeaustausch einschließen, bei dem Kühlfluid unmittelbar in die Fraktionierzone als Rücklauffluid eingeleitet wird.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei einem Verfahren zum Trennen eines Einsatzgasgemischs, das Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan enthält, eine zwei-

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te Absorptionszone zwischen die Absorptions- und Fraktionierzonen gelegt und ausgenutzt werden kann, um restlichen Wasserstoff aus der aus der ersten Absorptionszone gewonnenen Bodenflüssigkeit zu beseitigen und auf diese Weise eine erhebliche und unerwartete Verbesserung der Ausbeute an Kohlenmonoxid hoher Reinheit (d. h. mit einer Wasserstoffverschmutzung von weniger als 2OOOO ppm) gegenüber bisher für eine derartige Trennung verwendeten Verfahren erzielt werden kann. Obwohl bisher bereits Gleichgewichtstrennstufen zwischen den Absorptions- und Fraktionierzonen für den gleichen Zweck (d. h. für die Beseitigung von Restwasserstoff aus der aus der Absorptionszone gewonnenen Bodenflüssigkeit) verwendet wurden, zeigte es sich, daß das erfindungsgemäße Vorgehen, bei dem die Bodenflüssigkeit der ersten Absorptionszone in Absorptionskontakt mit einem wasserstoffreichen Dampf gebracht wird, der durch Verdampfen der Bodenflüssigkeit der zweiten Absorptionszone gewonnen wird, zu einem wesentlich kleineren Verlust an Kohlenmonoxid in dem Restwasserstoffgas führt, das in der Zwischenstufe anfällt. Während es bei den bekannten, mit Gleichgewichts-Flashtrennung arbeitenden Verfahren möglich ist, eine maximale Kohlenmonoxidausbeute von beispielsweise nur ungefähr 89 % zu verwirklichen, um ein 3OOO ppm Wasserstoffverunreinigungen enthaltendes Kohlenmonoxidprodukt bei einem Fraktionierzonenbetriebsdruck von ungefähr 1,38 bar zu erzeugen, erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren, unter gleichen Bedingungen für die Produktkohlenmonoxidreinheit und den Be-

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triebsdruck der Fraktionierzone Kohlenmonoxidausbeutewerte in der Größenordnung von 97 % zu erzielen. Der vorliegend verwendete Begriff Kohlenmonoxidausbeute bezieht sich auf diejenige Menge an Kohlenmonoxid in dem in das Verfahren eingeführten Einsatzgasgemisch, die in dem aus der Fraktionierzone gewonnenen Kopfgas erhalten wird.

Die verhältnismäßig niedrige Ausbeute an Produktkohlenmonoxid bei den bekannten Systemen, die mit einer Gleichgewichts-Flashtrennung arbeiten, ist eine Folge der hohen Konzentration an Kohlenmonoxid in dem in der Flashtrennstufe entstehenden Dampf. Angesichts dieser Mangel des Gleichgewichts-Flashtrer.nsystems könnte man logischerweise schließen, daß sich die Produktkohlenmonoxidausbeute des Verfahrens wesentlich dadurch verbessern läßt, daß die Gleichgewichts-Flashtrenneinrichtung durch eine mehrstufige Anreicherungszone ersetzt wird, bei welcher Kopfdampf mindestens teilweise kondensiert wird, da Kohlenmonoxid als die am wenigsten flüchtige Komponente des Dampfs auf diese Weise in dem Kopfgas minimiert wird, das aus dieser Zwischenstufe gewonnen wird. Überraschenderweise wurde jedoch gefunden, daß die Produktkohlenmonoxidausbeute durch Verwendung einer mehrstufigen Zone wesentlich verbessert werden kann, bei welcher in der Zwischenstufe nicht für eine solche Kopfdampfkondensation gesorgt ist. Es zeigte sich unerwartet, daß der Einsatz einer zweiten Absorptionszone in der Prozeßzwischenstufe, in welcher die Bodenflüssigkeit aus der ersten Ab-

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sorptionszone mit wasserstoffreichem Dampf im Gegenstrom in Kontakt gebracht wird, zu einem ausgeschiedenen Wasserstoffkopfgas führt, das beträchtlich weniger Kohlenmonoxid enthält, als der Dampf aus der bekannten Gleichgewichts-Flashtrenneinrichtung, wodurch eine entsprechend größere Kohlenmonoxidproduktausbeute erzielt wird. Diese Steigerung der Kohlenmonoxidausbeute erhöht ihrerseits die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Trennverfahrens in erheblichem Maße gegenüber den bekannten Prozessen.

Zwar haben die bei dem Verfahren nach der Erfindung zusätzlich zu der konventionellen (ersten) Absqrptionszone und Fraktionierzone vorgesehene zweite Absorptionszone und das Erwärmen der Bodenflüssigkeit der zweiten Absorptionszone eine zusätzliche Wärmezufuhr für die Verdampfungserwärmung der Bodenflüssigkeit der zweiten Absorptionszone zur Folge; es wurde jedoch gefunden, daß diese Wärme in zweckmäßiger Weise durch einen Wärmeaustausch mit einem geeigneten internen Prozeßstrom zugeführt werden kann. In diesem Zusammenhang gehören zu den internen Prozeßströmen im Rahmen des Verfahrens aus dem Einsatzgasgemisch abgeleitete Fluidströme, beispielsweise die Bodenflüssigkeit aus der Fraktionierzone und das Einsatzgasgemisch selbst; darunter soll aber auch ein extern zugeführtes Wärmepumpfluid verstanden werden, das in einem eine geschlossene Schleife bildenden Wärmepumpkreis innerhalb des Prozeßsystems umgewälzt wird. Durch einen derartigen prozeßinternen Wärmeaustausch kann die Energiezufuhr

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minimiert werden, die für das Wurmepumpen im Rahmen des Verfahrens notwendig ist.

Die bei dem Verfahren nach der Erfindung vorgesehenen Absorptionszonen umfassen jeweils eine Mehrzahl von Flüssigkeits/Dampf-Kontaktstufen, die der Reihe nach von Flüssigkeit und Dampf durchströmt werden, so daß nach unten fallende Flüssigkeit sequentiell mit hochsteigendem Dampf in Kontakt gebracht wird, um für einen Warme- und Stoffaustausch zu sorgen, während die Flüssigkeits- und Dampfphasen die Absorptionszone durchlaufen. In der Praxis wird die Anzahl dieser Kontaktstufen bestimmt, indem die Anzahl der theoretischen Gleichgewichtsstufen berechnet wird, d. h. die Stufen, bei denen die die Stufe verlassenden Phasen in thermodynamischem Gleichgewicht stehen, und indem die Anzahl der theoretischen Gleichgewichtsstufen an Hand des Wirkungsgrades der praktisch benutzten Stufen in eine entsprechende praktische Stufenanzahl umgewandelt wird. Ein solches Rechenverfahren wird bei der Auslegung von Wärme- und Stoffübergangsoperationen allgemein angewendet und ist hinlänglich bekannt. Vorliegend weist die zweite Absorptionszone mindestens zwei theoretische Gleichgewichtsstufen und vorzugsweise zwischen 2 und 5 theoretische Gleichgewichtsstufen auf. In der Praxis können die erste und die zweite Absorptionszone zweckentsprechend als Mehrbodenkolonnen oder Füllkörperkolonnen von herkömmlicher Ausführung ausgelegt sein.

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Die vorliegend vorgesehene Fraktionierzone kann gleichfalls als Mehrbodenkolonne oder Füllkörperkolonne herkömmlicher Ausführung aufgebaut sein, der entsprechende Einrichtungen zugeordnet sind, um der Kolonne Sumpfdampf und Rücklaufflüssigkeit zuzuführen. Die Fraktionierzone unterscheidet sich dabei von der Absorptionszone dadurch, da8 der Fraktionierzone im oberen Teil Rücklauf flüssigkeit durch Wärmepumpen zwischen dem Sumpfverdampfer und dem oberen Abschnitt zugeführt wird, während den Absorptionszonen keine derartige Wärmepumpstufe zugeordnet ist.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand ,von bevorzugten Ausfuhrungsbeispielen naher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Fließbild eines Trennverfahrens entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung, bei der aus der Fraktionierzone gewonnenes Kohlenmonoxidkopfgas als Warmepumpfluid für den Prozeß verwendet wird,

Fig. 2 ein schematisches Fliebbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der extern zugeführtes Wärmepumpfluid in einem eine geschlossene Schleife bildenden Wärmepumpkreis umgewälzt wird, um für das erforderliche Wärmepumpen zu sorgen,

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Fig. 3 ein schematisches Fließbild einer Kühlvorrichtung zum teilweisen Kuhlen des Einsatzgasgemischs bei dem Verfahren nach Fig. 2,

Fig. 4 ein schematisches Flieiibild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei welcher das Einsatzgasgemisch mit hohem Druck zugeliefert und zwecks teilweiser Abkühlung arbeitsleistend expandiert wird,

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Wasserstoffschmutzstoff konzentration in dem Kohlenmonoxidprodukt, aufgetragen über dem Druck in der zwischen Absorptions- und Fraktionierzone liegenden Restwasserstoff-Beseitigungszone, für ein bekanntes Verfahren mit Gleichgewichts-Flashtrennung in der Zwischenzone und für ein erfindungsgemaßes Verfahren, und

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Kohlenmonoxid-Produktausbeute, aufgetragen über der Wasserstoff schmutzstoffkonzentration in dem Kohlenmonoxidprodukt, für ein bekanntes Verfahren mit einer zwischen Absorption- und Fraktionierzone liegenden Gleichgewichts-Flashtrennzone und für ein erfindungsgemäßes Verfahren.

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Fig. 1 zeigt ein schematisches Fliebbild einer Ausführungsforrn des Verfahrens nach der Erfindung. Bei der folgenden Beschreibung des Verfahrens nach Fig. 1 wird von einem Einsatzgasgemisch ausgegangen, das in einer Durchflußmenge von 1O14 kg Mol/h in die Anlage über eine Leitung 10 mit einem Druck von 14,5 bar und einer Temperatur von 283°K (1O°C) eingeführt wird und das die folgende molare Zusammensetzung hat: Wasserstoff = 79,8 %, Stickstoff = 0,2 %, Kohlenmonoxid = 15,8 % und Methan = 4,2 %.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung kann das Einsatzgas zweckmäßig einen Druck von mindestens 6,9 bar haben, um ausreichend Druck für die anschließenden Drosselungsstufen zur •Verfügung zu heben und Druckwerte von mindestens 1,38 bar und mindestens 1,O3 bar in der zweiten Absorptionszone bzw. der Fraktionierzone aufrechtzuerhalten. Ein Druck von min destens 1,38 bar in der zweiten Absorptionszone und bei der Teilverdampfung der Bodenflüssigkeit ist erwünscht, um den Gehalt an Kohlenmonoxid in dem Restwasserstoffgas zu minimieren, das aus der zweiten Absorptionszone als Kopfgas gewonnen wird, während ein Druck von mindestens 1,03 bar in der Fraktionierzone wünschenswert ist, um den mit den angeschlossenen Produktüberführungsleitungen verbundenen Druckabfall zu überwinden und eine wirkungsvolle Trennung zwischen dem Kohlenmonoxid und dem Methan in dieser Zone zu gewährleisten .

