DE551358C - Verfahren zur Zerlegung von Koksofengas oder aehnlicher brennbarer Gasgemische durchVerfluessigen seiner Bestandteile - Google Patents

Description

• Verfahren zur Zerlegung von Koksofengas oder ähnlicher brennbarer Gasgemische durch Verflüssigen seiner Bestandteile Die Erfindung hat ein Verfahren zur Zerlegung von Koksofengas oder ähnlicher brennbarer Gasgemische durch Verflüssigen seiner Bestandteile unter Verwendung von flüssigem Stickstoff als Kühl- und Waschmittel zum Gegenstand. Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, die vorteilhaften Eigenschaften des möglichst tief gekühlten Stickstoffes als Kondensations- und Rektifikationsmittel - auszunutzen.
• Hierzu werden das durch die abziehenden zerlegten Gase vorgekühlte Koksofengas und der gesondert zugeführte, von dem entspannten K iederdruckstickstoff vorgekühlte Hochdruckstickstoff einem Gaszerlegungsapparat zugeführt, in dem oben der Hochdruckstickstoff durch ein Bad von flüssigem, durch Entspannung eines Teils des Hochdruckstickstoffs gewonnenem und etwa unter Atmosphärendruck siedendem Stickstoff gekühlt, dann entspannt, verflüssigt und stark unterkühlt zur Wäsche des Restgases verwendet und das abziehende Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch durch das gleiche Stickstoffbad gekühlt wird.
• Um die Ansammlung explosibler Gemische zu verhindern, werden die gewonnenen flüssigen Gemischteile an der tiefsten Stelle der Sammelbehälter abgezogen, und gleichzeitig wird ihre Verdampfungswärme für die Zerlegungsvorgänge ausgenutzt.
• An Hand einer in der Zeichnung schematisch dargestellten Anlage soll das Verfahren näher erläutert werden. Das genügend gereinigte und getrocknete, komprimierte, wasserstoffhaltige Gasgemisch gelangt durch Rohr z in einen Wärmeaustauscher 2, bei dessen Durchströmung von oben nach unten seine Abkühlung durch die zerlegten kalten Gasgemischbestandteilea welche den Wärmeaustauscher in Röhren von unten nach oben durchströmen, erfolgt. Das abgekühlte Gasgemisch verläBt den Wärmeaustauscher durch Rohr 3 und gelangt zugleich mit den Kondensaten, die sich bei seiner Abkühlung im Wärmeaustauscher gebildet haben, in einen. Behälter 4., in dem sich die zuerst flüssig werdenden Gasgemischbestandteile flüssig sammeln. Diese flüssigen Gasgemischbestandteile, die unter einem Druck von beispielsweise 1a Atm. stehen und eine Temperatur besitzen, die etwas niedriger ist als ihre Siedetemperatur bei diesem Drucke, werden an der tiefsten Stelle des Behälters 4. fortlaufend entnommen, durch ein Regutierventil ä auf einen niedrigeren Druck, beispielsweise 2 Atm., gebracht und durch ein Rohr 6 in die Röhrensäule 7 geleitet. In den Röhren dieser Säule 7 verdampfen die Gasgemischbestandteilebei einer Temperatur, welche ihren Siedetemperaturen bei dem in den Röhren der Säule herrschenden Druck entspricht. - Die Temperaturen der verdampfenden Gasgemischbestandteile sind bei ihrem niedrigeren Druck in der Röhrensäule 7 niedriger als die Temperaturen der unter höherem Druck stehenden Gasgemischbestandteile im Behälter 4. Diese Temperaturdifferenz der Gasgemischbestandteile und ihre in der Röhrensäule 7 frei werdende Verdampfungskälte wird durch Wärmeaustausch im Gegenstrom ausgenutzt, um außerhalb der Röhren der Säule aus dem unter höherem Druck stehenden Gasgemisch nach vorangegangener Abkühlung etwa die gleichen Gasgemischbestandteile zu verflüssigen, welche in ihnen bei niedrigerem Druck verdampfen.
• Es kommen hierbei, wenn zum Beispiel Koksofengas zerlegt wird, hauptsächlich die Bestandteile Äthylen und Methan in Frage. Die bei diesem Vorgang flüssig werdenden Bestandteile des Gasgemisches fließen in den Sammelbehälter 4 herab.
• Nach dem vorstehend beschriebenen ersten Zerlegungseorgang durchströmt das noch zu zerlegende Gasgemisch den Zwischenraum der Röhren des Wärmeaustauschers B. Hierbei strömen ihm innerhalb der Röhren des Wärmeaustauschers 8 die zerlegten kälteren Gasgemischbestandteile entgegen. Es erfolgt dadurch eine Abkühlung des zu zerlegenden Gasgemisches und eine teilweise Kondensation seiner Bestandteile. Die flüssigen Gasgemischbestandteile fließen nach unten in den Sammelbehälter 4.
