DE492230C - Process for the decomposition of gas mixtures by liquefaction and rectification - Google Patents
Process for the decomposition of gas mixtures by liquefaction and rectificationInfo
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Description
Verfahren zur Zerlegung von Gasgemischen durch Verflüssigung und Rektifikation Um eine vollständige Zerlegung eines aus mehreren Bestandteilen zusammengesetzten Gasgemisches durch Verflüssigung und Rektifikation auszuführen, ist es notwendig, in jeder Rektifrkationsstufe bei der Siedetemperatur des höher siedenden Bestandteils Wärme zuzuführen und eine entsprechende Wärmemenge bei der Siedetemperatur des niedriger siedenden Bestandteils abzuführen. Die Kondensationswärme der zu zerlegenden Bestandteile ist im. allgemeinen hierfür nicht ausreichend, besonders wenn an die Reinheit und Ausbeute hohe Anforderungen gestellt werden, und man hat deshalb einen besonderen Kreislauf eines Hilfsstoffes angewendet, welch letzterer bei höherer Temperatur und unter höherem Druck unter Wärmeabgabe kondensiert und unter niedrigerem Druck und entsprechend niedrigerer Temperatur unter Wärmeaufnahme wieder verdampft. Der Temperaturbereich, über welchen mit einem solchen Kreislauf eine Wärmeübertragung aus-(Y Zeführt werden kann, ist huch. obenhin begrenzt durch die kritische Temperatur des verwendeten Hilfsstoffes; nach unten hin ist die Grenze dadurch gegeben, daß das- Ahsaugen des Hilfsstoffes unter niedrigerem Dampfdruck wegen der großen zu fördernden Volumina und der Erschwerung des Wärmeübergangs praktisch Schwierigkeiten verursacht, so daß man nuir ungern div Temperatur unterschreitet, bei welcher der Dampfdruckdes Hilfsstoffes i at beträgt. Der einfache Hilfskreislauf 'reicht also nicht mehr aus, wenn -die Siedepunkte der zu trennenden Bestandteile sehr weit auseinanderliegen, was insbesondere bei der Zerlegung eines aus drei oder mehr Stoffen bestehenden Gemisches häufig der Fall sein wird.Process for the separation of gas mixtures by liquefaction and rectification To completely dismantle one composed of several components To carry out gas mixtures by liquefaction and rectification, it is necessary to in each rectification stage at the boiling point of the higher-boiling component Apply heat and a corresponding amount of heat at the boiling point of the lower remove the boiling component. The heat of condensation of the components to be broken down is in the. generally not sufficient for this, especially if the purity and Yield high demands are made, and you therefore have a special one Circulation of an auxiliary used, which the latter at a higher temperature and condensed under higher pressure to give off heat and under lower pressure and evaporates again at a correspondingly lower temperature while absorbing heat. Of the Temperature range over which heat transfer with such a circuit (Y can be carried out is often limited above by the critical temperature the auxiliary material used; downwards the limit is given by the fact that the suction of the auxiliary material under lower steam pressure because of the large to conveying volumes and the difficulty of heat transfer practically difficulties caused, so that one is reluctant to fall below div temperature at which the Vapor pressure of the auxiliary i at is. The simple auxiliary circuit is sufficient no longer works when -the boiling points of the components to be separated are very far apart, what especially when dismantling one consisting of three or more substances Mixture will often be the case.
Vorliegende Erfindung ermöglicht, die Zer-Legung solcher Gemische in einfacher Weise durchzuführen. Statt eines Hilfsstoffes werden zwei oder mehr verwendet, deren Verdampfungsgebiete so weit auseinanderliegen, wie es die Rektifikation des Gemisches erfardert. Um nun die große Komplikation zu vermeiden. die die Anordnung mehrerer getrennter Kreisläufe mit verschiedenen Hilfsgasen bedingen würde, wobei für jedes Hilfsgas ein besonderer Kompressor und be:söndere Gagenstromwärmeaustauscher erforderlich wären, wird nach vorliegender Erfindung ein Gemisch der verschiedenen Hilfsstoffe verwendet, das mit einem einzigen Kompressor komprimiert und in einem einzigen Gcgenströmer abgekühlt wird. Bei der Kondensation wird jedoch das Gemisch zerlegt unter Anwendung einer partiellen Kondensation mit Rektifihationswürkung. Durch diese Zerlegung erhält inan aus dem Gemisch mehrere Kondensate von verschiedener Siedetemperatur; jedes Kondensat wird nach Entspannung getrennt verdampft, und zwar bei verschiedenen Temperaturen, entsprechend der verschiedenen Zusammensetzung, so da(:, die Kondensation und Verdampfung praktisch den gleichen Temporaturbereich umspannt wie bei Verwendung von getrennten Einzelkreisläufen. Erst nacht der \'crdampfun;.; werden die Bestandteile wieder zusammengeführt und gemeinsam komprimiert.The present invention enables such mixtures to be decomposed in a simple manner. Instead of one additive, two or more are used used whose evaporation areas are as far apart as the rectification of the mixture required. So now to avoid the big complication. which the arrangement would require several separate circuits with different auxiliary gases, wherein for each auxiliary gas a special compressor and different fee flow heat exchangers would be required, according to the present invention, a mixture of the various Used excipients that compress with a single compressor and in one single counter-flow is cooled. However, upon condensation, the mixture becomes decomposed using a partial condensation with rectification effect. As a result of this decomposition, several condensates of different types are obtained from the mixture Boiling temperature; each condensate is evaporated separately after expansion, namely at different temperatures, according to the different composition, so there (:, the condensation and evaporation practically have the same temporal range spanned as when using separate individual circuits. First night of \ 'crdampfun;.; the components are brought together again and together compressed.
