DE745667C - Verfahren zur Zerlegung schwer kondensierbarer Gasgemische - Google Patents

Description

• Verfahren' zur Zerlegung schwer kondensierbarer Gasgemische Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Zerlegung schwer kondensierharer Gasgemische durch Verflüssigung der leichter kondensierbaren Anteile unter Druck und Abkühlung, wobei die erforderliche Kälte durch Expansion der nicht verflüssigten Anteile unter Leistung äußerer Arbeit gewonnen wird und das entspannte, nicht verflüssigte Gas in Wärmeaustausch mit dem abzükühlendfen Gemisch tritt. Das Verfahren ist insbesondere auf die Abscheidung von Wasserstoff aus Gemiechen mit .anderen weniger flüchtigen Gasen anwendbar. Zur Vereinfachung der Bezeichnungen wird diese Anwendung der nachfolgenden Beschreibung zugrunde gelegt.
• Die Menge des wasserstoffreichen Gemisches,-das bei der teilweisen Verflüssigung zurückbleibt und das im folgenden kurz mit Wasserstoff bezeichnet wird, ist naturgemäß stets geringer als die des durch Wärmeaustausch mit dem Wasserstoff abzukühlenden Gasgemisches; infolgedessen ist die Kältemenge, die der Wasserstoff auf letzteres Gemisch zu übertragen vermag, nicht ausreichend für eine genügend weitgehende Kondensation der leichter verflüssigbaren Bestandteile. Um die Kühlwirkung zu vergrößern, hat man u. a. vorgeschlagen, das zu zerlegende Gemisch zum Schluß nicht nur durch den entspannten Wasserstoff, sondern auch durch den unter Druck abgeschiedenen kalten Wasserstoff zu kühlen, der auf diese Weise vor seiner Entspannung an.-,ewärmt wird. Bei diesem Verfahren wird die gesamte erforderliche Kälte durch Entspannung des abgeschiedenen Wasserstoffes erzeugt. Diese Kältemenge ist daher beschränkt, ebenso wie diejenige, welche zur Übertragung auf das Gasgemisch bei den tiefsten Temperaturen zur Verfügung steht und welche zur möglichst vollstä.ndigen Kondensation der nach Wasserstoff nächst flüchtigen Bestandteile dient. Die vorliegende Erfindung liefert ein Mittel, diese bei den tiefsten Temperaturen gewinnbare Kältemenge in dem an sich bekannten Prozeß zu vergrößern.
• Gemäß der Erfindung wird der unter Druck stehende Wasserstoff, nachdem er in Wä.rmeau,stausch mit dem Gasgemisch angewärmt worden ist, in mindestens zwei Stufen expandiert und nach jeder Expansionsstufe zur Abkühlung des Gasgemisches an der gleichen Stelle verwendet, wo es bereits durch den komprimierten NVasserstoff vor dessen Entspannung gekühlt wird. In der Anwendung auf die Gewinnung von Wasserstoff besteht die Erfindung also darin, däß man den kalten abgeschiedenen Wass.erstaff mindestens dreimal hintereinander in Wärmeaustausch mit dem zu zerlegenden Gemisch bringt, wobei die unter verschiedenen Drucken stehenden Wasserstoffströme im gleichen Temperaturintervall parallel zueinandergeführt werden und zwischen je zwei Wärmeiau.stauschvorgängen eine Expansion des Wasserstoffs unter Leistung äußerer Arbeit erfolgt. Allgemein gesprochen, besteht die Erfindung darin, daß man die bei der teilweisen Verflüssigung von Gasgemischen gasförmig verbliebene, aus den leichtestflüchtigen Bestandteilen zusammengesetzte Fraktion mindestens dreimal hintereinander in Parallelschaltung in Wärmeaustausch mit dem zu zerlegenden Gasgemisch bringt und zwischen je zwei au.feinanderfolgenden Wärmeaustauschvorgä.ugen einer Entspannung mit äußerer Arbeitsleistung unterwirft.
• Die vorliegende Erfindung ist beispielsweise auf die Abscheidung von Wasserstoff aus Koksofengas, das außer Wasserstoff im wesentlichen noch Stickstoff, Kohlenoxyd und Methan enthält, anwendbar. Ein anderes Anwendungsbeispiel soll im folgenden beschrieben. werden.
• Bei der Synthese von Ammoniak wird der erforderliche Stickstoff im allgemeinen wenigstens zum Teil aus atmosphärischer Luft gewonnen und enthält infolgedessen Argon. Andererseits enthält der Wasserstoff in der Regel etwas Kohlenoxyd, das vor der Synthese durch katalytische Umwandlung in Methan beseitigt wird. Daher besteht das Restgas der Synthese aus einem Gemisch von NVasserstoff, Stickstoff, Argon und Methan. Um eine von Argon und Methan im Synthesegas zu vermeiden, muß man beide Bestandteile vor der Wiedereinführung in. den Synthesekreislauf aus dem Restgas entfernen. Die Zerlegung dieses Restigas@es ist als Anwendungsbeispiel vorliegender Erfindung in der Abbildung dargestellt.
