DE368464C

DE368464C - Process for separating hydrogen from gas mixtures containing such gas

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Publication number: DE368464C
Application number: DES59151D
Authority: DE
Original assignee: ETUDE ET L EXPL DES PROCEDES G; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: ETUDE ET L EXPL DES PROCEDES G; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 1921-02-17
Filing date: 1922-02-07
Publication date: 1923-02-02
Also published as: DK30797C; NL18228C; FR541647A; CH99850A; GB175605A; AT105693B

Description

Verfahren zur Abscheidung des Wasserstoffs aus solchen enthaltenden Gasgemischen. Vorliegende Erfindung betrifft Ausführungsformen des bekannten Verfahrens durch teilweise Verflüssigung den Wasserstoff aus solchen enthaltenden und zuvörderst gereinigten Gasgemischen, wie z. B. Wassergas; Leuchtgas, Koksofengas u. dgl., auszuscheiden und bei dem als Kältequelle zur Ausgleichung der Verluste des Systems die bei Leistung äußerer Arbeit stattfindende Entspannung desnach -Durchschreitung der tiefsten Kreislauftemperatur komprimierten Wasserstoffs verwendet wird.Process for separating the hydrogen from such containing Gas mixtures. The present invention relates to embodiments of the known method by partial liquefaction containing the hydrogen from such and primarily purified gas mixtures, such as. B. water gas; Coarse gas, coke oven gas and the like to be eliminated and with the one as a cold source to compensate for the losses of the system in the case of power Relaxation taking place during external work - passing through the lowest circuit temperature compressed Hydrogen is used.

Bei diesem bekannten Verfahren müssen vornehmlich zwei Bedingungen erfüllt werden: I. Sicherung der Aufrechterhaltung des Flüssigkeitsbestandes bei einem möglichst niedrigen Anfangsdruck; 2. Sicherung eines sehr hohen Reinheitsgrades des Wasserstoffs, indem man auf die Gasgemische eine sehr niedrige Temperatur und den zur Anwendung kommenden Gesamtdruck einwirken läßt.In this known method, there are primarily two conditions are met: I. Securing the maintenance of the fluid level at the lowest possible initial pressure; 2. Ensuring a very high degree of purity of hydrogen by giving the gas mixtures a very low temperature and allows the total pressure to be applied to act.

Die erste Bedingung hat zur Voraussetzung, daß die mit Leistung äußerer Arbeit stattfindende Entspannung möglichst wirksam sei.The first condition presupposes that those with performance are external Relaxation taking place at work is as effective as possible.

Zu diesem Zwecke muß in erster Linie dafür gesorgt sein, daß diese Entspannung bei der höchsten Temperatur verläuft, die vereinbart ist mit den für den erstrebten Reinheitsgrad als nötig sich erweisenden Austrittstemperaturbedingungen, um so mehr, als bei Vernachlässigung dieser Maßnahme alle anderen Gase durch die sehr niedrige Temperatur des Wasserstoffs gefrieren würden. Zu diesem Behufe wird nach dem bekannten Verfahren der verdichtete Wasserstoff, bevor er in die Entspannungsvorrichtung gelangt, durch einen Vierflüssiger hindurchgeleitet, in dem er sich erhitzt, wobei dieser Verflüssiger mit einem Teil der bei ihrem Austritt aus dem kalten Ende des Austauschers behandelten Gase gespeist wird, welche darauf in den Flüssigkeitssammler der Ausscheidungskolonne zurückgeleitet werden. Außerdem ist es wünschenswert, daß diese Gase so warm als möglich vom Austauscher nach dem Verflüssiger gelangen, was zur Voraussetzung hat, daß, bevor der entspannte Wasserstoff und das Kohlenoxyd oder das Gemisch von CO + N + CH, in den Austauscher geschickt werden, diese Gase ebenfalls einer durch andere Teile des verdichteten, in zusätzlichen Verflüssigern behandelten Glases bewirkten Vonerhitzung unterzogen werden. Diese zusätzlichen Verflüssiger würden alter eine sehr umständliche Apparatur erfordern, außerdem Gewichtserhöhungen und Kälteverluste verursachen, alles Nachteile, die durch ihre Vorteile nicht aufgewogen werden könnten.For this purpose, it must first and foremost be ensured that this Relaxation proceeds at the highest temperature agreed with the for the desired degree of purity, outlet temperature conditions which prove to be necessary, even more so than if this measure is neglected all other gases through the very low temperature of hydrogen would freeze. For this purpose according to the known method of the compressed hydrogen before it is in the expansion device passes through a four-liquid in which it heats up, whereby this condenser with part of its exit from the cold end of the Exchanger treated gases is fed, which on it in the liquid receiver be returned to the separation column. In addition, it is desirable that these gases get as warm as possible from the exchanger to the condenser, what the prerequisite is that before the relaxed hydrogen and carbon oxide or the mixture of CO + N + CH, sent into the exchanger, these gases also one through other parts of the compressed, in additional condensers treated glass caused by heating. These additional In the old days, liquefiers would require very cumbersome equipment, as well as increased weight and cause cold losses, all disadvantages that are not outweighed by their advantages could become.