Die Durchführung des Verfahrens werde all Hand dea- beigegebenen Zeichnung für die Zerlegung eines Gemisches aus drei Gasen, z. 13. Methan,.'Wiylen und Propylen. erläutert. Die Siedepunkte der drei Bestandteile liegen bei i i i, S° bzw. 169,33 bzw. 225,4- abs. Wenn man also das Gemisch durch Kompression und Abkühlung verflüssig t und zunächst in einer ersten Rektifikationssäule den leichtest flüchtigen Bestandteil - CH4 -abtrennen und in einer zweiten Rektifikationssäule die übrigen beiden Bestandteile trennen will, so ist ein Wärmetransport von 112` abs. auf 225- abs. notwendig, der mit einem einfachen Gaskreislauf nicht zu bewerkstellig enist.The implementation of the procedure will be carried out by hand from the drawing for the decomposition of a mixture of three gases, e.g. 13. Methane, ethylene and propylene. explained. The boiling points of the three components are i i i, S ° and 169.33, respectively or 225.4- abs. So if you liquefy the mixture by compression and cooling t and first the most volatile component in a first rectification column - Separate the CH4 and in a second rectification column the remaining two components want to separate, a heat transfer of 112` abs. to 225- abs. necessary that cannot be achieved with a simple gas cycle.
In dar Abbildung sei i die erste Rektifikationssäule, in welche das in einem (nicht gezeichneten) Gegenstromwärmeaustauscher durch die Entspannungsprodukte vorgekühlte und gegebenenfalls verflüssigte Gemisch bei _; eintritt. Unterhalb der Säule ist ein Verdampfungsgefäß 4., oberhalb derselben ein Kondensator 5 vorgesehen. Bei 6 tritt der . abe -etrennte, leichter siedende Bestandteil -1lethan - aus. Das Gemisch der höher siedenden Bestandteile tritt bei 7 flüssig aus und wird bei S in die zweite Rektifikationssäule 2 eingeführt, die wieder mit einem Verdainpfer 9 und einem Kondensator io ausgestattet ist. Der sch«-erstflüchtige Bestandteil- Propylen - verläßt die Säule bei i i, das Äthvlen tritt bei 12 aus.In the figure, let i be the first rectification column, in which the mixture, which has been precooled by the expansion products in a (not shown) countercurrent heat exchanger and possibly liquefied at _; entry. An evaporation vessel 4 is provided below the column and a condenser 5 is provided above it. At 6 the . abe -separated, lower-boiling component -1lethane - from. The mixture of the higher-boiling components emerges in liquid form at 7 and is introduced at S into the second rectification column 2, which is again equipped with an evaporator 9 and a condenser 10. The most volatile component - propylene - leaves the column at ii, the ethylene exits at 12.
Zur Durchführung der Rektifikation wird gemäß vorliegender Erfindung ein Hilfsgemisch aus zwei Stoffen, z. B. von Methan und Äthylen, in einem Kompressor auf einen geeigneten D:ruclc gefördert. Kompressor und Gegenstxo-mer sind zur Vereinfachung der Zeichn,urvg fortgelassen. Das torgekühlte komprimierte Gemisch tritt bei 13 in den Verflüssiger i4 ein, welcher in einem Bad von flüssigem Propylen liegt. Der \-erflüssiger ist so eingerichtet, daß die ver tlüssigren Anteile entgegen dem aufsteigenden Gasstrom nach. abwärts fließen und mit dein Gas auf großer Oberfläche in Wechselwirkung treten. so daß bei genügender Länge des Verflüssigers eine weitgehende Zerlegung des Gemisches eintritt und im wesentlichen reines Äthylen im unteren Teil sich flüssig ansammelt und bei 15 entnommen werden kann. Nach Entspannung durch Ventil 16 wird dieses Äthylen als Kühlmittel in den Konden-,geführt; es verläßt denselben bei sator .o ein-17 in gasförmigem Zustand.To carry out the rectification, according to the present invention an auxiliary mixture of two substances, e.g. B. methane and ethylene, in a compressor promoted to a suitable D: ruclc. Compressor and Gegenstxo-mer are for simplification the drawing, omitted above. The gate-cooled compressed mixture occurs at 13 into the condenser i4, which is located in a bath of liquid propylene. Of the \ -eriquid is set up so that the ver tlüssigren shares against the rising Gas flow after. flow downwards and interact with your gas over a large surface step. so that if the length of the condenser is sufficient, it can be dismantled to a large extent of the mixture enters and essentially pure ethylene in the lower part becomes liquid accumulates and can be removed at 15. After relaxation through valve 16 is this ethylene as a coolant in the condenser; it leaves the same at Sator .o a-17 in a gaseous state.