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Das in der Leitung 10 zuströmende Einsatzgasgemisch wird in einem Wärmeaustauscher 11 durch Wärmeaustausch mit anderen durch den Wärmeaustauscher hindurchtretenden Prozeßströmen teilweise gekühlt; es wird in eine Leitung 12 abgegeben. Das teilgekühlte Einsatzgasgemisch wird dann in einem Wärmeaustauscher 13 mittels des Warmepumpfluids weiter teilgekühlt auf 87,6 K, wodurch das gekühlte Einsatzgasgemisch erhalten wird, das über eine Leitung 14 in den unteren Teil einer ersten Absorptionszone 15 eingegeben wird, bei der es sich zweckentsprechend um eine Mehrbodenkolonne von herkömmlicher Ausbildung handeln kann. In der ersten Absorptionszone

15 wird das gekühlte Einsatzgasgemisch im Gegenstrom mit einer Methanwaschflüssigkeit in Kontakt gebracht, die über eine Leitung 85 in den oberen Abschnitt der Absorptionszone eingeführt wird. Als Kopfgas wird Wasserstoffgas in einer Leitung 48'gewonnen, während Methan, Kohlenmonoxid und Restwasserstoff aufweisende Bodenflüssigkeit in einer Leitung

16 anfällt. Das Kopfwasserstoffgas wird aus der Absorptionszone über die Leitung 48 mit einer Durchflußmenge von 8O7 kg Mol/h, einem Druck von 14,5 bar und einer Temperatur von 92,5°K abgezogen; es enthält 98,6 Mol % Wasserstoff, 1,4 Mol % Methan, 434 ppm Stickstoff und 7,0 ppm Kohlenmonoxid. Von der Leitung 48 aus wird das Wasserstoffkopfgas durch den Wärmeaustauscher 11 hindurchgeleitet, um für seine Teilerwärmung durch Wärmeaustausch mit dem Einsatzgasgemisch aus der Leitung 1O als Teil der obengenannten Teilkühlung des Einsatzgasgemischs zu sorgen. Das teilerwärmte

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Wasserstoffkopfgas gelangt von dem Wärmeaustauscher 11 in eine Leitung 49 und wird einem Wärmeaustauscher 5Ü zugeführt, wo es auf ungefähr Außentemperatur weiter erwärmt wird; das Gas wird dann als warmes Wasserstoffgas über eine Leitung 51 aus dem Verfahren herausgeführt.

Die Bodenflüssigkeit wird aus der ersten Absorptionszone über die Leitung 16 in einer Durchflußmenge von 1168 kg Mol/h abgeführt. Sie hat eine Temperatur von 97,7 K und enthält 85,0 Mol % Methan, 13,7 Mol % Kohlenmonoxid, 1,1 Mol % Wasserstoff und O,2 Mol % Stickstoff. Diese Bodenflüssigkeit wird in einem Drosselventil 17 auf einen Druck von 2,9O bar gedrosselt und in den oberen Abschnitt 18 einer zweiten Absorptionszone 19 eingeführt.

In der zweiten Absorptionszone wird die gedrosselte Bodenflüssigkeit der ersten Absorptionszone im Gegenstrom mit wasserstoffreichem Dampf bei einem molaren Durchflußmengenverhältnis von Flüssigkeit zu Dampf von mindestens 10 und beispielsweise 2Ό in Kontakt gebracht, um Kohlenmonoxid aus dem wasserstoffreichen Dampf mittels der gedrosselten Bodenflüssigkeit zu absorbieren, wobei Restwasserstoffgas als Kopfgas und eine an Kohlenmonoxid angereicherte Bodenflüssigkeit erhalten werden. Diese sich im unteren Abschnitt 2O der Stripperzone ansammelnde Flüssigkeit wird unter Gewinnung von Bodenflüssigkeit über eine Leitung 21 abgezogen und in einem Wärmeaustauscher 22 teilweise verdampft. Der Wärme-

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austausch wird dabei so geführt, daß ein Temperaturgradient in dem sich erwärmenden Fluid aufrechterhalten bleibt, das den Wärmeaustauscher 22 durchläuft. Die teilweise verdampfte Flüssigkeit vom Wärmeaustauscher 22 wird einer Dampf-Flüssigkeits-Phasentrennvorrichtung 23 zugeführt, von der aus die abgetrennte gasförmige Fraktion in einer Leitung 24 zu der zweiten Absorptionszone als der wasserstoff reiche Dampf für diese Zone zurückgeleitet wird. Das in der zweiten Absorptionszone anfallende Restwasserstoffgas wird über eine Leitung 88 als Kopfgas mit einer Durchflußmenge von 20,1 kg Mol/h, einem Druck von 2,90 bar und einer Temperatur von 97,7 K abgezogen; es enthält 6O,7 Mol % Wasserstoff, 3O,7 Mol % Kohlenmonoxid und 8,6 Mol % Methan. Dieses Kopfgas wird über die Leitung 88 dem Wärmeaustauscher 11 zugeführt, wo das Kopfgas durch Wärmeaustausch mit dem Einsatzgasgemisch als Teil der Einsatzgasgemisch-Teilkühlung erwärmt wird. Nach Erwärmen wird das aus der zeiten Absorptionszone gewonnene Kopfgas über eine Leitung 89 aus dem Verfahren ausgetragen; es kann beispielsweise als Brenngas mit mäßig hohem Heizwert verwendet werden.

Die in der Phasentrennvorrichtung 23 abgetrennte, erwärmte Bodenflüssigkeit wird über eine Leitung 25 als Bodenflüssigkeit der zweiten Absorptionszone mit einer Durchflußmenge von 1148 kg Mol/h und einer Temperatur von 104°K abgeführt. Sie besteht aus 86,4 Mol % Methan, 13,4 Mol % Kohlenmonoxid, O,2 Mol % Stickstoff und 257 ppm Wasserstoff. Diese Boden-

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flüssigkeit wird über die Leitung 25 geschickt, im Drosselventil 26 auf einen Druck von 1,45 bar gedrosselt und einer Fraktionierzone 27 an einer mittleren Stelle zugeleitet.

In der Fraktionierzone 27 wird die aus der zweiten Absorptionszone gewonnene Bodenflüssigkeit fraktioniert; das dabei erhaltene Kopfgas strömt über eine Leitung 32, während die Bodenflüssigkeit in eine Leitung 28 geht. Das Kopfgas wird aus der Fraktionierzone über die Leitung 32 in einer Durchflußmenge von 318 kg Mol/h bei einem Druck von 1,45 bar und einer Temperatur von 85,2°K abgezogen; es hat eine Zusammensetzung von 98,5 Mol % Kohlenmonoxid, 1,1 Mol % Stickstoff, 0,3 Mol % Methan und 928 ppm Wasserstoff. Bodenflüssigkeit wird aus der Fraktionierzone über die Leitung 28 in einer Durchflußmenge von 991 kg Mol/h bei einem Druck von 1,59 bar und einer Temperatur von 85,2⁰K abgeleitet. Sie besteht im wesentlichen aus reinem Methan, das nur 15 ppm Kohlenmonoxid enthält.

Der Rücklauf für die Fraktionierzone wird dadurch erhalten, daß flüssiges Kohlenmonoxid aus einer Leitung 34 unmittelbar in den oberen Teil der Fraktionierzone eingeführt wird. Hochsteigender Dampf für die Fraktionierzone wird durch Teilverdampfen der im unteren Ende 37 der Fraktionierzone angesammelten Bodenflüssigkeit erhalten, und zwar durch Wärmeaustausch mit dem Wärmepumpfluid, das von einer Leitung 38 aus durch eine Sumpfverdampferschlange 90 geschickt wird. Die

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Rücklauf- und Siedevorgänge, die mit der Fraktionierzone verbunden sind, werden weiter unten in Verbindung mit der Beschreibung des Wärmepumpkreises für diese Ausfuhrungsform naher erläutert.

Die aus der Fraktionierzone in der Leitung 28 gewonnene Bodenflüssigkeit wird dem Wärmeaustauscher 22 zugeführt und dort mit der Bodenflüssigkeit zum Wärmeaustausch gebracht, die aus der zweiten Absorptionszone über die Leitung 21 abgezogen wird, um für das vorstehend genannte Teilverdampfen von letzterer und das Abkühlen der Bodenflüssigkeit der Fraktionierzone zu sorgen. Die auf diese Weise gekühlte Bodenflüssigkeit der Fraktionierzone wird aus dem Wärmeaustauscher 22 über eine -Leitung 29 ausgetragen, in einer Pumpe 3O auf einen höheren Druck gebracht und aufgeteilt, wobei ein Teil der Flüssigkeit in einem Wärmeaustauscher 76 unterkühlt wird. Über eine Leitung 31 und die Leitung 85 geht der unterkühlte Flüssigkeitsstrom zu der Absorptionszone 15 und bildet die zurückgeleitete Methanwaschflüssigkeit für diese Zone. Der restliche Teil der gekühlten, gepumpten Bodenflüssigkeit der Fraktionierzone wird über eine Leitung 86 zu dem Wärmeaustauscher 11 geleitet. In dem Wärmeaustauscher 11 wird der restliche Teil unter Bildung von Produktmethangas durch Wärmeaustausch mit dem Einsatzgasgemisch erwärmt und verdampft, das von der Leitung 10 kommend den Wärmeaustauscher 11 durchläuft und dabei teilgekühlt wird. Warmes Produktmethangas wird aus dem Prozeß über eine Leitung

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87 abgeführt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 wird aus der Fraktionierzone gewonnenes Kohlenmonoxidkopfgas als Wärmepumpfluid für den Prozeß benutzt. Dieses in der Leitung 32 von der Fraktionierzone kommende Kopfgas wird in einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufgeteilt. Der zweite Teil geht über eine Leitung 52 zum Wärmeaustauscher 11, wo er durch Wärmeaustausch mit dem Einsatzgasgemisch als Teil der Kühlung des Einsatzgasgemischs erwärmt wird. Der wärmeausgetauschte zweite Teil gelangt in eine Leitung 53 und wird mit dem erwärmten kleineren Umlaufgasteil aus einer Leitung 54 vereinigt. Der kombinierte Gasstrom geht über eine Leitung 55 zu einem Kompressor 56. Im Kompressor 56 wird der kombinierte Gasstrom auf einen höheren Druck komprimiert; er wird über eine Leitung 58 abgeführt. In der Leitung 58 wird das komprimierte Gas mittels eines Wasserkühlers 57 gekühlt. Ein Teil des komprimierten und abgekühlten Gases wird in einer Leitung 59 als Kohlenmonoxidproduktgas in einer Durchflußmenge von 156 kg Mol/h bei einem Druck von 8,27 bar und einer Temperatur von 312°K abgezogen; es besteht aus 98,3 Mol % Kohlenmonoxid, 1,4 Mol % Stickstoff, 0,1 Mol % Methan und 19OO ppm Wasserstoff. Der verbleibende Teil des komprimierten und abgeschreckten Gases wird in eine Leitung 60 abgeleitet und im Wärmeaustauscher 50 durch Wärmeaustausch mit durchfließendem Produktwasserstoffgas teilgekühlt. Von dem Wärmeaustauscher 5O strömt der verbleibende Teil des kompri-