Durch vorliegende Erfindung gelangt man zu einer bedeutend einfacheren, sämtliche diesen mehrfachen Verflüssigern anhaftenden Vorteile gewährleistenden Ausführungsform, indem mar nur den zur Vornahme der Erhitzung des Wasserstoffes vor der Entspannung bestimmten Verflüssiger beibehält. Dies gestattet die Anfangstemperatur - der Entspannung erheblich höher hinaufzubringen, dadurch, daß man vor dieser Entspannung den komprimierten Wasserstoff stark erwärmt; gleichzeitig gestattet sie aber auch die Temperatur, bei der die Gase in die Behandlungsröhrenbündel eintreten, ganz wesentlich zu erniedrigen und dabei die in diesen eintretenden Gasen bereits verflüssigte Gasmenge zu erhöhlen.The present invention leads to a significantly simpler, ensuring all of the advantages inherent in these multiple condensers Embodiment in which mar only the heating of the hydrogen maintains a certain liquefier before relaxation. This allows the initial temperature - to bring the relaxation up considerably higher by being in front of this relaxation strongly heats the compressed hydrogen; but at the same time it also permits the temperature at which the gases enter the treatment tube bundle is quite to lower significantly and thereby already liquefied the gases entering these To increase the amount of gas.

Eine bequeme Verwirklichung dieses Verfahrens ergibt sich aus der Anwendung eines einzigen Temperaturaustauschers, der in baulicher Hinsicht denjenigen nachgebildet sein kann, die zur technischen Herstellung flüssiger Luft allgemein gebräuchlich sind, und bei welchem das zu behandelnde verdichtete Gasgemisch an der Außenseite des Röhrenbündels zuflließt, um dann, zufolge eingebauter Ablenkungsplatten, um die Rohre herum einen methodischen Weg einzuschlagen, während. die abgeschiedenen Gase, z. B. H und CO, nenn es sieh um Wassergas oder H, CO + N und CH4 wenn es sich um Koksofengas handelt, zufolge geeigneter Sammelkästen in zwei oder drei gesonderten Fraktionen durch die inneren Rohre streifen.A convenient implementation of this method results from the Use of a single temperature exchanger that is structurally identical to the ones can be simulated for the technical production of liquid air in general are common, and at which the compressed gas mixture to be treated at flows towards the outside of the tube bundle to then, due to built-in deflection plates, to take a methodical path around the pipes while. the departed Gases, e.g. B. H and CO, call it water gas or H, CO + N and CH4 if it is is coke oven gas, according to suitable collecting tanks in two or three separate ones Strip fractions through the inner tubes.

Ein solcher mit zwei Abteilen versehener Austauscher E ist auf der anliegenden Abbildung in Anwendung auf den Fall der Behandlung von Wassergas schematisch dargestellt. Das vorliegende Verfahren besteht nun darin, daß der zur Speisung des den komprimierten Wasserstoff erhitzenden Verflüssigers bestimmte Bruchteil der zu behandelnden komprimierten Gase nicht am kalten Ende des Austauschers, sondern in einer ,gewissen Entfernung von diesem kalten Ende, nämlich bei A entnommen wird.Such a two-compartment exchanger E is on the Schematically attached figure applied to the case of the treatment of water gas shown. The present method now consists in the fact that the for feeding the the compressed hydrogen heating liquefier certain fraction of the Compressed gases to be treated are not at the cold end of the exchanger, but at a certain distance from this cold end, namely at A.