• Das zu zerlegende Gemisch wird unter Druck bei A in den. Austauscher B eingeführt, von dem aus es durch das Rohr C in dein unteren Teil der Trennsäule D gelangt. Beim Aufsteigen in dieser Säule wird eis in noch zu beschreibender Weise auf immer tiefere Temperaturen abgekühlt, was eine fortschreitende Kondensation fast des gesamten Methans und Argons sowie weiter- hin eines Teiles des Stickstoffes zur Folge hat, so daß das Gas am Kopf der Kolonne aus Wasserstoff, der noch Stickstoff enthält, beisteht. Dieser Wasserstoff= wird im Gegenstrom zum aufsteigenden Gasgemisch durch ein Rohrbündel E nach abwärts geführt, von welchem nur zwei Rohre gezeichnet sind. Auf diese Weise erwärmt, wird der Wasserstoff in der ersten Stufe F einer Verbundexpansians.maschine entspannt und sodann in absteigender Richtung durch das Rolirbündel G geleitet, von dem wiederum nur zwei Rohre dargestellt sind, wo er seine Expansionskälte auf das aufsteigende Gasgemisch überträgt. Nach dieser neuerlichen Teilerwärmung wird der bereits teilweise entspannte Wasserstoff in der zweiten Stufe H der Expansionsmaschine bis auf dein Austrittsdruck entspannt, um sodann zum drittenmal in Wärmeaustausch mit dem zu zerlegenden Gemisch zu treten, indem er durch das Rohrbündel J nach abwärts fließt. Nach Verlassen des letzteren durchströmt der entspannte Wasserstoff den Austauscher B im Gegenstrom zu dem abzukühlenden Gasgemisch.
• Das durch teilweise Kondensation von Wasserstoff getrennte flüssige Gemisch aus Stickstoff, Argon und Methan sammelt sich am Fuß der KolonneD und wird durch das Ventil. I< in den Verdampfer L entspannt und danach zwecks vollständiger Verdampfung in den Verdampfer AI geleitet. Seine Verdampfung bewirkt in beiden Verdampfern L und M, die gleichzeitig auch als Kondensatoren wirken, eine Abkühlung des aufsteigenden Gasgemisches sowie die Verflüssigung von leichter kondensierbaren Anteilen. Nach Verlassen des Verdampfersll1 überträgt das gasförmige Gemisch aus StickstotF, Argon und Methan seine Kälte ün vorerwähnten Austauscher B auf das eintretende Gemisch.
• Die Anfangs- und Enddrucke der beiden Expansionsstufen werden zweckmäßig möglichst so. gewählt, daß die Temperatur des Gases nach jeder Entspannung nur wenig oberhalb der Kondensations- bzw. Erstarrungstemperatur des Stickstoffes liegt. Hierbei. ist die Temperatur des Wasserstoffes nach der zweiten Entspannung tiefer als nach der ersten. Es ist: daher vorteilhaft, den von der ersten Entspannungsstufe kommenden Wasserstoff mit dem Gasgemisch nicht über den ganzen NVeg des letzteren hin in Wärmeaustausch zu bringen, sondern ihn an einer seiner Temperatur @entspregchenden tieferen Stelle in D einzuführen. Das, kommt in der. Abbildung dadurch zum Ausdruck, daß das Rohrbündel Gr nicht so hoch hinaufreicht wie das Rohrbünden. In ähnlicher Weise wird man das Rohrbündel E für den komprimierten Wasserstoff, dessen Eintrittstemperatur höher liegt als die des in das Rohrbündel l einströmenden entspannten Wasserstoff es, - weniger weit als dieses nach oben führen, wie das in der Abbildung stchematisch wiedergegehenist. Allgemein wird man also zweckmäßig die Parallelführung der Wasserstqffströme auf nahezu gleiche Temperaturbereiche beschränken.
• Wenig das zu zerlegende Gemisch bereits unter Druck zur Verfügung steht, kann es vorkommen, daß dieser Druck den zur Deckung der KUtevßrluste der venvendetien Apparatur notwendigen Druck übersteigt. 1n diesem Falle bann man den Gang des Apparates in der Weise regeln, daß man entweder eine entsprechende Menge des aus dem RohrbündelI kommenden kalten Wasserstoffs durch das Umgangsventil N- austreten. läßt oder den Enddruck der Expansion erhöht.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Zerlegung schwerkondensierbarer Gasgemische durch partielle Kondensation unter Drück und Abkühlung , dadurch gekennzeichnet, daß die die schwers;tkondensierbaren Bestandteile enthaltende, nicht verflüssigte Fraktion mindestens dreimal hintereinander in Parallelschaltung in Wärmeaustausch mit dem zu zerlegenden Gasgemisch gebracht wird, wobei zwischen je zwei Aüstauschvargä,ngen eine Expansion der nicht verflüssigten Fraktion unter Leistung äußerer Arbeit erfolgt. , z. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gel-,ennzeichnet, daß jeder der auf einen anderen folgenden Wärmeaustausche zwischen der nicht verflüssigten Fraktion und dem zu zerlegenden Gasgem,i.sch bei einer tieferen Temperatur . beginnt als der vorige. Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren keine Druckschriften in Betracht gezogen worden.