• Das noch zu zerlegende Gasgemisch gelangt dann durch Rohr g in den Zwischenraum der Röhren einer zweiten Röhrensäule io. Unterhalb dieser Röhrensäule io befindet sich .ein Sammelbehälter i i für flüssige Gasgemischbestandteile, welche im zweiten Zerlegungsvorgang gewonnen werden. Die sich im Behälter i i ansammelnden Gasgemischbestandteile, welche unter einem Druck von beispielsweise 12 Atm. stehen und eine Temperatur besitzen, welche etwas niedriger ist als ihre Siedetemperatur bei diesem Drucke, werden an der tiefsten Stelle des Behälters i i fortlaufend entnommen, durch ein Regulierungsventil 12 auf einen niedrigeren Druck, beispielsweise a Atm., gebracht und durch Rohr 13 in die Röhrensäule io geleitet. In den Röhren dieser Röhrensäule io verdampfen die Gasgemischbestandteile bei einer Temperatur, welche ihrer Siedetemperatur bei dem in den Röhren der Röhrensäule herrschenden Druck entspricht. Die Temperaturen der verdampfenden Gasgemischbestandteile sind bei ihrem niedrigeren Druck in den Röhren der Röhrensäule io niedriger als die Temperaturen der unter höheren Drücken stehenden Gasgemischbestandteile im Behälter i1. Diese Temperaturdifferenz der Gasgemischbestandteile und ihre in den Röhren der Röhrensäule io frei werdende Verdampfungskälte wird durch Wärmeausgleich im Gegenstrom ausgenutzt, um außerhalb der Röhren der Röhrensäule aus dem unter höherem Druck stehenden Gasgemisch nach vorangegangener Abkühlung etwa die gleichen Bestandteile zu verflüssigen, welche in ihr bei niedrigerem Druck verdampfen. Es kommt hierbei, wenn zum Beispiel Koksofengas zerlegt wird, hauptsächlich das darin enthaltene Kohlenoxydgas in Frage. Die bei diesem zweiten Zerlegungsvorgang flüssig werdenden Bestandteile des Gasgemisches fließen in den Sammelbehälter i i herab.
• Zur Gewinnung reinen Wasserstoffes, der mit einer entsprechenden Menge Stickstoff vermischt sein kann, wenn er zur Herstellung von Ammoniak verwendet werden soll, wird das Gasgemisch, nachdem es die Zwischenräume der Röhren der Röhrensäule io durchströmt hat, einer letzten, sogenannten Feinzerlegung zugeführt. In dieser Feinzerlegung wird das Gasgemisch vor allem nahezu vollkommen von Kohlenoxydgas befreit, besonders wenn es zu vorerwähntem Zwecke dient. Das zu zerlegende Gasgemisch wird zur Feinzerlegung vorteilhaft auf eine möglichst niedrige Temperatur abgekühlt und mit möglichst kaltem flüssigem Stickstoff gewaschen. Je tiefer die Temperaturen bei diesem Vorgang sind, desto geringer ist die notwendige Menge Waschstickstoff, mit welcher der höchsteReinheitsgrad des gewonnenenWasserstoffes erzielt werden kann, und desto mehr reiner Wasserstoff wird von demjenigen gewonnen, der in dem zu zerlegenden Gasgemisch enthalten ist. Neben diesen tiefen Temperaturen muß eine möglichst gute und möglichst zwangsweise Durchmischung des Waschstickstoffes mit dem zu zerlegenden Gasgemisch bei möglichst großen Berührungsflächen vorhanden sein. Um diese ideale Feinzerlegung des Gasgemisches bestmöglichst zu erreichen, leitet man bei dem die Erfindung bildenden Gasgemischzerlegungsverfahren die nachstehend beschriebenen Zerlegungsvorgänge in anderer Weise als seither, womit wesentliche Vorteile erzielt werden.
• Zum Ausgleich der Kälteverluste, die in den Zerlegungsapparaten entstehen, und zum Auswaschen des Kohlenoxydgases sowie sonstiger unerwünschter Bestandteile aus dem Gasgemisch zwecks Erzeugung möglichst reinen Wasserstoffes aus demselben wird flüssiger Stickstoff benutzt. Die Verwendung von flüssigem Stickstoff zu diesen Zwecken ist an sich bekannt. Nach dem neuen Verfahren kommt man aber der vorstehend beschriebenen idealen Feinzerlegung näher als bei den bekannten, weniger vollkommenen Verwendungsarten des flüssigen Stickstoffes.