Die getrennten Gase, z. B. H und CO, gelangen, direkt aus der Trennungskolonne kommend, durch B und C in den Austauscher, ohne vorerst in den Verflüssirgern erwärmt zu werden.The separated gases, e.g. B. H and CO, get directly from the separation column coming, through B and C into the exchanger, without initially being heated in the condensers to become.

Die bei A abgezogenen und den Verflüssiger L speisenden Gase sind naturgemäß erheblich welliger kalt als die Gase, welche das Ende des Austauschers erreichen. Einen ausreichenden Teil zwingt man durch L zu strömen, lindem man nach und nach das Speiseventil V des Trennungsröhrenbündels F schließt, bis die Erwärmung des das andere Albteil von L durchstreichenden, dabei dem Entspanner zuströmenden Wasserstoffes genügend ist. Diese Erwärmung wird beispielsweise mittels thermoelektrischer Elemente oder durch ein Differentialelement gemessen. In dieser Weise wind das erstrebte Resultat ohne weitere Schwierigkeiten erreicht. Denn während die Erhitzung des vor der Entspannung verdichteten Wasserstoffes sehr stark ist, ist die-Abkühlung .des.-Restes der verdnchüeten, -in -den Austauscher Ibis zu :dessen kaltem Ende strömenden Gase sehr .groß und sehr wirksem, da ja dieser der gesamten @Gasmengc entnommene Bruchteil enügege4ges:etzt einer der Gesamtmenge gleich großen Menge sehr kalter CO- und H-Gase strömt.The gases drawn off at A and feeding the condenser L are naturally considerably more wavy cold than the gases that make up the end of the exchanger reach. One forces a sufficient part to flow through L by following and after the feed valve V of the separation tube bundle F closes until heating of crossing the other worst part of L, flowing towards the relaxer Hydrogen is sufficient. This heating is for example by means of thermoelectric Elements or measured by a differential element. In this way the strived for winds Result achieved without further difficulties. Because while heating the before the relaxation of compressed hydrogen is very strong, the cooling of the residue is the dilute-in-the exchanger ibis to: its cold end flowing gases very large and very effective, since this fraction of the entire @Gasmengc was taken enügege4ges: etzt one of the Total amount equal to very large amount cold CO and H gases flow.

Demzufolge sind diese Gase sehr kalt und. zum Teil verflüssdigt, wenn sie den Sammelraun D. erreichen, wodurch die Verdampfung der Flüssigkeit verringert und der Besttand an Flüssigkeit leichter erhafen wird.As a result, these gases are very cold and. partially liquefied when they reach the collecting room D., which reduces the evaporation of the liquid and the level of fluid will be more easily obtained.

Im Übrigen leuchtet ein, daäß sich dem einzigen Verflüssiger L ganz besonders günstige Umstände darbieten, um gut zu funktionieren, davon den Stoffen, welche in ihm zirkulieren, sowohl das eine als das andere auf dem Höchstdruck des Kreislaufes steht.Incidentally, it is clear that the only liquefier L is completely present particularly favorable circumstances in order to function well, of which the substances, which circulate in it, both the one and the other at the highest pressure of the Cycle stands.

Zu Anfang wind der Apparat gefüllt, beispielsweise, indem man 'den Entspanner durch VI speist und in der Kolonne durch VII die in dem Entspanner am Ende jedes Entspannungsvorganges verflüssigten Teilesammelt.At the beginning the apparatus is filled, for example by 'the Expander feeds through VI and in the column through VII that in the expander on Liquefied parts collected at the end of each relaxation process.

