DE620077C - Verfahren zur Zerlegung von Gasgemischen - Google Patents

Verfahren zur Zerlegung von Gasgemischen

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Description

  • Verfahren zur Zerlegung von Gasgemischen Bei der Zerlegung von Gasgemischen durch fraktionierte Kondensation bei tiefer Temperatur wird vielfach die zur Deckung der Verluste notwendige Kälte durch die Entspannung einesTeiles der Zerlegungsprodukte unter Leistung äußerer Arbeit gewonnen. Hierbei ist die Kälteleistung größer als bei einfacher Abdrosselung, und infolgedessen kann die Zerlegung unter geringerem Druck und dementsprechend geringerem Energieaufwand durchgeführt werden.
  • Die Entspannung unter Leistung äußerer Arbeit konnte aber bisher nur bei Fraktionen durchgeführt werden, welche bei der Abkühlung gasförmig verblieben. Die flüssig ausgeschiedenenAnteile wurden dagegen stets durch Drosselung entspannt, da eine Expansion von Flüssigkeiten unter Arbeits- und Kälteleistung im allgemeinen nicht möglich ist. Es' gibt aber Fälle, in welchen bei der Zerlegung durch fraktionierte Verflüssigung keine oder nur geringfügige Anteile in gasförmigem Zustande übrigbleiben.
  • Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Verfahren, das auch in solchen Fällen die kältetechnisch vorteilhafte Entspannung eines Teiles der Zerlegungsprodukte unterLeistung äußerer Arbeit ermöglicht. Das wesentliche Merkmal .des Verfahrens besteht darin, daß man die Verdampfung einer unter dem Zerlegungsdruck ausgeschiedenen flüssigenFraktion unter einem Druck vornimmt, der zwischen dem Zerlegungsdruck und dem atmosphärischen Druck liegt, die Dämpfe zunächst in Wärmeaustausch mit Frischgas in geringem Maße erwärmt, sodann unter Leistung äußerer Arbeit expandiert und die Expansionskälte auf das Frischgas überträgt.
  • Das Verfahren wird an Hand der Figur für das Beispiel der Gewinnung von Helium aus einem Erdgas, dessen Hauptbestandteile Stickstoff und Methan sind, näher erläutert. Das Gas wird nach der üblichen V orreinigung auf einen Druck von beispielsweise 25 at gefördert und hierauf in dem Gegenströmer i in Wärmeaustausch mit den Zerlegungsprodukten etwa bis zum Taupunkt des Methans abgekühlt. Falls das Gasgemisch als Gasolin verwertbare Bestandteile enthält, so kann man sie 'bei Abkühlung in dieser Stufe gewinnen, wobei es zweckmäßig ist, unter diesen Umständen den Wärmeaustauscher i als Rücklaufkondensator auszubilden. Wenn man auf die Gewinnung von Gasolinbestandteilen verzichtet, kann man an Stelle des Gegenströmers i periodisch gewechselte * Kältespeicher verwenden, wodurch man dann die Vorreinigung des Gasgemisches erspart.
  • In .dem Rücklaufkondensator ä wird durch weitere Kühlung das Methan verflüssigt, so daß oben im wesentlichen reiner Stickstoff abzieht, der nur noch das Helium enthält. Das in dem Abscheider 3 anfallende Methan wird entspannt und zur Kühlung des Rücklaufkondensators a unter Atmosphärendruck verdampft.
  • Der heliumhaltige Stickstoff wird in einen weiteren Rücklaufkondensator 4 eingeleitet, an dessen Fuß sich der verflüssigte Stickstoff sammelt, während das Helium zusammen mit einem geringen Rest Stickstoff oben aus dem Kondensator abzieht.
  • Die Kondensation der Hauptmengen des Stickstoffs erfolgt in dem unteren Teil 5 des, Rücklaufkondensators q.. Die in Wärmeaustausch mit diesem Stickstoff verdampfende Flüssigkeit wird nun erfindungsgemäß unter einem Druck verdampft, der zwischen Kondensationsdruck und Atmosphärendruck liegt. Die Hauptmenge des in q. anfallenden Stickstoffs wird also durch das Ventil 9 zunächst nur auf etwa 5 ata entspannt und durch kondensierenden Stickstoff in 5 verdampft. Die hierbei entstehenden Dämpfe werden in Wärmeaustausch mitFrischgas indemGegenströmer 2 etwas erwärmt und sodann in der Turbine io, an deren Stelle auch eineKolbenmaschine treten kann, unter Leistung äußerer Arbeit entspannt. Die Erwärmung der Dämpfe vor der Expansion soll hierbei soweit erfolgen, daß bei der Expansion keine Verflüssigung eintritt. Die aus derTurbine io austretenden kalten Auspuffgase werden zur I<:ühlung »" des Teiles 6 des Kondensators q. verwendet.
  • Ein weiterer Teil des in dem Rücklaufkondensator q. anfallenden flüssigen Stickstoffs wird in Tei17 dieses Kondensators unter Atmosphärendruck und der Rest in Tei18 unter Vakuum verdampft, damit der Partialdruck des Stickstoffs in dem als Endprodukt der Zerlegung gewonnenen Stickstoff-Helium-Gemisch möglichst niedrigwird. Die Verdampfungsprodukte der einzelnen Fraktionen werden in üblicher Weise in Gegenstrom zu dem Frischgas angewärmt.
  • Der Vorteil des neuen Verfahrens besteht darin, daß man mit relativ niedrigerem Zerlegungsdruck auskommt und eine Zufuhr von flüssigem Stickstoff oder eines anderen Hilfs= kühlmittels aus einer getrennten Verflüssigungsanlage erspart, welche bei den bisherigen Arbeitsweisen derZerlegung unter relativ niedrigem Druck erforderlich war. Das Verfahren ist nicht auf das beschriebeneAusführungsbeispiel beschränkt, sondern läßt sich in allen den Fällen anwenden, in denen ein Gasgemisch durch partielle Kondensation zerlegt wird und größere Mengen flüssiger Fraktionen erhalten werden. Man wird es also mit Vorteil auch dann anwenden, wenn eine größere Menge bei tiefster Temperatur gasförmig verbleibt, der gasförmig verbleibende Anteil jedoch unter Zerlegungsdruck gewonnen werden soll. Im allgemeinen wird man von den einzelnen flüssigen Fraktionen stets die tiefstsiedende bei höherem als Atmosphärendruck verdampfen und die Dämpfe nach geringer Erwärmung unter Leistung äußerer Arbeit entspannen, um die Expansionskälte bei möglichst tiefen Temperaturen zu erhalten. Es ist selbstverständlich auch möglich, eine höher siedende Fraktion gemäß der Erfindung zur Kälteerzeugung heranzuziehen, falls bei höheren Temperaturen ein besonderer Kältebedarf vorliegt. Bei dem Ausführungsbeispiel kann man also unter Umständen außer einem Teil des Stickstoffs auch noch einen Teil des Methans unter höherem als Atmosphärendruck verdampfen und die Dämpfe unter Leistung äußerer Arbeit entspannen.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Zerlegung von Gasgemischen durch Abkühlung und fraktionierteKondensation, dadurch gekennzeichnet, daß unter Zerlegungsdruck verflüssigte Fraktionen unter einem zwischen Zerlegungsdruck und Atmosphärendruck liegenden Druck verdampft und die Dämpfe unter Leistung äußerer Arbeit entspannt werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die tiefstsiedende der verflüssigten Fraktionen oder einTeil von ihr unter höherem als Atmosphärendruck verdampft und die Dämpfe unterLeistung äußerer Arbeit entspannt werden.
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