DE955867C - Verfahren zum Trennen eines verdichteten, wasserstofreichen Gasgemisches - Google Patents

Description

Die nachfolgend zu beschreibende Jirfmdung beitrifft ein Verfahren zum Trennen verdichteter wasserstoffreicher Gasgemische, insbesondere zum Zweck der Herstellung von Wasserstoff-Stickstoff-Gemischen für die Ammoniaksynthese, wobei das Gasgemisch einer Tiefkühlung und fraktionierten Kondensation und zum Schluß einer Waschung mit flüssigem Stickstoff unterworfen wird.

Um diese Trennung durchführen zu können, wird bekanntlich das wasserstoffhaltige Rohgas auf einen verhältnismäßig hohen Druck verdichtet, unter diesem Druck tiefgekühlt und zum Schluß unter dem Bnddruck der Verdichtung mit einem Stickstoff gewaschen, dar aus einer Luftzerlegungsanlage gewonnen wurde. Da diese nur Stickstoff mit Atmosphärendruck liefert, muß der Stickstoff angewärmt, dann wieder auf einen höheren Druck verdichtet, kondensiert sowie der Stickstoffwaschsäule zum Auswaschen der tiefer siedenden Verunreinigungen zugeführt werden. Die zur Deckung der Kälteverluste benötigte Kälte wird durch Drosselentspannung von Hochdruckstickstoff gewonnen.

Die Waschung mit flüssigem Stickstoff in der beschriebenen Weise hat den Vorteil, daß nicht nur Kohlenoxyd und Sauerstoff, sondern alle höher als Stickstoff siedenden Bestandteile zuverlässig und sehr weitgehend ausgeschieden werden. Da diese Wäsche; jedoch bei der Temperatur des siedenden Stickstoffs, also bei etwa. —■ 190⁰ vor sich gehen muß, erfordert sie eine recht umfangreiche! Apparatur. Es muß nicht nur das wasserstoffhaltige Gas

von Wasserdampf und Kohlendio'xyd vollständig befreit und in mehreren Wärmeaustauschern auf tiefe Temperatur gekühlt werden, sondern es ist auch noch ein Hochdruckstickstoffverdichter und ein Satz Wärmeaustauscher für diesen Stickstoff, ferner eine Ammoniak-Kältemaschine mit Kondensator oder eine Expansionsmaschine und eine Reihe von Gaskühlern erforderlich. Der Hochdruckstickstoff, der durch Drosselentspannung auf ίο etwas über Waschsäulendruck die für den Prozeß erforderliche Kälte erzeugt und anschließend verflüssigt wird, dient als Waschmittel für das Synthesegas.

Beim üblichen Verfahren, erlaubt zwar der Hochdruckstickstoff infolge seiner großen spezifischen Wärme, ihm wesentlich mehr Zerlegungsprodukte im Kälteaustausch entgegenzuführen, als seine eigene Menge beträgt. Es können daher auch Zerlegungsprodukte des Rohgases noch mit ihm angewärmt werden. Entsprechend weniger Zerlegungsprodukte des Rohgases geben in den Rohgasaustauschern ihre Kälte an das Rohgas ab. Es können daher alle Wärmeaustauscher so betrieben werden, daß die kleinste Temperaturdifferenz am warmen Ende auftritt. Da aber diese für die Höhe der Kälteverluste maßgebend' ist, können diese Verluste relativ niedrig gehalten werden. Immerhin bedeutet die Notwendigkeit, Stickstoff hohen Druckes und die zusätzlichen Austauscher für Anwärmung und Wiederanwärmung verwenden zu müssen, im ganzen einen verhältnismäßig hohen Aufwand an Energie und Apparatur.