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mierten und abgeschreckten Gases über eine Leitung 61 , um in einem Wärmeaustauscher 62 durch Wärmeaustausch mit dem von einer Leitung 70 kommenden kleineren Umlaufgasteil gekühlt zu werden, wobei das letztgenannte Gas erwärmt wird. Das weiter abgekühlte Gas gelangt von dem Wärmeaustauscher 62 in eine Leitung 63; es wird dann in einen kleineren Teil für eine isentrope Expansion, der über eine Leitung 64 geht, und einen größeren Wärmepumpfluidteil aufgeteilt, der in die Leitung 4O gelangt. Der kleinere Gasteil wird in einer Expansionsmaschine 65 isentrop expandiert. Bei der Maschine 65 kann es sich zweckmäßig um eine Expansionsturbine handeln. Der expandierte kleinere Gasteil wird mit dem ersten Teil des Kopfgases aus der Fraktionierzone von der Leitung 67 vereinigt, wodurch in einer Leitung 68 der oben erwähnte kleinere Umlaufgasteil erhalten wird. Der kleinere Umlaufgasteil wird in einem Wärmeaustauscher 69 teilerwärmt und geht über die Leitung 70 an den Wärmeaustauscher 62, wo er durch Wärmsaustausch mit dem komprimierten und abgeschreckten verbleibenden Gasteil weiter erwärmt wird. Das Gas gelangt dann in die Leitung 54. Der von der Leitung 54 kommende, erwärmte, kleinere Umlaufgasteil wird mit dem wärmeausgetauschten zweiten Kopfgasteil aus der Leitung 53 vereinigt, um zusammen mit diesem im Kompressor 56 komprimiert zu werden .

Der größere Wärmepumpfluidteil in der Leitung 40 wird in zwei Teile aufgeteilt. Ein Teil geht über die Leitung 38 an

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die Sumpfverdampferschlange 90, wo der eine Teil zwecks Kondensation gekühlt wird. Dabei wird eine gekühlte Flüssigkeit durch Wärmeaustausch mit Bodenflüssigkeit der Fraktionierzone gebildet; letztere wird verdampft, um Rücksiededampf für die Fraktionierzone zu gewinnen. Der eine gekühlte flüssige Teil geht dann von der Sumpfverdampferschlange 9O über eine Leitung 39 an einen Wärmeaustauscher 72, wo die Flüssigkeit durch Wärmeaustausch mit dem kleineren Umlaufgasteil unterkühlt wird, der von der Leitung 68 kommt. Dabei wird das letztgenannte Gas erwärmt. Der andere Teil des größeren Wärmepumpfluidteils geht in eine Leitung 41 und wird mittels eines in dieser Leitung liegenden Drosselventils 42 auf einen niedrigen Druck gedrosselt. Der unterkühlte eine Flüssigkeitsteil, der aus dem Wärmeaustauscher 72 über eine Leitung 73 abgezogen wird, wird dann mit dem gedrosselten anderen Teil aus der Leitung 41 vereinigt, um in einer Leitung 74 ein Wärmepump-Gas/Flüssigkeits-Gemisch zu bilden. Das Wärmepump-Gas/Flüssigkeits-Gemisch wird mittels eines Drosselventils 75 auf einen niedrigeren Druck gedrosselt und in dem Wärmeaustauscher 76 erwärmt, wobei eine erste gasförmige Fraktion und eine erste flüssige Fraktion durch Wärmeaustausch mit dem zurückgeleiteten Teil der Bodenflüssigkeit von der Fraktionierzone erhalten werden, die über eine Leitung 29 in den Wärmeaustauscher 76 eintritt. Bei diesem Wärmeaustausch wird, wie oben erläutert, der zurückgeleitete Teil der Bodenflüssigkeit der Fraktionierzone unterkühlt.

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Die erste gasförmige Fraktion des Wärmepump-Gas/Flüssigkeitsgemischs wird in dem Wärmeaustauscher 76 von der ersten flüssigen Fraktion abgetrennt, wobei die erste gasförmige Fraktion über die Leitung 77 abgezogen wird, während die erste flüssige Fraktion über eine Leitung 78 abgezogen wird. Die abgetrennte erste flüssige Fraktion des Wärmepump-Gas/Flüssigkeits-Gemischs wird dann mittels eines Drosselventils 79 in der Leitung 78 auf einen noch niedrigeren Wert gedrosselt und im Wärmeaustauscher 13 erwärmt, wobei eine zweite gasförmige Fraktion und eine zweite flüssige Fraktion erhalten werden. Diese Erwärmung erfolgt im Wärmeaustauscher 13 durch Wärmeaustausch mit dem in die Leitung 12 eintretenden Einsatzgasgemisch als letzter Teil der Kühlung dieses Gemischs. Die zweite gasförmige Fraktion des Wärmepump-Gas/ Flüssigkeits-Gemischs aus der ersten flüssigen Fraktion wird im Wärmeaustauscher 13 von der zweiten flüssigen Fraktion abgetrennt, wobei die zweite gasförmige Fraktion über eine Leitung 71 und die zweite flüssige Fraktion über die Leitung 34 abgezogen wird. Die zweite flüssige Fraktion wird dann mittels eines in der Leitung 34 liegenden Drosselventils 35 gedrosselt und als Rücklauf flüssigkeit unmittelbar in das obere Ende 33 der Fraktionierzone 27 eingegeben. Auf diese Weise wird die zweite flüssige Fraktio.n mit dem Kopfgas der Fraktionierzone in Wärmeaustausch gebracht, um für eine Rücklaufkühlung für die Fraktionierzone zu sorgen. Die zweite gasförmige Fraktion in der Leitung 71 und die erste gasförmige Fraktion von der Leitung 77 werden dann mit dem

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kleineren Umlaufgasteil in der Leitung 68 vereinigt.

Bei dem in Fig. 1 veranschaulichten System sind der ersten Absorptionszone und der Fraktionierzone gesonderte Regelanordnungen zugeordnet, um den Prozeß auf einen Zustand einzustellen, bei dem die Durchflußmenge des zugeleiteten Einsatzgasgemischs vermindert ist. Das der ersten Absorptionszone zugeordnete Regelsystem weist einen Durchflußmengensensor 80 auf, der die Durchflußmenge des über die Leitung 12 in die erste Absorptionszone eingeführten Einsatzgasgemischs erfaßt. Der Durchflußmengenmeßwert des Sensors 8O wird in ein übertragbares Signal umgewandelt, das über eine Signalleitung 81 an einen Regler 82 geht, der seinerseits über eine Regelsignalleitung 83 mit einem zweckentsprechenden Ventilstellglied, beispielsweise einem konventionellen elektrischen oder elektropneumatischen Stellglied, für ein Durchflußmengenregelventil 84 in der Leitung 85 für die zurückgeleitete Methanwaschflüssigkeit gekoppelt ist. Im Betrieb wird die Durchflußmenge der zu der Absorptionszone zurückgeführten Methanwaschflüssigkeit mit Hilfe des Regelsignals so eingestellt, daß ein vorbestimmtes Verhältnis zwischen der Durchflußmenge der zurückgeleiteten Methanwaschflüssigkeit und der Durchflußmenge des in die erste Absorptionszone eingeführten Einsatzgasgemischs aufrechterhalten bleibt. Auf diese Weise wirkt sich die Einstellung der Durchflußmengen der in die erste Absorptionszone eingeleiteten Ströme in der zweiten Absorptionszone aus, in die vermin-

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derte Mengen an gedrosselter Bodenflüssigkeit von der ersten Absorptionszone und an wasserstoff reichem Dampf gelangen .

Im Falle des Regelsystems der Fraktionierzone wird die Temperatur der Fraktionierzone an einer in deren unterem Teil sitzenden Stelle mittels eines Temperatursensors 43 erfaßt, der den Temperaturmeßwert an einen Regler 44 gibt. Der Regler 44 wandelt seinerseits den Temperaturmeßwert in ein übertragbares Signal um, das über eine Signalleitung 46 an ein Ventilstellglied 47 geht. Das Ventilstellglied 47 öffnet oder schließt dann das Ventil 42 in der Leitung 41 in größerem oder kleinerem Umfang, um den Anteil des größeren WarmepumpfluidteiIs einzustellen, der als der andere Teil dieses Fluids abgetrennt wird. An Hand des übertragenen Signals wird auf diese Weise eine vorbestimmte Temperatur im unteren Teil der Fraktionierzone aufrechterhalten. Das Stromregel ventil 42 wird verstellt, um für eine erhöhte Ableitmenge entsprechend dem Signal des Temperaturreglers 44 zu sorgen, wodurch die Verdampfung in der Fraktionierzone in Abhängigkeit von den reduzierten Einsatzgasgemisch-Durchflußmengenbedingungen herabgesetzt wird und eine geeignete Fraktionierzonenbodentemperatur aufrechterhalten wird.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der extern zugeführtes Warmepumpfluid in einem geschlossenen Wärmepumpkreis umgewälzt wird, um für das Wärmepumpen

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fur den Prozeß zu sorgen. Bei dieser Ausführungsform wird das umfängliche Umwälzen von Kohlenmonoxidkopfgas aus der Fraktionierzone als ProzeSwarmepumpfluid entsprechend dem System nach Fig. 1 vermieden, was in manchen Fällen auf Grund des toxischen Charakters von Kohlenmonoxid erwünscht sein kann. Das Fließschema der Fig. 2 ist mit vergleichbaren Bezugszeichen wie die Fig. 1 versehen, wobei lediglich zu den Bezugszeichen der Fig. 1 jeweils 1OO addiert ist, um die entsprechenden Systemelemente der Anordnung nach Fig. 2 zu bezeichnen.