Der gasförmig verbliebene Rest des Cemisches, der im wesentlichen aus Methan bestellt, wird hei i S aus dem \@erd.unpftitigs;"efäf:, , herausgeführt undineinemBad l-on ilüssigem :\thylen, das im Behälter 4. sietlct. in der Spirale i9 verflüssigt. Nach. Entspannung im Ventil 2o dient es zur Beschickung des Kondensators 5 und tritt bei 2 1 gasförmig nu"s. Die bei 1 7 und 2 1 austretenden Komponenten des llilfsgeinisches werden ebenso wie die bei 6. i i und 12 austretenden Komponenten des zu zerlegenden Gcnäsches zwecks \Viedergewinnung der Kälte in Gegenstrorn-\Värmeaustausch mit warmem, komprimiertem Gas gebracht.The remainder of the mixture in gaseous form, which is essentially ordered from methane, is called hot i S from the \ @ erd.unpftitigs; "efäf :,, led out andin a bath of liquid: \ ethylene that is in the 4. container. in the spiral i9 liquefied. To. Relaxation in valve 2o is used to charge the condenser 5 and occurs at 2 1 in gaseous form. The components emerging at 1 7 and 2 1 of the llilfsgeinisches are just like the components exiting at 6. i i and 12 of the bag to be dismantled in order to recover the cold in countercurrent heat exchange brought with warm, compressed gas.
Der Druck, auf welchen das Hilfsgemisch zu fördern ist, muß so hoch sein, daß sowohl reines Äthylen sich in einem Bad von unter etwa i at Druck -siedenden Propylen als auch. reines Methan sich in unter dem Druck der Säule i siedendem Äthylen verflüssig >en kann. Für die erstere Kondensation würde ein Druck von etwa i2ata ausreichen, dagegen erfordert die zweite Kondensation einem Druck von 24 ata, wenn das Methan in unter i ata siedet. Arbeitet man in der Rektifil:ationssäule i und dem Verdampfun:gsgefäß 4 mit einem Überdruck von beispielsweise 1 all, um die Kondensation des Methans im Rückflußkühler 5 zu begünstigen, so muß der Druck für die zweite Kondensation in der Spinale 19 auf mindestens 35 atü erhöht werden. Auf letzteren Druck ist also das zirkulierende Gemisch zu komprimieren.The pressure at which the auxiliary mixture is to be conveyed must be so high be that both pure ethylene boil in a bath of below about i at pressure Propylene as well. pure methane turns into ethylene boiling under the pressure of the column can liquefy. For the former condensation a pressure of about i2ata sufficient, however, the second condensation requires a pressure of 24 ata if the methane boils in under i ata. If you work in the rectifil: ation column i and the evaporation: gsgefäß 4 with an overpressure of, for example, 1 all to the condensation to favor the methane in the reflux condenser 5, the pressure for the second Condensation in the spinals 19 can be increased to at least 35 atmospheres. On the latter So pressure is to compress the circulating mixture.