Anderseits ist zu bemerken, daß die Rolle, die unter den bisher genannten Bedingungen der sehr kalt entspannte Wasserstoff hinsichtlich der Schlußreinigung des verdichteten Wasserstoffes des aufsteigenden Bündels spielt, verhältnismäßig beschränkt ist. Denn die in dem Wasserstoff dieser entgegengesetzt gerichteten Ströme enthaltenen Wärmemassen sind gleich, und die Wärmemasse des verdichteten Wasserstoffges erhöht sich um den Gesamtbetrag der Wärmemusse der zu verflüssigenden Verunreinigungen. Bei Verlassen des Gegenstromes kann sonach der verdichtete Wasserstoff eine so niedrige Temperatur wie die des entspannten Wasserstoffes nicht erreichen, woraus sich die Notwendigkeit ergibt, letzteren durch Entspannung auf eine möglichst niedrige Temperatur zu bringen. Bekanntlich stößt man aber hierbei infolge des möglichen Gefrierens der restlichen Verunreinigungen und der eventuell benutzten Schmiermittel auf Schwierigkeiten.On the other hand, it should be noted that the role that falls under those mentioned so far Conditions of the very cold expanded hydrogen with regard to the final cleaning of the compressed hydrogen of the ascending bundle plays, proportionally is limited. Because in the hydrogen of these oppositely directed currents The heat masses contained are the same, and the heat mass of the compressed hydrogen increases by the total amount of heat required by the impurities to be liquefied. When leaving the countercurrent, the compressed hydrogen can be so low Temperature like that of the relaxed hydrogen does not reach, from which the Necessity results in the latter by relaxation to the lowest possible temperature bring to. As is well known, however, you encounter this as a result of the possible freezing the remaining impurities and any lubricants used for difficulties.

Gemäß vorliegender Erfindung wird, wenn die Gegenwart des Stickstoffes nicht schädlich ist, diese Schwierigkeit dadurch behoben, daß man dem verdichteten Wasserstoff im Augenblicke, wo er im Begriffe steht, sich zu entspannen, in geeignetem Verhältnis trockenen und kalben Stickstoff zusetzt, der sich mit diesem Wasserstoff vermischt und mit ihm expandiert, um am Ende des Entspannungsvorganges sich zu verflüssigen.According to the present invention, when the presence of nitrogen is not harmful, this difficulty is remedied by adding to the condensed Hydrogen in a suitable moment when it is about to relax Ratio dry and calve nitrogen added, which is with this hydrogen mixed and expanded with it in order to liquefy at the end of the relaxation process.

In dieser Weise wind die Wärmemasse des entspannten Wasserstoffes um die jenige des gesamten zum Teil flüssigen, mitgerissenen Stickstoffes erhöht, wodurch der Strom entspannten Wasserstoffes die Fähigkeit erhält, von . einer gleichen Endtemperatur des Entspannungsvorganges ausgehend, den gegenströmendlen, verdichteten und zu reinigenden Wasserstoff auf eine niedrigere Temperatur herabzukühlen.In this way, the thermal mass of the relaxed hydrogen winds increased by that of the total, partly liquid, entrained nitrogen, whereby the flow of relaxed hydrogen is given the ability of. one of the same End temperature of the relaxation process based on the countercurrent, compressed and to cool the hydrogen to be purified to a lower temperature.

Außerdem spielt der in dieser Weise erzeugte flüssige Stickstoff bezüglich des Arbeitens ler Entspannungsvorrichtung als Schwiermittel eine wichtige Roll. Eventuell setzt man unten den obwaltenden Temperaturbedingungen nicht gefrierbare Kohlenwasserstoffe zu.In addition, the liquid nitrogen produced in this way plays a role The relaxation device working as a difficulty means plays an important role. Possibly one sets below the prevailing temperature conditions non-freezable Hydrocarbons too.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Process for separating the hydrogen from such containing gas mixtures by partial liquefaction of the gas mixtures, such as B. water gas, luminous gas, coke oven gas etc., utilizing the performance external work taking place relaxation, characterized in that the fraction the gases with which the one for heating the compressed, standing before its relaxation Hydrogen serving liquefier is fed, not at the end of the preferably formed by a single exchanger, but in some Wind removed from the cold end of this exchange device.

2. Execution farm of the method according to claim i,, dadlhrch .marked that, if: the present of nitrogen does not interfere with hydrogen, that in the compressed state The hydrogen reaching the expander is compressed and cold to a certain extent Nitrogen is added.