Die Verfahrensführung gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der in Fig. 1 veranschaulichten dadurch, daß das über die Leitung 110 ankommende Einsatzgasgemisch zunächst in der Sumpfverdampferschlange 122 gekühlt wird, die im unteren Teil der zweiten Absorptionszone 119 angeordnet ist, worauf es über Leitungen 11Oa und 11Ob dem ersten Wärmeaustauscher 111 zugeführt wird. Bei dieser Auslegung wird das von dem zweiten Wärmeaustauscher 113 über die Leitung 114 abgezogene gekühlte Einsatzgas in einer Kühlvorrichtung 191 weiter gekühlt, wodurch ein weiter gekühltes Einsatzgasgemisch erhalten wird, das über eine Leitung 192 zu der ersten Absorptionszone geht, ferner ein Umlaufteil des Einsatzgasgemischs, der über eine Leitung 199 zu der Einsatzgasgemisch-Zuleitung 110 stromaufwärts von dem ersten Wärmeaustauscher 111 umgewälzt wird, sowie ein im wesentlichen reiner Kohlenmonoxidstrom, der über eine Leitung 193 der Fraktionierzone

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127 zugeführt wird. Die Kuhlvorrichtung 191 ist weiter unten naher erläutert. Bei der Anordnung nach Fig. 2 strömt die in der Leitung 128 gewonnene Bodenflussigkeit der Fraktionierzone unmittelbar zur Pumpe 130. Auf diese Weise wird das Einsatzgasgemisch als Wärmequelle für die Verdampfungserwärmung der Bodenflüssigkeit der zweiten Absorptionszone benutzt.
In entsprechender Weise kann statt dessen die Wärmeenergie
des Einsatzgasgemischs ausgenutzt werden, um den Verdampfungsvorgang in der Fraktionierzone zu unterhalten. In jedem Fall bleibt die Kaitebelastung des Gesamtprozesses unbeeinflußt, weil der Prozeßwärmebedarf durch Wärmeaustausch mit prozeßinternen Strömen gedeckt wird.

Was den Kältekreis der Ausführungsform nach Fig. 2 anbelangt, wird das extern zugeführte Wärmepumpfluid, das die Leitung
155 als Gas durchströmt, in einem Kompressor 156 komprimiert und in eine Leitung 158 abgegeben, wo das komprimierte Wärmepumpf luid in einem Wasserkühler 157 abgeschreckt wird. Das komprimierte und abgeschreckte Wärmepumpfluid wird im Wärmeaustauscher 150 durch Wärmeaustausch mit Wasserstoffproduktgas teilgekühlt, das den Wärmeaustauscher von der Leitung
149 kommend durchströmt und dort abschließend erwärmt wird. Teilgekühltes Kältefluid verläßt den Wärmeaustauscher 150
über eine Leitung 161, wird in einem Wärmeaustauscher 162 zusätzlich gekühlt und geht als gekühltes und komprimiertes
Wärmepumpfluid in eine Leitung 163. Von der Leitung 163 kommend wird das Wärmepumpfluid in einen kleineren Teil für

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isentrope Expansion in einer Leitung 164 und einen größeren Wärmepumpfluidteil in der Leitung 140 aufgeteilt. Der kleinere Wärmepumpfluidteil wird in einer Expansionsmaschine expandiert und in eine Leitung 168 ausgetragen. Das in die Leitung 168 abgegebene Fluid wird mit dem umgewälzten, wiedervergasten Kälteträger fluid von einer Leitung 171 vereinigt, in einem Wärmeaustauscher 169 erwärmt, über eine Leitung 170 von dort abgeführt, im Wärmeaustauscher 162 weitererwärmt und über die Leitung 155 dem Kompressor 156 als Prozeßkältemittel zugeleitet.

Der größere Wärmepumpfluidteil in der Leitung 140 wird in zwei Teile aufgeteilt, von denen der eine über eine Leitung 138 und der andere über eine Leitung 141 geht. Der eine Teil in der Leitung 138 wird unter Kondensation und Bildung einer gekühlten Flüssigkeit in einer Verdampferschlange 19O durch Wärmeaustausch mit Bodenflüssigkeit der Fraktionierzone im unteren Ende 137 der Fraktionierzone 127 gekühlt, wobei die Bodenflüssigkeit verdampft wird und der aufsteigende Dampf für die Fraktionierzone gebildet wird. Die gekühlte Flüssigkeit wird aus der Verdampferschlange 190 in ein· Leitung 139 ausgetragen und einem Wärmeaustauscher 172 zuge leitet, wo der gekühlte eine Flüssigkeitsteil durch Wärmeaustausch mit .dem isentrop expandierten kleineren Teil des Wärmepumpfluids von der Leitung 168 unterkühlt wird, wobei letzterer in der oben erläuterten Weise erwärmt wird. Der andere Teil des zweiten Kälteträgergasteils in der Leitung

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141 wird mittels eines Drosselventils 142 gedrosselt und mit dem unterkühlten einen Flüssigkeitsteil zusammengefaßt, der vom Wärmeaustauscher 172 in eine Leitung 173 geht, um in der Leitung 174 ein Wärmepump-Gas/Flüssigkeitsgemisch zu bilden. Das Gas/Flüssigkeitsgemisch wird mittels eines in der Leitung 174 liegenden Drosselventils 175 auf einen niedrigeren Druck gedrosselt und einem Wärmeaustauscher 176 zugeführt, wo es unter Bildung einer ersten gasförmigen Fraktion und einer ersten flüssigen Fraktion durch Wärmeaustausch mit einem Teil der Bodenflüssigkeit aus der Fraktionierzone erwärmt wird, der über eine Leitung 129 in den Wärmeaustauscher 176 eintritt. Im Wärmeaustauscher 176 wird der zurückgeführte Teil der Bodenflüssigkeit der Fraktionierzone unterkühlt und dann an eine Leitung 131 abgegeben. In dem Wärmeaustauscher wird die erste gasförmige Fraktion von der ersten flüssigen Fraktion getrennt. Die erste gasförmige Fraktion wird über eine Leitung 177 abgezogen, während die erste flüssige Fraktion über eine Leitung 178 abgeführt wird. Die abgetrennte erste flüssige Fraktion in der Leitung 178 wird dann mittels eines Drosselventils 179 auf einen noch niedrigeren Druck gedrosselt und geht an den Wärmeaustauscher 113. Im Wärmeaustauscher 113 wird die gedrosselte Flüssigkeit unter Bildung einer zweiten gasförmigen Fraktion und einer zweiten flüssigen Fraktion durch Wärmeaustausch mit dem aus der Leitung 112 kommenden Einsatzgasgemisch erwärmt, wobei letzteres teilgekühlt wird. Die zweite gasförmige Fraktion wird im Wärmeaustauscher 113 von der

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zweiten flüssigen Fraktion abgetrennt. Die zweite gasförmige Fraktion wird über eine Leitung 134 abgezogen. Die abgetrennte zweite flüssige Fraktion geht über die Leitung 134 zu dem Rücklaufkondensator 194 der Fraktionierzone und wird dort durch Wärmeaustausch mit dem Kopfdampf verdampft, der aus der Fraktionierzone 127 abgezogen und dem Rücklaufkondensator 194 über eine Leitung 132 zugeführt wird. Durch diesen Wärmeaustausch sorgt das externe Kältemittel für eine Rücklaufkühlung für die Fraktionierzone, wobei Fraktionierzonendampf unter Bildung eines Gas/Flüssigkeits-Rücklaufgemischs teilkondensiert wird, das dann aus dem Kondensator über eine Leitung 196 abgeführt und einer Rücklaufphasentrennvorrichtung 197 zugeleitet wird. In der Rücklaufphasentrennvorrichtung wird das gekühlte Gas von der kondensierten Rucklaufflüssigkeit getrennt und in die Leitung 152 als das aus der Fraktionierzone gewonnene Kopfgas ausgetragen. Dieses Kopfgas wird dann durch den Wärmeaustauscher 111 hindurchgeleitet, um es durch Wärmeaustausch mit dem Einsatzgasgemisch zu erwärmen, das in den Wärmeaustauscher 111 über die Leitung 110 eintritt und teilgekühlt wird. Das erwärmte Kopfgas wird dann aus dem Prozeßsystem über eine Leitung 153 als Kohlenmonoxidprodukt ausgetragen. In der Phasentrennvorrichtung 197 kondensierte Flüssigkeit wird in einer Leitung 198 zu der Fraktionierzone als Rücklauf flüssigkeit zurückgeführt.

Aus dem Wärmeaustauscher 194 wird die verdampfte zweite

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flüssige Fraktion des externen Kältemittels über eine Leitung 195 abgezogen. Die zweite gasförmige Fraktion in der Leitung 171 wird mit der ersten gasförmigen Fraktion aus der Leitung 177 und der verdampften zweiten flüssigen Fraktion aus der Leitung 195 vereinigt. Der in der Leitung 171 erhaltene kombinierte Strom wird dann seinerseits mit dem isentrop expandierten kleineren Wärmepumpfluidteil vereinigt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist eine Fraktionierzonen-Temperaturregelvorrichtung vorgesehen, die es erlaubt, die Menge der von dem Wärmepumpfluid in der Verdampferschlange 190 übertragenen Wärme durch Betätigen des Nebenschluß-Drosselventils 142 einzustellen, wodurch die Verdampfungsrate und die Bodenflüssigkeitstemperatur der Fraktionierzone und damit die Zusammensetzung der aus dieser Zone gewonnenen Kopfgas- und Bodenflüssigkeitsströme geändert werden können. Diese Teilumgehung der Verdampferschlange der Fraktionierzone bildet ein wirkungsvolles Mittel^ztff Einstellung der Reinheit des Kohlenmonoxidprodukts. Sie kann in Verbindung mit oder als Ersatz für die Einstellung 4mr- Arbeitstemperatur der zweiten Absorptionszone vorgesehen werden .

Das im Falle der Ausführungsform nach Fig. 2 extern zugeführte Wärmepumpfluid ist vorzugsweise ein Fluid mit einem normalen Siedepunkt von weniger als ungefähr -178°C. Geeignet sind beispielsweise Helium, Argon, Kohlenmonoxid, Stick-

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stoff, Deuterium, Luft, Sauerstoff und Fluor in im wesentlichen reiner Form. In der Praxis wird vorzugsweise mit Stickstoff gearbeitet.

Fig. 3 zeigt ein schematisches Fließbild der Kühlvorrichtung 191 für das Teilkühlen des Einsatzgasgemischs bei der Anordnung nach Fig. 2. Bei dieser Ausführungsform wird das Einsatzgasgemisch zunächst in den Wärmeaustauschern 122, 111 und 113 teilgekühlt, um eine erste Einsatzflüssigkeitsfraktion auszukondensieren. Dieser teilweise kondensierte Einsatzgasstrom wird aus dem Wärmeaustauscher 113 über die Leitung 114 abgezogen und in der Kühlvorrichtung 191 gemäß Fig. 3 der Phasentrennvorrichtung 2CXD zugeführt. In der Phasentrennvorrichtung wird die erste Einsatzflüssigkeitsfraktion von dem nichtkondensierten ersten teilgekühlten Einsatzgasgemisch abgetrennt; das abgetrennte, nichtkondensierte, erste gekühlte Einsatzgasgemisch wird aus der Phasentrennvorrichtung 200 über eine Leitung 2o2 abgezogen, während die erste Einsatzflüssigkeitsfraktion von dort über «in« Leitung 201 abgeführt wird. Das nichtkondensierte, erste teilgekühlte Einsatzgasgemisch in der Leitung 202 wird durch einen Wärmeaustauscher 203 hindurchgeleitet, um dort eine zweite Teilkühlung zu erfahren und eine zweite Einsatzflüssigkeitsfraktion auszukondensieren; das Gemisch geht dann an eine Phasentrennvorrichtung 204. In der Phasentrennvorrichtung 204 wird die zweite EinsqtzflUssigkeitsfraktion von dem nichtkondensierten zweiten teilgekühlten Einsatzgasgemisch abge-

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trennt. Letzteres wird aus der Trennvorrichtung über die
Leitung 192 abgeführt und der ersten Absorptionszone als gekühltes Einsatzgasgemisch zugeleitet.

