DE453407C - Trennung von Wasserstoff enthaltenden Gasgemischen - Google Patents

Description

Bisher ist vielfach für die Trennung des Wasserstoffes durch teilweise Verflüssigung der ihn enthaltenden Gasgemische, wie Wassergas, Leuchtgas, Koksofengas, die Aufgabe, gleichzeitig die nötige, sehr niedrige Temperatur zur praktisch vollständigen Ausscheidung des Kohlenoxyds und die nötige Kälte für den Ausgleich der Verluste des Systems zu erzeugen, der Entspannung des verdichteten Wasserstoffes unter Leistung äußerer Arbeit vorbehalten gewesen, welcher aus dem oberen Teil des Rohrbündels der Verflüssigungsvorrichtung austritt. Die Ausführung dieser Entspannung bietet infolge der sehr niedrigen Temperatur (—205 bis —210⁰C), bei welcher sie erfolgen muß, Schwierigkeiten, welche u. a. dadurch überwunden sind, daß dabei flüssiger Stickstoff als Schmierungsmittel verwendet wird.

Gemäß der Erfindung wird, wenigstens zum Teil, auf ein anderes Mittel zur Erzielung der für die Unterhaltung des Betriebes der Vorrichtung nötigen Kälte zurückgegriffen. Dieses Mittel besteht darin, daß anstatt der Verdampfung des verflüssigten Bestandteiles des Gasgemisches unter einem nahe dem Atmosphärendruck liegenden Druck, wie bei dem erwähnten Verfahren, diese Verdampfung unter einem höheren Druck stattfindet, und zwar unter einem solchen, welcher genügt, den verdampften Bestandteil, nachdem er in geeignetem Maße vorgewärmt ist, eine wirkungsvolle Entspannung unter Leistung äußerer Arbeit in einem geeigneten Motor ausführen zu lassen. Diese Entspannung, welche bei einem immerhin verhältnismäßig niedrigen Druck, einer verhältnismäßig wenig tiefen Temperatur und in einem Motor stattfindet, welcher reichlich durch die Verflüssigung des Kohlenoxyds und des Methans geschmiert wird, bietet keine ernsten Schwierigkeiten. Der verdichtete Wasserstoff liefert außerdem noch durch seine Entspannung mit äußerer Arbeit oder ohne dieselbe außer einer zusätzlichen Kältemenge die nötige sehr tiefe Temperatur für die reichliche Kondensation des Kohlenoxyds und des Stickstoffes. Falls die Endentspannung dieses Wasserstoffes ohne äußere Arbeit vor sich geht, werden alle besonderen Schwierigkeiten für die eine Entspannung bei sehr tiefer Temperatur vermieden.

Abb. ι zeigt beispielsweise eine Ausführungsform der Erfindung, welche besonders für Wassergas anwendbar ist.

Das zu behandelnde getrocknete, von der Kohlensäure und dem Schwefel befreite, verdichtete Gasgemisch tritt bei A in einen

Wärmeaustauscher ein und gelangt, nachdem es hier in bekannter Weise von seinen fest werdenden Bestandteilen befreit wurde, durch B in den Sammler C. Diese Gase steigen dann in dem Rohrbündel F aufwärts und treten in diesem mit flüssigem Kohlenoxyd, das in einer ersten Kammer D, welche nötigenfalls in ihrem oberen Teil mit einigen Platten versehen ist, unter einem Druck von einigen ίο Atmosphären gehalten wird, in Wärmeaustausch. Unter dem Einfluß dieser Flüssigkeit in der Kammer D verflüssigt sich zum Teil das Kohlenoxyd der aufwärts in F strömenden Gase, deren Eigendruck höher ist als der Druck in D. Die so entstandene Flüssigkeit fäEt in den Raum C zurück, von wo sie durch das Ventil G zum Ersatz des verdampften Kohlenoxyds nach D eingelassen wird. Die in D verdampften Gase werden durch Umlauf in einer Rohrschlange 5' um den Austauscher E vorgewärmt und führen dann in der Maschine O ihre Entspannung bis zum Atmosphärendruck aus. Die Bedingungen der erzielten Temperaturen müssen derartig sein, daß eine merkliche Verflüssigung von Kohlenoxyd am Ende jeder Entspannung eintritt. Die so erhaltene Mischung von Gas und Flüssigkeit beim Atmosphärendruck wird über die Platten der zweiten Kammer/ des Verdampfers geleitet, wo sie eine kältere Zone als die in der Kammer D schafft, so daß ein neuer Teil des CO der aufsteigenden Gase sich verflüssigt und der in dem Raum C gesammelten Flüssigkeit zufließt.

Die durch F aufsteigenden Gase treten dann in eine dritte Kammer/, wo sie, wie später erläutert wird, einer noch tieferen Temperatur ausgesetzt werden, unter deren Wirkung die letzten Reste von CO entfernt werden.

Es tritt daher aus K reiner Wasserstoff unter Druck aus, und dieser Wasserstoff ist es, welcher in L entspannt wird und das Rohrbündel/⁷ in der mit Lenkplatten versehenen Kammer/ umspült, wobei er die sehr tiefe Temperatur hervorruft, welche vorher erwähnt wurde. Diese Entspannung kann geschehen mit oder ohne äußere Arbeit. Wenn die Niederschläge in der Kammer/ sehr beträchtlich sind, ist die Menge des Wasserstoffes ungenügend, um ein gutes Ergebnis erreichen zu lassen. Hier wird Abhilfe geschaffen, indem dem Wasserstoff vor seiner Entspannung eine genügende Menge verdichteten oder kalten Wasserstoffes oder Stickstoffes hinzugefügt wird, wie dies bisher bekannt ist.