In gleicher Weise kann die Trennung beliebiger anderer Gasgemische ausgeführt werden. Ist die Zerlegung in mehr als zwei Stufen auszuführen. so kann die zweite Kondensation statt (wie beschrieben) als Totalkondensation als partielle Kondensation unter Rektifikation.swirkung ausgeführt werden, wobei also die Spirale i9 durch einen Rücl:fiußkondensator. ähnlich 14, ersetzt wird. Die Zerlegung in letzterem kann dadurch vervollständigt werden, daß unterhailb des Gaseintritts 13 eine Rel:tifikationssäuile vorgesehen wird, in welcher die h;erabrieselude Flüssigkeit von den letzten Anteilen der leichter siedenden Bestandteile befreit wird. Zu diesem Zweck ist dann eine Heizung - z. B. durch, das kondensierende Kreislaufgemisch, bevor es bei 13 in die Zerlegungseinrichtung eintritt - vorzustehen, weilclie die für das austreiben der leichter siedenden Bestandteile erforderlichen Dämpfe in der Rektifikationssäule erzeugt. Der lZückflußkondensator 14 kann auch ersetzt werden durch eine Rektifilcationssäuile. in welcher die in einer getrennten Kondensationseinrichtung (die wieder zur Beheizung der Säule dienen kann) gewonnene Flüssigkeit in bekannter Weise rektifiziert wird.Any other gas mixture can be separated in the same way are executed. Should the dismantling be carried out in more than two stages. so can the second condensation instead of (as described) as total condensation as partial Condensation can be carried out with rectification, i.e. the spiral i9 through a return condenser. similar to 14, is replaced. The decomposition into The latter can be completed by the fact that under the gas inlet 13 a rel: tification column is provided in which the h; erabrieselude liquid is freed from the last fractions of the lower-boiling components. To this The purpose is then a heater - z. B. by, the condensing cycle mixture, before it enters the cutting facility at 13 - to protrude because the for the expulsion of the lower-boiling components in the necessary vapors generated by the rectification column. The reflux condenser 14 can also be replaced by a rectification column. in which the in a separate condensation device (which can again be used to heat the column) recovered liquid in known Way is rectified.
als Kreislaufgas kann .jedes beliebige aus zwei oder mehr Bestandteilen bestehende Gemisch verwendet werden, dessen Bestandteile in dein für die Zerlegung geforderten Temperaturbereich kondensieren und verdampfen. E ,s ist besonders zweckmäßig, B.estan:dteile, welche in dem zu zerlegenden Gas selbst enthalten sind, zu verwenden, da dann unvermeidliche Verluste des zirkulierenden Gases leicht ersetzt werden können, indem man an geeigneten Stellen der Zerlegungseinrichtung Gcmische der gewünschten Zusammensetzung entnimmt. Das Verhältnis, in welchem die Bestandteile des Hilfsgases gemischt werden., richtet sich nach dem Wärme- b@aw. Kälteb.eda.rf der einzelnen Relktifikationssäulen, der sehr verschieden sein wird, je nach den Ansprüchen, die an Reinheit und Ausbeute der Produkte gestellt werden und je nachdem es möglich ist, den Wärmeinhalt des zu zerlegenden Gases selbst für die Heizung der einzelnen Säulen nutzbar zu machen. Hierin liegt noch ein besonderer Vorteil, den das vorliegende Verfahren gegenüber dein an sich schon viel komplizierteren der Verwendung getmennter Hilfskreisläufe bietet. Ändern sich nämlich die Anforderungen an die Reinheit der Produkte, so müssen auch die in den verschiedenen Kreislämllen beweigben Gasmeigmen geändert werden, was bei gegebenen Maschinen für jeden Kreislauf nicht ohne weiteres mäglich ist, beim vorliegenden Verfahren jedoch durch Änderung des Mischungsverhältnisses in einfachster Weise bewerkstelligt werden kann.as cycle gas, any one of two or more components existing mixture are used, its components in your The temperature range required for the dismantling will condense and evaporate. E, s is particularly useful, B.estan: dteile, which in the gas to be decomposed itself are included to use, as then inevitable losses of the circulating Gases can easily be replaced by placing the decomposition facility at suitable points Gcmische removes the desired composition. The relationship in which the Components of the auxiliary gas are mixed., Depends on the heat b @ aw. Cold b.eda.rf of the individual relctification columns, which will be very different, depending on the demands placed on the purity and yield of the products and as the case may be, the heat content of the gas to be decomposed for itself to make the heating of the individual pillars usable. There is another special feature here Advantage that the present procedure compared to your already much more complicated one the use of managed auxiliary circuits. Namely, the requirements change of the purity of the products, so must those in the various districts adhere to gas mixtures, what for given machines for each circuit is not possible without further ado, in the case of the present procedure, however, by amendment the mixing ratio can be achieved in the simplest way.
Der beschriebene Hilfskreislauf kann zweckmäßig auch dazu benutzt werden, um die zur Deckung der Verluste erforderliche Kälteleistung ganz oder teilweise zu bewirken. Verwendet man, wie im oben beschriebenen Beisspiel, für den Hilfskreislauf Gase, deren Joule-Thomson-Effekt sehr groß ist, so erreicht man durch Abdrosselung derselben eine recht erhebliche Kühlwirkung. Unter Umständen wird es daher ausreichend sein, das zu zerrlelgende Gemisch selbst nur auf mäßigen Druck zu komprimieren.The auxiliary circuit described can also be used for this purpose in order to fully or partially cover the cooling capacity required to cover the losses to effect. Is used, as in the example described above, for the auxiliary circuit Gases with a very large Joule-Thomson effect can be achieved by throttling the same has a very considerable cooling effect. It may therefore be sufficient under certain circumstances be to compress the mixture to be disintegrated only to moderate pressure.
Claims (1)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Family Applications (1)
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