Die abgetrennte zweite Einsatzflüssigkeitsfraktion wird aus der Phasentrennvorrichtung 204 über eine Leitung 205 abgezogen und mittels eines Drosselventils 2O6 auf den Druck der Fraktionierzone gedrosselt. Die gedrosselte zweite Einsatzflüssigkeitsfraktion wird dann mit der ersten Einsatzflüssigkeitsfraktion vereinigt, die mittels eines in der Leitung 201 liegenden Drosselventils 2O7 gleichfalls auf den Arbeitsdruck der Fraktionierzone gedrosselt wird. Der in einer Leitung 2O8 erhaltene kombinierte Einsatzflüssigkeitsstrom wird dann zwecks Teilverdampfung im Wärmeaustauscher 203 durch
Wärmeaustausch mit dem nichtkondensierten, ersten teilgekühlten Einsatzgasgemisch erwärmt, das in den Wärmeaustauscher
203 über die Leitung 2O2 einströmt und dort die zweite Teilkühlung erfährt.

Die teil verdampf te kombinierte Einsatzflüssigkeit wird dann in einer Leitung 208a einer Phasentrennvorrichtung 209 zugeführt, wo der dampfförmige Teil von dem flüssigen Teil abgetrennt wird. Der abgetrennte dampfförmige Teil wird aus der Phasentrennvorrichtung über die Leitung 199 abgezogen und zu dem Einlaßende der Anlage zurückgeleitet, wo er mit dem eingeführten Einsatzgasgemisch in der Leitung 110 vereinigt
wird. Der abgetrennte flüssige Teil, der im wesentlichen

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aus reinem Kohlenmonoxid besteht, verläßt die Phasentrennvorrichtung 209 über die Leitung 193 und wird der Fraktipnierzone zugeführt, um die Kohlenmonoxidreinheit in dem Kopfgas zu verbessern, das aus dieser Zone gewonnen wird.

Die beschriebene Kühlvorrichtung wird vorzugsweise benutzt, wenn das dem Trennprozeß zugeführte Einsatzgasgemisch eine hohe Konzentration an Kohlenmonoxid hat, beispielsweise mindestens 50 Mol % Kohlenmonoxid in dem nichtkondensierten, ersten teilgekühlten Einsatzgasgemisch, d. h. der Dampfphase des Einsatzgasgemischs in der Leitung 114. Der Grund für die vorzugsweise Verwendung der oben erläuterten Kühlvorrichtung bei solchen Einsatzgasbedingungen liegt darin, daß beim Trennen von Einsatzgas mit hohem Kohlenmonoxidgehalt übermäßige Temperatureffekte in der Absorptionszone auf Grund der Lösungswärme von Kohlenmonoxid auftreten können, was zu einem Anstieg des Partialdrucks von Kohlenmonoxid und Methan in der ersten Absorptionszone führt, und von dort ein Wasserstoffkopfgasprodukt gewonnen wird, das einen relativ hohen Kohlenmonoxid- und Methangehalt hat.

Wegen der vorstehend genannten Wärmeeffekte in der ersten Absorptionszone bei Anwendung des Verfahrens auf Einsatzgasgemische mit hohen Kohlenmonoxidkonzentrationen, kann es auch zweckmäßig sein,bei einem Gehalt des Einsatzgasgemischs von mindestens 3O Mol % Kohlenmonoxid für eine interne Kühlung in der ersten Absorptionszone zu sorgen, beispielsweise

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durch Kühlung zwischen den aufeinanderfolgenden Platten einer Mehrplatten-Kolonnenabsorptionszone, wobei der Flüssigkeitsüberlauf von einer Platte gekühlt wird, bevor er auf die nächst niedrigere Platte gegeben wird. Durch die interne Kühlung wird auf diese Weise die Lösungswärme von Kohlenmonoxid in der Methanwaschflüssigkeit beseitigt, die erzeugt wird, wenn das gekühlte Einsatzgasgemisch mit dem flüssigen Methan in Kontakt gebracht wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Einsatzgasgemisch vorzugsweise auf eine Temperatur von mindestens -150 C (123°K) gekühlt. Bei einer solchen Temperatur ist für eine Kühlung durch internes Kühlen des Einsatzgasgemischs in der ersten Absorptionszone gesorgt; diese Temperaturgrenze stellt eine maximale Trennleistung in den Absorptions- und Fraktionier'zonen sicher, so daß hohe Reinheitswerte und hohe Ausbeuten für die gewonnenen Wasserstoff- und Kohlenmonoxidproduktströme erzielt werden.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der eine interne Kältezufuhr in der ersten Absorptionszone vorgesehen ist, was besonders günstig für das Trennen von Einsatzgasgemischen ist, die in das Prozeßsystem mit verhältnismäßig hohen Drücken, beispielsweise mindestens 13,8 bar, eingebracht werden. Bei dieser Ausführungsform tritt das Einsatzgasgemisch in di· Anlag· Über eine Leitung 210 ein; es wird im Wärmeaustauscher 211 teilgekühlt, um eine Einsatzflüssig-

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keitsfreaktion auszukondensieren. Das teilgekühlt· und kondensierte Einsatzgasgemisch gelangt vom Wärmeaustauscher 211 über eine Leitung 212 zu einer Phasentrennvorrichtung 291. In der Phasentrennvorrichtung wird die Einsatzflüssigkeitsfraktion von dem nichtkondensierten, teilgekühlten Einsatzgasgemisch abgetrennt. Letzteres wird aus der Trennvorrichtung über eine Leitung 292 abgezogen und in einer Expansionsvorrichtung 294 auf einen niedrigeren Druck arbeitsleistend expandiert, um es als letzte Stufe der Kühlung des Einsatzgasgemischs zu kühlen, das dann über eine Leitung 214 an die erste Absorptionszone 215 geht.

Die abgetrennte Einsatzflüssigkeitsfraktion wird aus der Phasentrennvorrichtung 291 über eine Leitung 293 abgeführt und mit der Bodenflüssigkeit aus der Absorptionszone in der Leitung 216 vereinigt, die mittels eines Drosselventils 217 gedrosselt worden war. Der kombinierte Strom wird dann dem oberen Abschnitt 218 einer zweiten Absorptionszone 219 zugeleitet. Wasserstoffkopfgas wird aus der ersten Absorptionszone 215 in einer Leitung 248 gewonnen, durch Wärmeaustausch mit dem Einsatzgasgemisch im Wärmeaustauscher 211 erwärmt und aus der Anlage über eine Leitung 249 abgeführt. In entsprechender Weise wird das Restwasserstoffgas, das als Kopfgas aus der zweiten Absorptionszon· 219 in einer Leitung 288 gewonnen wird, mit dem Einsatzgasgemisch im Wärmeaustauscher 211 in Wärmeaustausch gebracht und aus der Anlag· über eine Leitung 289 abgeführt.

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Die im unteren Ende 220 der zweiten Absorptionszone 219 gebildete Bodenflüssigkeit wird über eine Leitung 221 abgezogen und in einem Wärmeaustauscher 222 teilweise verdampft, wodurch eine gasförmige Fraktion der Bodenflüssigkeit gebildet wird, die Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthält. Es ist hervorzuheben, daß bei dem vorliegenden Verfahren Wasserstoff in der zweiten Absorptionszone nicht gestrippt oder erschöpft wird, sondern vielmehr in dem Verdampfungserwärmungsvorgang beseitigt wird. In der zweiten Absorptionszone wird daher Kohlenmonoxid aus dem wasserstoff reichen Dampf entfernt, so daß der Dampf an Kohlenmonoxid verarmt, während der Dampf durch die zweite Absorptionszone beim Inkontaktbringen in dieser Zone hochsteigt.

Die gasförmige Fraktion der teilverdampften Bodenflüssigkeit vom Wärmeaustauscher 222 wird von der erwärmten Bodenflüssigkeit abgetrennt und zu der zweiten Absorptionszone über eine Leitung 224 als der wasserstoff reiche Dampf für diese Zone zurückgeführt. Die erwärmte Bodenflüssigkeit wird in einer Leitung 225 abgezogen und in die Fraktionierzone 227 eingebracht. Die aus der Fraktionierzone gewonnene Bodenflüssigkeit in der Leitung 228 wird in dem Wärmeaustauscher 222 gekühlt, indem sie im Gegenstrom in Wärmeaustausch mit der Bodenflüssigkeit gebracht wird, die aus der zweiten Absorptionszone abgezogen wird. Ein Teil der Flüssigkeit wird dann über die Leitung 224 zu der Absorptionszone als die Methanwaschflüssigkeit für diese Zone zurückgeführt. Der

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restliche Teil der Flüssigkeit wird über eine Leitung 3CXD abgeleitet, im Wärmeaustauscher 211 erwärmt und verdampft sowie als Produktmethangas über eine Leitung 301 ausgetragen.

Das aus Kohlenmonoxid bestehende Kopfgas, das aus der Fraktionierzone in einer Leitung 232 gewonnen wird, wird im Wärmeaustauscher 211 erwärmt, strömt durch eine Leitung 312 und wird mit dem Rücklaufstrom in einer Leitung 311 vereinigt, um einen kombinierten Strom in einer Leitung 313 zu erhalten. Der kombinierte Strom wird in einem Kompressor 256 komprimiert und in einem Wasserkühler 257 abgeschreckt. Ein Teil des komprimierten und abgeschreckten Gases wird als Kohlenmonoxidprodukt über eine Leitung 259 abgezogen, während der Rest in einer Leitung 260 zu einem Wärmeaustauscher 309 geht, um dort gekühlt und in eine Leitung 310 ausgetragen zu werden. Von der Leitung 310 kommend wird das komprimierte und gekühlte Gas in einen kleineren Teil für isentrope Expansion in einer Leitung 3O3 und einen größeren Wärmepumpfluidtei1 in einer Leitung 302 aufgeteilt. Der kleinere Teil wird in einer Turbine 304 isentrop expandiert und in eine Leitung 305 ausgetragen, in einem Wärmeaustauscher 306 erwärmt, über eine Leitung 308 zum weiteren Erwärmen dem Wärmeaustauscher 309 zugeführt und schließlich über die Leitung 311 zur Kompressoreinlaßleitung 313 gebracht. Der größere Wärmepumpfluidteil in der Leitung 302 geht an die Verdampferschlange 290 der Fraktionierzone. In der Ver-

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dampferschlange wird der Kohlenmonoxid-Wärmepumpstrom gekühlt und kondensiert; die erhaltene Wärmepumpflüssigkeit geht über eine Leitung 307 an den Wärmeaustauscher 306, um dort gekühlt zu werden; vom Wärmeaustauscher 306 wird die Flüssigkeit über eine Leitung 239 zu der Einlaßkühlsammelleitung 239a der Absorptionszone 215 geleitet, wobei sie in der Leitung 239 mittels eines Drosselventils 320 gedrosselt wird. Von der Einlaßkühlsammelleitung gelangt das Kohlenmonoxid-Wärmepumpfluid durch die Kühlschlangen 239b, 239c und 239d, die in der Absorptionszone angeordnet sind, um für eine interne Kühlung der Zone zu sorgen. Das Wärmepumpfluid kehrt dann zu der Auslaßkühlsammelleitung 234a zurück. Von der Auslaßkühlsammelleitung aus wird die erwärmte Kohlenmonoxidflüssigkeit durch die Leitung 234 geführt, mittels eines in dieser Leitung liegenden Drosselventils 235 gedrosselt und in das obere Ende der Fraktionierzone 227 als Rücklaufflüssigkeit eingebracht, um für eine Rücklaufkühlung für die Fraktionierzone zu sorgen.

f.