Der entspannte Wasserstoff wird bei seinem Austritt aus der Kammer / durch das Rohr M nach dem Austauscher E geführt. Wenn die Entspannung in L ohne äußere Arbeit stattfindet, braucht sie nicht bis zum Atmosphärendruck ausgeführt zu werden. Es wird dann in X eine zusätzliche Entspannung mit äußerer Arbeit herbeigeführt, welche, da sie nicht mehr bei der tiefsten Temperatur des Kreislaufes stattfindet, leichter auszuführen ist. Das entspannte Kohlenoxyd, welches durch die Kammer / strömt, wird seinerseits durch N in den Austauscher E zurückgeleitet.

Abb. 2 zeigt auch beispielsweise eine Ausführung der Erfindung, welche sich besonders für Leuchtgas oder Koksofengas eignet Und bei welcher gleichfalls angenommen wird, daß die zu behandelnden verdichteten Gase in einem geeigneten Wärmeaustauscher vorher gereinigt und abgekühlt wurden.

Die kalten, nichtverflüssigten Gase, welche aus dem Temperaturaustaus eher austreten, der nach bekanntem Verfahren den Reiniger bildet, treten durch die Leitung' B in den Sammelraum C des ersten Rohrbündels F und steigen in dem Rohrbündel durch die erste Kammer D des Verdampfers aufwärts, welche siedendes Methan H unter einem Druck von einigen Atmosphären enthält.- Methan und ein wenig Kohlenoxyd der aufsteigenden Gase verflüssigen sich im Innern des Rohrbündels F in einer der Verdampfung in D entsprechenden Menge und werden durch das Ventil G aufwärts über die Platten der Kammer D geführt, wo sie die Flüssigkeit nach Maßgabe der Verdampfung ersetzen. Das hier unter Druck verdampfte .Methan wird zur Entspannung dem Motor O zugeführt, nachdem es um den Austauscher herum durch eine ähnliche Vorrichtung wie die gemäß Abb. 1 erwärmt wurde. Die Mischung von Gas und Flüssigkeit unter dem Atmosphärendruck, welche aus dieser Entspannung hervorgeht, wird über die Platten der zweiten Kammer/ des Verdampfers geleitet, verdampft dort und gelangt durch N nach dem Temperaturaustauscher. Dieser Umlauf in der Kammer / bewirkt in den aufsteigenden Gasen, welche in das zweite Rohrbündelf gelangen, die Kondensation eines neuen Teiles ihrer flüchtigeren Bestandteile. Die gebildete Flüssigkeit wird in dem Raum P gesammelt und steigt durch das Rohr Q, welches mit einem Ventil versehen ist, in die dritte Kammer T des Verdampfers und ruft dort eine neue kältere Zone hervor, in welcher sich eine neue Menge von Verunreinigungen niederschlägt. Die, in der Kammer Γ verdampften Gase, welche im wesentlichen aus CO und N bestehen, gelangen durch die Leitung U nach dem Wärmeaustauscher, und zwar entweder mit CH₄ oder getrennt von diesem Gas. Gegebenenfalls kann auch eine Entspannung mit äußerer Arbeit für die zu diesem Zweck unter

Druck in der Kammer T verdampften Gase benutzt werden, wie dieses für die Gase in der Kammer D erläutert ist. Die in dem Rohrbündel F' aufsteigenden Gase gelangen alsdann in einen letzten Teil/⁷" des Rohrbündels und unterliegen hier der Einwirkung einer tieferen Temperatur, welche die endgültige Reinigung bewirkt. Der nachbleibende Wasserstoff wird in L entspannt, und

ίο zwar mit äußerer Arbeit oder ohne dieselbe, worauf er in die Kammer/ geleitet wird und das Rohrbündel F" umspült, wodurch mit oder ohne Hinzufügung von verdichtetem und kaltem zusätzlichen Wasserstoff oder Stickstoff diese sehr tiefe Temperatur erzeugt wird. Wenn die Entspannung in L ohne äußere Arbeit stattfindet, braucht sie nicht bis zum Atmosphärendruck durchgeführt zu werden und kann in X durch eine Entspannung mit äußerer Arbeit ergänzt werden.

Bei dem einen oder anderen der angeführten Beispiele kann, wenn verdichtete Gase von genügendem Druck verwendet werden, die durch die Entspannung mit äußerer Arbeit erzeugte Kältemenge der verflüssigten und dann verdampften Gase selbst genügen, um die Wärmebilanz zu sichern, und unter diesem hohen Druck ist die Temperatur, welche durch den Teil der Gase geliefert wird, der unter Atmosphärendruck verdampft, tief genug, um selbst allein einen hohen Reinheitsgrad des Wasserstoffes zu erzeugen. In diesem Falle kann infolgedessen von der Entspannung des verdichteten Wasserstoffes abgesehen werden, und dieser kann in verdichtetem Zustand bei dem Anfangsdruck erhalten werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch :·

   Verfahren zur Trennung von Wasserstoff enthaltenden Gasgemischen durch teilweise Verflüssigung einzelner Bestandteile, durch Verdampfung der verflüssigten Anteile unter Druck und folgender Entspannung dieser verdampften, vorgewärmten Anteile mit Leistung äußerer Arbeit, dadurch gekennzeichnet, daß diese Vorwärmung nur so weit getrieben wird, daß bei der Entspannung eine teilweise Verflüssigung der Anteile erzielt wird, jedenfalls aber tiefere Temperaturen erhalten werden als die, bei der die Gase durch Verdampfung entstanden sind, und daß die so ent-· spannten Gase gegebenenfalls mit geringer Menge der aus ihnen entstandenen Flüssigkeit für die teilweise Verflüssigung der Anteile des Gasgemisches benutzt werden, bevor sie in die Temperaturaustauschvorrichtung gelangen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.