• Der flüssige Stickstoff wird erzeugt, indem gasförmiger Stickstoff auf genügend hohen Druck verdichtet dem Apparat zugeführt und hierzu mittels Rohres 14 durch die Röhren eines Wärmeaustauschers 15 geleitet wird. Entgegen der Strömungsrichtung des verdichteten Stickstoffes durchströmt auf etwa Atmosphärendruck entspannter kalter Stickstoff die Zwischenräume der Rohre des Wärmeaustauschers 15. Dieser kalte, entspannte Stickstoff gelangt aus dem Apparat durch Rohr 16 in den Wärmeaustauscher 15. Der verdichtete, im Wärmeaustauscher 15 abgekiihlte Stickstoff gelangt durch das Rohr 17 nach dem Tiefkühler i 8 des Apparates und, nachdem er diesen durchströmt hat, zum Entspannungsventil i9. Mit dem Ventil i9 wird der verdichtete Stickstoff auf etwa Atmosphärendruck entspannt. Durch die hierbei entstehende Kältewirkung wird teilweise der verdichtete Stickstoff in dem Wärmeaustauscher 15 mit Hilfe des entspannten, kälteren Stickstoffes abgekühlt, und teilweise entsteht durch diese flüssiger, unter etwa Atmosphärendruck siedender oder verdampfender Stickstoff, welcher in den Behälter 2o fließt. Teilweise wird auch diese Kältewirkung benutzt, um den zur Waschung des zu zerlegenden Gasgemisches dienenden Stickstoff abzukühlen, welcher nach Durchströmen des Tiefkühlers 18 und des Tiefkühlers 21 durch Rohr 22 nach dem Entspannungsventil 23 gelangt.
• Die Feinzerlegungsvorrichtung besteht aus Rektifikationssäulen2.I bekannter Bauart, zwischen welchen Röhrensäulen 25 eingeschaltet sind. Das zu zerlegende Gasgemisch durchströmt diese Rektifikationssäulen 24. und die Zwischenräume der Röhren der Röhrensäulen 25 in der Richtung von unten nach oben. Es gelangt dann in die Röhren des Kondensators 26, welche von dem unter etwa Atmosphärendruck siedenden flüssigen Stickstoff außen umgeben werden. In den Röhren des Kondensators 26 wird der sie durchströmende, bereits reine und höchstens mit Stickstoff vermischte Wasserstoff fast auf die Siedetemperatur des außerhalb von ihnen unter etwaAtmosphärendruck siedenden flüssigen Stickstoffes abgekühlt. Der so tief gekühlte Wasserstoff gelangt aus dem Kondensator 26 durch das Rohr 27 in die Röhren der Röhrensäulen 25 und durchströmt diese von oben nach unten, somit in entgegengesetzter Richtung, wie außerhalb dieser Röhren in ihren Zwischenräumen das zu zerlegende Gasgemisch strömt, wobei ein fast vollkommener Wärmeaustausch stattfindet. Die tiefe Kälte des Wasserstoffes bewirkt eine so tiefe Abkühlung des zu zerlegenden Gasgemisches, daß es fast mit der Siedetemperatur des unter etwa Atmosphärendruck siedenden Stickstoffes in die Röhren des Kondensators 26 unten eintritt. Hierdurch kondensieren sich aus dem zu zerlegenden Gasgemisch, welches unter etwa 12 Atm. Druck steht, das Kohlenoxyd und die sonstigen den Wasserstoff verunreinigenden Bestandteile zum großen Teil. Um den Rest dieser Gasgemischbestandteile aus dem Wasserstoff zu entfernen, wird an geeigneter Stelle oder an mehreren Stellen flüssiger Stickstoff in erforderlicher Menge durch das Entspannungsventil 23 auf die Rektifikationssäule 2.4 und die Röhrensäule 25 aufgegossen. Dieser dem Entspannungsventil 23 entströmende flüssige Stickstoff besitzt eine Temperatur, welche etwa der Siedetemperatur des unter Atmosphärendruck siedenden flüssigen Stickstoffes entspricht und der damit die höchst erreichbare Rektifikations- bzw. Waschwirkung hervorruft. Es treten bei diesem Zerlegungsvorgang und in dem hierfür bestimmten Apparat die vorteilhaften Eigenschaften des möglichst tief gekühlten flüssigen Stickstoffes als Kondensationsmittel und Rektifikationsmittel zusammen in Erscheinung. Hierin besteht ganz besonders der Fortschritt gegenüber den bekanntenVerfahren.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Zerlegung von Koksofengas oder ähnlicher brennbarer Gasgemische durch Verflüssigen seiner Bestandteile unter Verwendung von flüssigem Stickstoff als Kühl- und Waschmittel, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die abziehenden zerlegten Gase vorgekühlte Koksofengas und der gesondert zugeführte, von dem entspannten Niederdruckstickstoff vorgekühlte Hochdruckstickstoff einem Gaszerlegungsapparat zugeführt werden, in dem oben der Hochdruckstickstoff durch ein Bad von flüssigem, durch Entspannung eines Teiles des Hochdruckstickstoffes gewonnenem und etwa unter Atmosphärendruck siedendem Stickstoff gekühlt, dann entspannt, verflüssigt und stark unterkühlt zur Wäsche des Restgases verwendet wird, und daß das abziehende Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch durch das gleiche Stickstoffbad gekühlt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansammlung explosibler Gemische durch Abziehen der gewonnenen flüssigen Gasgemischbestandteile an der tiefsten Stelle der Sammelbehälter verhindert und daß ihre Verdampfungswärme für die Zerlegungsvorgänge ausgenutzt wird.