Fig. 5 zeigt eine graphische Darstellung der Wasserstoffverunreinigungskonzentration im Kohlenmonoxidprodukt, aufgetragen über dem Arbeitsdruck der Restwasserstoffbeseitigungszone, die zwischen der Absorptions- und der Fraktionierzone liegt, für ein bekanntes Verfahren (Kurve A) unter Verwendung einer Gleichgewichts-Flashtrennung als Zwischenzone, sowie für ein erfindungsgemäßes Verfahren (Kurve B), wo für eine zweite Absorption und eine Gegenstrom-Wärmeaustausch-

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Teilverdampfung gesorgt werden. Die graphische Darstellung basiert auf Anlagen, die mit einem Fraktionierzonenkopfdruck von 1,38 bar mit einem Einsatzgasgemischdruck von 13,8 bar und einer molaren Einsatzgaszusammensetzung von 79,8 % Wasserstoff, 15,8 % Kohlenmonoxid, 4,2 % Methan und O,2 % Stickstoff arbeiten. Fig. 5 läßt erkennen, daß das Verfahren nach der Erfindung in der Lage ist, ein Kohlenmonoxidprodukt mit wesentlich höherer Reinheit, d. h. kleineren Wasserstoffverunreinigungskonzentrationen, als das bekannte Verfahren zu liefern. Bei dem vorstehend genannten Einsatzgasgemisch kann unter Verwendung des bekannten Verfahrens nur ein Kohlenmonoxid mit 34CX) ppm Wasserstoff erhalten werden, wenn die Gleichgewichts-Flüssigkeits/Dampf-Trennvorrichtung mit einem Mindestdruck von 1,38 bar betrieben wird. Bei einem Druck von 2,01 bar in der der Beseitigung von Restwasserstoff dienenden Zone liefert das bekannte Verfahren ein Kohlenmonoxidprodukt mit ungefähr 70OO ppm Wasserstoff, während bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bei dem gleichen Arbeitsdruck in der zweiten Absorptionezone das erhalten· Produkt Wasserstoff· verunreinigungen von nur ungefähr 1000 ppm enthält.

Fig. 6 zeigt eine graphische Darstellung der Kohlenmonoxid-Produktausbeute, aufgetragen über der Wasserstoffverunreinigungskonzentra-tion im Kohlenmonoxidprodukt, für ein bekanntes Verfahren mit einer Gleichgewichts-Flashtrennzon· zwischen Absorptions- und Fraktionierzone (Kurve O) und für ein erfindungsgemäßes Verfahren (Kurven M und N). Die Kurve M

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gilt für eine Ausführungsform, bei der eine zweite Absorptionszone mit drei theoretischen Gleichgewichtsstufen vorgesehen ist, wahrend die Kurve N eine zweite Absorptionszone mit zwei theoretischen Gleichgewichtsstufen repräsentiert. Fig. 6 läßt eine wesentliche Verbesserung der Kohlenmonoxidausbeute des Verfahrens nach der Erfindung gegenüber dem bekannten Verfahren erkennen. So sind Ausbeuten von mehr als 96 % bei Produktreinheitswerten von weniger als 2OOO ppm im Falle des Verfahrens nach der Erfindung erzielbar. Im Gegensatz dazu verschlechtert sich die Ausbeute bei dem bekannten Verfahren rasch bei Produktreinheiten mit weniger als 5000 ppm Wasserstoff. Dabei wird eine Ausbeute von nur 89 % bei dem Grenzwert des Arbeitsdrucks von 1,38 bar in der Gleichgewichts-Flashtrennzone entsprechend dem Punkt Y der Kurve O erzielt.

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Leerseite

Claims

27?Γ»253 Ansprüche

1. Verfahren zum Trennen eines Einsatzgasgemischs, das Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan enthält, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) das Einsatzgasgemisch gekühlt wird;

(b) das gekühlte Einsatzgasgemisch mit einer Methanwaschflüssigkeit in einer ersten Absorptionszone im Gegenstrom in Kontakt gebracht wird, wobei Wasserstoffgas als Kopfgas und eine Bodenflüssigkeit gewonnen werden, die Methan, Kohlenmonoxid und restlichen Wasserstoff enthält;

(c) die Bodenflüssigkeit aus der ersten Absorptionszone auf einen niedrigeren Druck gedrosselt wird;

(d) die gedrosselte Bodenflüssigkeit in einer zweiten Absorptionszone im Gegenstrom mit wasserstoff reichem Dampf in Kontakt gebracht wird, um mittels der gedrosselten Bodenflüssigkeit Kohlenmonoxid aus dem wasserstoff reichen Dampf zu absorbieren, wobei Restwasserstoffgas als Kopfgas und eine mit Kohlenmonoxid angereicherte Bodenflüssigkeit gewonnen werden, und die Bodenflüssigkeit der zweiten Absorptionszone erwärmt wird, wobei aus dieser Bodenflüssigkeit eine Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltende, gasförmige Fraktion abgedampft wird, die den wasserstoffreichen Dampf für die zweite Absorptionszone bildet;

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ORIGINAL INSPECTED

(e) die aus der zweiten Absorptionszone gewonnene Bodenflüssigkeit in einer Fraktionierzone unter Gewinnung eines Kohlenmonoxid enthaltenden Kopfgases und einer Methan enthaltenden Bodenflüssigkeit fraktioniert
wird; und

(f) mindestens ein Teil der aus der Fraktionierzone gewonnenen Bodenflüssigkeit zu der ersten Absorptionszone als die Methanwaschflüssigkeit für diese Zone
zurückgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Verdampfungserwärmung der Bodenflüssigkeit der zweiten Absorptionszone innerhalb der zweiten Absorptionszone durch einen indirekten Wärmeaustausch der Bodenflüssigkeit mit einem Verfahrensfluidstrom erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Bodenflüssigkeit aus der zweiten Absorptionszone zum Erwärmen im Verfahrensschritt (d) abgezogen wird, um eine Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltende gasförmige
Fraktion abzudampfen, und die verdampfte gasförmige Fraktion von der erwärmten Bodenflüssigkeit getrennt und der zweiten Absorptionszone als der wasserstoffreiche Dampf
für diese Zone zugeleitet wird, wobei das Erwärmen in der Weise erfolgt, daß ein Temperaturgradient in dem aufzuwärmenden Fluid vom Anfangsteil des Erwärmungsvorganges bis zu dessen Endteil aufrechterhalten wird.

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-X-3

4. Verfahren .nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Fraktionierzone gewonnene Bodenflüssigkeit mit der aus der zweiten Absorptionszone abgezogenen Bodenflüssigkeit zwecks Verdampfungserwärmung der letztgenannten Flüssigkeit entsprechend dem Verfahrensschritt (d) in Wärmeaustausch gebracht und die Bodenflüssigkeit der Fraktionierzone gekühlt wird, und die gekühlte Bodenflüssigkeit der Fraktionierzone auf einen höheren Druck gepumpt und ein Teil dieser Flüssigkeit unterkühlt wird, wobei der unterkühlte Teil der ersten Absorptionszone als die Methanwaschflüssigkeit für diese Zone zugeleitet wird, während der restliche Teil der gekühlten, gepumpten Bodenflüssigkeit der Fraktionierzone durch Wärmeaustausch mit dem Einsatzgasgemisch unter Bildung von Produktmethangas als mindestens einem Teil des Kühlvorgangs des Verfahrensschritts (a) erwärmt und verdampft wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzgasgemisch 50 bis 70 Mol % Wasserstoff, 15 bis 45 Mol % Kohlenmonoxid und 2 bis 6 Mol % Methan enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer zweiten Absorptionszone gearbeitet wird, die zwischen zwei und fünf theoretische Trennstufen aufweist,

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7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der zweiten Absorptionszone gewonnene Restwasserstoffkopfgas durch Wärmeaustausch mit dem Einsatzgasgemisch als mindestens eines Teils des Kühlvorgangs des Verfahrensschrittes (a) erwärmt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der ersten Absorptionszone gewonnene Wasserstoffkopfgas durch Wärmeaustausch mit dem Einsatzgasgemisch als mindestens ein Teil des Kühlvorgangs des Verfahrensschritts (a) erwärmt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Wärmeaustausch mit dem Einsatzgasgemisch erwärmte Wasserstoffkopfgas auf ungefähr Außentemperatur weiter erwärmt und als Wasserstoffproduktgas abgezogen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des aus der Fraktionierzone gewonnenen Kohlenmonoxidkopfgases durch Wärmeaustausch mit dem Einsatzgasgemisch als mindestens ein Teil des Kühlvorgangs des Verfahrensschrittes (a) erwärmt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußmenge des in die erste Absorptionszone eingeleiteten Einsatzgasgemischs erfaßt und der Einsatzgas-Durchflußmengenmeßwert in ein übertragbares Signal umge-

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wandelt wird, und daß die Durchflußmenge der zu der ersten Absorptionszone zurückgeleiteten Methanwaschflüssigkeit mittels des übertragbaren Signals derart eingestellt wird, daß ein vorbestimmtes Verhältnis zwischen der Durchflußmenge der zurückgeleiteten Methanwaschflüssigkeit und der Durchflußmenge des in die erste Absorptionszone eingeleiteten Einsatzgasgemischs aufrechterhalten wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzgasgemisch als Teil des Kühlvorgangs des Verfahrensschrittes (a) eine erste Teilkühlung erfährt, bei der eine erste Einsatzflüssigkeitsfraktion aus dem Einsatzgasgemisch kondensiert wird; die erste Einsatzflüssigkeitsfraktion von dem nichtkondensierten, ersten teilgekühlten Einsatzgasgemisch abgetrennt wird; die abgetrennte erste Einsatzflüssigkeitsfraktion auf den Druck der Fraktionierzone gedrosselt wird; das nichtkondensierte erste teilgekühlte Einsatzgasgemisch als weiteren Teil des Kühlvorgangs des Verfahrensschrittes (a) eine zweite Teilkühlung erfährt, bei der eine zweite Einsatzflüssigkeitsfraktion aus dem nichtkondensierten zweiten teilgekühlten Einsatzgasgemisch kondensiert wird, und letzteres der ersten Absorptionszone als das gekühlte Einsatzgasgemisch des Verfahrensschrittes (b) zugeleitet wird; die abgetrennte zweite Einsatzflüssigkeitsfraktion auf den Druck der Fraktionierzone gedrosselt wird; die gedrosselte zweite Einsatzflüssigkeitsfraktion mit der gedrosselten ersten

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Einsatzflüssigkeitsfraktion unter Bildung einer kombinierten Einsatzflüssigkeit vereinigt wird; die kombinierte Einsatzflüssigkeit zwecks Teilverdampfung durch Wärmeaustausch mit dem nichtkondensierten ersten teilgekühlten Einsatzgasgemisch erwärmt wird, wobei letzteres die zweite Teilkühlung erfährt; der Dampfanteil der teilweise verdampften kombinierten Einsatzflüssigkeit von deren Flüssigkeitsanteil abgetrennt wird, der abgetrennte Dampfanteil mit dem Einsatzgasgemisch im Verfahrensschritt (a) vereinigt wird und der im wesentlichen reines Kohlenmonoxid enthaltende abgetrennte Flüssigkeitsanteil der Fraktionierzone im Verfahrensschritt (e) zur Verbesserung der Kohlenmonoxidreinheit in dem von dort gewonnenen Kopfgas zugeleitet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtkondensierte erste teilgekühlte Einsatzgasgemisch mindestens 15 Mol % Kohlenmonoxid enthält.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzgasgemisch mindestens 30 Mol % Kohlenmonoxid enthält und die erste Absorptionszone zwecks Beseitigung der Lösungswärme von Kohlenmonoxid in der Methanwaschflüssigkeit, die beim Inkontaktbringen des gekühlten Einsatzgasgemischs mit der Methanflüssigkeit in der ersten Absorptionszone erzeugt wird, intern gekühlt wird.

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15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des aus der Fraktionierzone gewonnenen Kopfgases in einem Wärmepumpkreis umgewälzt wird, um die aus der Fraktionierzone gewonnene und zu der ersten Absorptionszone als Methanwaschflüssigkeit für diese Zone zurückgeleitete Bodenflüssigkeit zu kühlen, das Einsatzgasgemisch im Verfahrensschritt (a) mindestens teilweise zu kühlen und für eine Rücklaufkühlung der Fraktionierzone zu sorgen.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß Kopfgas im Wärmepumpkreis mit Fraktionierzonenbodenflüssigkeit zwecks Verdampfung dieser Flüssigkeit in Wärmeaustausch gebracht wird, wobei Sumpfdampf für die Fraktionierzone gebildet und das wärmeausgetauschte Kopfgas gekühlt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des von der Fraktionierzone gewonnenen Kopfgases durch Wärmeaustausch mit dem Einsatzgasgemisch als mindestens einen Teil des Kühlvorgangs des Verfahrensschritts (a) erwärmt, auf einen höheren Druck komprimiert und als Kohlenmonoxidprodukt abgezogen wird.

18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Fraktionierzone gewonnene Kopfgas in zwei Teile aufgeteilt wird, die einen ersten Teil und einen

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zweiten Teil des aus der Fraktionierzone gewonnenen Gases bilden, um dieses mit dem Einsatzgasgemisch als mindestens einem Teil des Kuhlvorgangs des Einsatzgasgemischs entsprechend dem Verfahrensschritt (a) aufzuwärmen, der zum Wurmeaustausch gebrachte zweite Kopfgasteil auf einen höheren Druck komprimiert und ein Teil desselben als Kohlenmonoxidproduktgas abgezogen wird; der verbleibende Teil des komprimierten Kopfgasteils gekühlt und in einen kleineren Teil für eine isentrope Expansion und einen größeren Wärmepumpfluidteil aufgeteilt wird; der kleinere Teil isentrop expandiert und mit dem ersten Teil des aus der Fraktionierzone gewonnenen Kopfgases unter Bildung eines kleineren Umlaufgasteils vereinigt wird; der kleinere Umlaufgasteil erwärmt und mit dem in Wärmeaustausch gebrachten zweiten Kopfgasteil zwecks Komprimierung zusammen mit diesem vereinigt wird; der größere Wärmepumpfluidteil in zwei Teile aufgeteilt wird, von denen der eine zwecks Kondensation unter Bildung einer abgekühlten Flüssigkeit durch Wärmeaustausch mit Bodenflüssigkeit der Fraktionierzone gekühlt wird, wobei letztere unter Bildung von Sumpfdampf für die Fraktionierzone verdampft wird, der eine gekühlte Flüssigkeitsteil durch Wärmeaustausch mit dem kleineren Umlaufgasteil unterkühlt wird, wobei letzterer erwärmt wird, der andere Teil des größeren Wärmepumpfluidteils auf einen niedrigen Druck gedrosselt und der unterkühlte eine Flüssigkeitsteil mit dem gedrosselten anderen Teil unter Bildung eines Wärme-

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pump-Gas/Flüssigkeitsgemischs vereinigt wird; das Wurmepump-Gas/Flüssigkeitsgemisch auf einen niedrigeren Druck gedrosselt und unter Bildung einer ersten gasförmigen Fraktion sowie einer ersten flüssigen Fraktion durch Wärmeaustausch mit einem Teil der Bodenflüssigkeit erwärmt wird, die aus der Fraktionierzone gewonnen und zu der ersten Absorptionszone als die Methanwaschflüssigkeit für diese Zone zurückgeleitet wird, um letztere zu unterkühlen; die erste gasförmige Fraktion des Wärmepump-Gas/ Flüssigkeitsgemischs von der ersten flüssigen Fraktion dieses Gemischs abgetrennt wird; die abgetrennte erste flüssige Fraktion des Wärmepump-Gas/Flussigkeitsgemischs auf einen noch niedrigeren Druck gedrosselt und unter Bildung einer zweiten gasförmigen Fraktion sowie einer zweiten flüssigen Fraktion durch Wärmeaustausch mit dem Einsatzgasgemisch als mindestens ein Teil des Kühlvorgangs des Verfahrensschrittes (a) erwärmt wird; die zweite gasförmige Fraktion des Warmepump-Gas/Flüssigkeitsgemischs der ersten flüssigen Fraktion von der zweiten flüssigen Fraktion abgetrennt wird; die abgetrennte zweite flüssige Fraktion mit Kopfgas der Fraktionierzone zwecks Rücklaufkühlung der Fraktionierzone zum Wärmeaustausch gebracht wird und die zweite gasförmige Fraktion sowie die erste gasförmige Fraktion mit dem kleineren Umlaufgasteil vereinigt werden.

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-y- 2775253

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzgasgemisch als Teil des Kühlens dieses Gemischs im Verfahrensschritt (a) mit der von der Fraktionierzone gewonnen Bodenflüssigkeit zum Kühlen dieser Flüssigkeit in Wärmeaustausch gebracht wird, bevor ein Teil derselben durch Wärmeaustausch mit dem gedrosselten, auf niedrigerem Druck stehenden Wärmepump-Gas/Flüssigkeitsgemisch unterkühlt wird. ⁷

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Fraktionierzone an einem im unteren Abschnitt dieser Zone liegenden Punkt erfaßt, der Fraktionierzonen-Temperaturmeßwert in ein übertragbares Signal umgewandelt und die Fraktion des größeren Wärmepumpfluidteils, die als der andere Teil desselben abgetrennt wird, an Hand des übertragbaren Signals derart eingestellt wird, daß eine vorbestimmte Temperatur im unteren Abschnitt der Fraktionierzone aufrechterhalten wird.

21. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein extern zugeführtes Wärmepumpfluid in einem eine geschlossene Schleife bildenden Wärmepumpkreis zum Umlaufen gebracht wird, um für die Wärmepumpwirkung für das Verfahren zu sorgen, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmepumpfluid komprimiert sowie das komprimierte Wärmepumpfluid gekühlt und in einen kleineren Teil für eine isentrope Expansion und einen größeren Wärmepumpfluidteil aufgeteilt wird; der

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kleinere Teil des Wärmepumpfluids isentrop expandiert sowie der isentrop expandierte kleinere Wärmepumpfluidteil
erwärmt und mit dem Wärmepumpfluid zwecks gemeinsamer Kompression vereinigt wird; der größere Wärmepumpfluidteil
des komprimierten Wärmepumpfluids in zwei Teile aufgeteilt wird, von denen der eine zwecks Kondensation unter Bildung einer abgekühlten Flüssigkeit durch Wärmeaustausch mit Bodenflüssigkeit der Fraktionierzone gekühlt wird, wobei
letztere unter Bildung von Sumpfdampf für die Fraktionierzone verdampft wird, der eine gekühlte Flüssigkeitsteil
durch Wärmeaustausch mit dem isentrop expandierten kleineren Wärmepumpfluidteil unterkühlt wird, wobei letzterer
erwärmt wird, der andere Teil des größeren Wärmepumpfluidteils auf einen niedrigeren Druck gedrosselt und der unterkühlte eine Flüssigkeitsteil mit dem gedrosselten anderen Teil unter Bildung eines Wärmepump-Gas/Flüssigkeitsgemischs vereinigt wird, das Wärmepump-Gas/Flüssigkeitsgemisch auf einen niedrigeren Druck gedrosselt und unter Bildung
einer ersten gasförmigen Fraktion sowie einer ersten flüssigen Fraktion durch Wärmeaustausch mit einem Teil der Bodenflüssigkeit erwärmt wird, die aus der Fraktionierzone
gewonnen und zu der ersten Absorptionszone als die Methanwaschflüssigkeit für diese Zone zurückgeleitet wird, um
letztere zu unterkühlen; die erste gasförmige Fraktion des Wärmepump-Gas/Flüssigkeitsgemischs von der ersten flüssigen Fraktion dieses Gemischs abgetrennt wird; die abgetrennte erste flüssige Fraktion des Wärmepump-Gas/Flüssigkeits-

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gemischs auf einen noch niedrigeren Druck gedrosselt und unter Bildung einer zweiten gasförmigen Fraktion sowie einer zweiten flüssigen Fraktion durch Wärmeaustausch mit dem Einsatzgasgemisch als mindestens einen Teil des Kühlvorgangs des Verfahrensschrittes (a) erwärmt wird; die zweite gasförmige Fraktion des Wärmepump-Gas/Flüssigkeitsgemischs der ersten flüssigen Fraktion von der zweiten flüssigen Fraktion abgetrennt wird; die abgetrennte zweite flüssige Fraktion zwecks Verdampfung mit Kopfgas der Fraktionierzone zur Rücklaufkühlung der Fraktionierzone zum Wärmeaustausch gebracht wird und die verdampfte zweite flüssige Fraktion, die zweite gasförmige Fraktion sowie die erste gasförmige Fraktion mit dem isentrop expandierten kleineren Wärmepumpfluidteil vereinigt werden.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmepumpfluid einen normalen Siedepunkt von weniger als ungefähr -178°C hat.

23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das extern zugeführte Wärmepumpfluid von einer im wesentlichen reinen Komponente aus der aus Helium, Argon, Kohlenmonoxid, Stickstoff, Deuterium, Luft, Sauerstoff und Fluor bestehenden Gruppe gebildet wird.

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-A:

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24. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß als extern zugeführtes Wärmepumpfluid Stickstoff verwendet wird.

25. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Einsatzgasgemisch mit einem Druck von mindestens 13,8 bar zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzgasgemisch als Teil des Kühlvorgangs des Verfahrensschrittes (a) teilgekühlt und dabei eine Einsatzflüssigkeitsfraktion auskondensiert wird; die Einsatzflüssigkeitsfraktion von dem nichtkondensierten, teilgekühlten Einsatzgasgemisch abgetrennt wird; die abgetrennte Einsatzflüssigkeitsfraktion mit der gedrosselten Bodenflüssigkeit der ersten Absorptionszone vereinigt wird, um zusammen mit dieser im Verfahrensschritt (d) in die zweite Absorptionszone eingeleitet zu werden; und das abgetrennte, nichtkondensierte, teilgekühlte Einsatzgasgemisch zwecks Kühlung desselben als letzter Teil des Kühlens des Einsatzgasgemisches im Verfahrensschritt (a) arbeitsleistend expandiert wird.

26. Verfahren zum Trennen eines Einsatzgasgemischs, das Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan enthält, dadurch gekennzeichnet, daß

(α) das Einsatzgasgemisch gekühlt wird;

(b) das gekühlte Einsatzgasgemisch mit einer Methanwaschflüssigkeit in einer ersten Absorptionszone im Gegen-

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'AU

strom in Kontakt gebracht wird, wobei Wasserstoffgas als Kopfgas und eine Methan, Kohlenmonoxid und restlichen Wasserstoff enthaltende Bodenflüssigkeit gewonnen werden;

(d) die gedrosselte Bodenflüssigkeit in einer zweiten Absorptionszone im Gegenstrom mit wasserstoffreichem Dampf in Kontakt gebracht wird, um mittels der gedrosselten Bodenflüssigkeit Kohlenmonoxid aus dem wasserstoffreichen Dampf zu absorbieren, wobei Restwasserstoffgas als Kopfgas und eine mit Kohlenmonoxid angereicherte Bodenflüssigkeit gewonnen werden;

(e) die Boaenflüssigkeit aus der zweiten Absorptionszone abgezogen und erwärmt wird, um eine Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltende gasförmige Fraktion abzudampfen, die verdampfte gasförmige Fraktion von der erwärmten Bodenflüssigkeit getrennt und der zweiten Absorptionszone als der wasserstoff reiche Dampf für diese Zone zugeleitet wird, wobei das Erwärmen in der Weise erfolgt, daß ein Temperaturgradient in dem aufzuwärmenden Fluid vom Anfangsteil des Erwärmungsvorganges bis zu dessen Endteil aufrechterhalten wird;

(f) die erwärmte Bodenflüssigkeit in einer Fraktionierzone unter Gewinnung eines Kohlenmonoxid enthaltenden Kopfgases und einer Methan aufweisenden Boden-

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flüssigkeit fraktioniert wird; und

(g) mindestens ein Teil der aus der Fraktionierzone gewonnenen Boaenflüssigkeit zu der ersten Absorptionszone als die Methanwaschflüssigkeit für diese Zone zurückgeleitet wird.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Fraktionierzone gewonnene Bodenflüssigkeit in Gegenstrom-Wdrmeaustausch mit der aus der zweiten Absorptionszone abgezogenen Bodenflüssigkeit gebracht wird, um für eine Verdampfungserwarmung dieser Flüssigkeit entsprechend dem Verfahrensschritt (e) zu sorgen.

28. Verfahren zum Trennen eines Einsatzgasgemischs,das Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan enthält, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) das Einsatzgasgemisch gekühlt wird;

(b) das gekühlte Einsatzgasgemisch mit einer Methanwaschflüssigkeit in einer ersten Absorptionszone im Gegenstrom in Kontakt gebracht wird, wobei Wasserstoffgas als Produktkopfgas und eine Methan, Kohlenmonoxid und restlichen Wasserstoff enthaltende Bodenflüssigkeit gewonnen werden;

(d) die gedrosselte Bodenflüssigkeit in einer zweiten Absorptionszone im Gegenstrom mit wasserstoffreichem

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-Λ,

Dampf in Kontakt gebracht wird, um mittels der gedrosselten Bodenflüssigkeit Kohlenmonoxid aus dem wasserstoffreichen Dampf zu absorbieren, wobei Restwasserstoffgas als Kopfgas und eine mit Kohlenmonoxid angereicherte Bodenflüssigkeit gewonnen werden;

(e) die Bodenflüssigkeit aus der zweiten Absorptionszone abgezogen und erwärmt wird, um eine Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltende gasförmige Fraktion abzudampfen, die verdampfte gasförmige Fraktion von der erwärmten Bodenflüssigkeit getrennt und der zweiten Absorptionszone als der wasserstoff reiche Dampf für diese Zone zugeleitet wird, wobei das Erwärmen in der Weise erfolgt, daß ein Temperaturgradient in dem aufzuwärmenden Fluid vom Anfangsteil des Erwärmungsvorganges bis zu dessen Endteil aufrechterhalten wird;

(f) die erwärmte Bodenflüssigkeit in einer Fraktionierzone unter Gewinnung eines Kohlenmonoxid enthaltenden Kopfgases und einer Methan enthaltenden Bodenflüssigkeit fraktioniert wird; ·.

(g) die aus der Fraktionierzone gewonnene Bodenflüssigkeit mit Bodenflüssigkeit aus der zweiten Absorptionszone zwecks Verdampfungserwärmung der letzteren im Verfahrensschritt (e) in Wärmeaustausch gebracht und die Bodenflüssigkeit der Fraktionierzone gekühlt wird;

(h) die gekühlte Bodenflüssigkeit der Fraktionierzone auf einen höheren Druck gepumpt und ein Teil dieser Flüssigkeit unterkühlt wird, der unterkühlte Teil der ersten

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■/t

Absorptionszone als die Methanwaschflüssigkeit für diese Zone zugeleitet wird und der restliche Teil der gekühlten, gepumpten Bodenflüssigkeit der Fraktionierzone durch Wärmeaustausch mit dem Einsatzgasgemisch als mindestens einem Teil des Kühlvorgangs des Verfahrensschritts (a) erwärmt und verdampft wird;

(i) iIul, uuL. di.-r l'ruk t i oniorzono im Vur'fuhrunoschritt (f) gewonnene Kopfgas in zwei Teile aufgeteilt wird, die einen ersten Teil und einen zweiten Teil umfassen;

(j) der zweite Teil des aus der Fraktionierzone gewonnenen Kopfgases zum Erwärmen desselben mit dem Einsatzgasgemisch als mindestens einem Teil des Abkühlens des letzten im Verfahrensschritt (a) in Wärmeaustausch gebracht wird;

(k) der zum Wärmeaustausch gebrachte zweite Kopfgasteil auf einen höheren Druck komprimiert und ein Teil desselben als Kohlenmonoxidproduktgas abgezogen wird;

(1) der verbleibende Teil des komprimierten Kopfgasteils gekühlt und in einen kleineren Teil für eine isentrope Expansion und einen größeren Wärmepumpfluidteil aufgeteilt wird ;

(m) der kleinere Teil isentrop expendiert und mit dem ersten Teil des im Verfahrensschritt (f) aus der Fraktionierzone gewonnenen Kopfgases unter Bildung eines kleineren Umlaufgasteils vereinigt wird;

(n) der kleinere Umlaufgasteil erwärmt und mit dem in Wärmeaustausch gebrachten Kopfgasteil des Verfahrensschrittes

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(j) zwecks Komprimierung zusammen mit diesem im Verfahrensschritt (k) vereinigt wird;

(o) der größere Warmepumpfluidteil in zwei Teile aufgeteilt wird, von denen der eine zwecks Kondensation unter Bildung einer abgekühlten Flüssigkeit durch Wärmeaustausch mit Bodenflüssigkeit der Fraktionierzone gekühlt wird, wobei letztere unter Bildung von Sumpfdampf für die Fraktionierzone verdampft wird, der gekühlte eine Flüssigkeitsteil durch Wärmeaustausch mit dem kleineren Umlaufgasteil unterkühlt wird, um letzteren im Verfahrensschritt (n) zu erwärmen, der andere Teil des größeren Warmepumpfluidteils auf einen niedrigen Druck gedrosselt und der eine unterkühlte Flüssigkeitsteil mit dem gedrosselten anderen Teil unter Bildung eines Wärmepump-Gas/ Flüssigkeitsgemischs vereinigt wird;

(p) das Wärmepump-Gas/Flüssigkeitsgemisch auf einen niedrigeren Druck gedrosselt und unter Bildung einer ersten gasförmigen Fraktion sowie einer ersten flüssigen Fraktion durch Wärmeaustausch mit einem Teil der Bodenflüssigkeit erwärmt wird, die aus der Fraktionierzone gewonnen und zu der ersten Absorptionszone als die Methanwaschflüssigkeit für diese Zone zurückgeleitet wird, um letztere im Verfahrensschritt (h) zu unterkühlen;

(q) die erste gasförmige Fraktion des Wärmepump-Gas/Flüssigkeitsgemischs von der ersten flüssigen Fraktion

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dieses Gemische abgetrennt wird;

(r) die abgetrennte erste flüssige Fraktion des Wärmepump-Gas/Flüssigkeitsgemischs auf einen noch niedrigeren Druck gedrosselt und unter Bildung einer zweiten gasförmigen Fraktion sowie einer zweiten flüssigen Fraktion durch Wärmeaustausch mit dem Einsatzgasgemisch als mindestens ein Teil des Kühlvorgangs des Verfahrensschrittes (a) erwärmt wird;

(s) die zweite gasförmige Fraktion des Wärmepump-Gas/ Flüssigkeitsgemischs der ersten flüssigen Fraktion von der zweiten flüssigen Fraktion abgetrennt wird;

(t) die abgetrennte zweite flüssige Fraktion mit Kopfgas der Fraktionierzone zwecks Rücklaufkühlung der Fraktionierzone zum Wärmeaustausch gebracht wird; und

(u) die zweite gasförmige Fraktion sowie die erste gasförmige Fraktion mit dem kleineren Umlaufgasteil vereinigt werden.

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