Andere Verfahren kommen zwar ohne Hochdruckstickstoff aus. Die notwendige Kälte muß dann durch. Entspannen des Synthesegases unter Leistung äußerer Arbeit erzeugt oder der Kältebedarf durch Zufuhr flüssigen Stickstoffs aus einer Luftzerlegungsanlage gedeckt werden. Da aber das dabei entspannte Synthesegas und. der Stickstoff aus dem Luftfcrenner auf den Druck der Waschsäule auf jeden Fall wieder verdichtet werden muß, ist die Komplikation nicht geringer als bei Verwendung des Hochdruckverdichters für Stickstoff. Beim Wegfall des Hochdruckverdichters entfällt ferner der Überschuß an spezifischer Wärme der abzukühlenden Gasströme über die zu erwärmenden. Die Temperaturdifferenzen in den Austauschen! sind daher am warmen Ende nicht wesentlich geringer als die mittlere Temperaturdifferenz der betreffenden. Austauscher, und die Kälteverluste nehmen bei gleicher Dimensionierung der Heizflächen auf den doppelten bis dreifachen Betrag zu. Außerdem besteht nach wie vor die Notwendigkeit, den. für-den Waschvorgang erforderlichen reinen Stickstoff, der den Lufttrenner unter Atmasphärendruck verläßt, wenigstens auf den Rohgasdruck auf zukomprimieren.

Es ist femer vorgeschlagen worden, bei gleichzeitigem Vorhandensein eines Luftzerlegers und einer Stickstoffwäsche die ganze Kälteerzeugung in. den Luftzerleger zu verlegen und aus diesem so viel flüssigen Stickstoff zu entnehmen, zu verdichten und in die Stickstoffwaschsäule über-.

zuführen, daß deren Kälteverluste gedeckt werden. Bei dieser Arbeitsweise ist die Gesamtmenge der in den Wärmeaustauschern wiederzuerwärmenden Fraktionen sogar noch etwas größer als die Menge der abzukühlenden Gasströme; dadurch werden die Kälteaustauschbedinguingen aus den oben dargelegten Gründen noch weiter verschlechtert. Wenn auch die Kälteerzeugung im Lufttrenner etwas wirtschaftlicher als die mit Hochdruckstickstoff ist, so ist doch dieser Vorteil nicht so groß, daß er den mit dieser Arbeitsweise verbundenen, erhöhten Kältebedarf wettmacht.

Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist eine wesentliche Vereinfachung der Stickstoffwascheinrichtung — wenn diese in Verbindung mit einer größeren Luftzerlegungsanilage arbeitet — und zugleich eine wesentliche Energieersparnis. Das Verfahren ist vorzugsweise anzuwenden, auf ein Rohgas mit hohem Wasserstoffgehalt (über 88%), wie es meist vorliegt, wenn bei der Gaszerlegung von einem Vergasungs- oder Spaltvorgang unter Verwendung von Sauerstoff ausgegangen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Trennen eines verdichteten wasserstoffreichen Gasgemisches durch Tiefkühlen, Rektifizieren und Waschen, bei tiefer Temperatur unter Verwendung des in einem Lufttrenner gewonnenen Stickstoffs als Waschmittel und von Zusatzgas zum Zweck der Herstellung von Wasserstoff-Stickstoff-Gemischen ist dadurch gekennzeichnet, daß der kalte unter dem Druck der Drucksäule des Lufttrenners aus der Drucksäule entnommene Stickstoff ohne Zwischenanwärmung und Verdichtung zweckmäßig im Austausch mit verdampfender unreiner Waschflüssigkeit aus der Waschsäule kondensiert und zum Waschen des wasserstoffhaltigen Gasgemisches in der Waschsäule verwendet wird, die bei etwa dem gleichen Druck arbeitet wie die Drucksäule des Lufttrenners.

Die Stickstoffwäsche wird dabei unter einem Druck vorgenommen, der etwas niedriger ist als der Druck in der Drucksäule des Lufttrenners (in der Regel 5 bis 5,3 ata). Dieser Druck, der geringer ist als der sonst übliche (ro bis 20 ata), bedingt dann keinen, erhöhten Verbrauch an Waschstickstoff, wenn der Wasserstoffgehalt im Rohgas 88% oder darüber beträgt. Durch diese Wahl der no Drücke ist es möglich, so zu arbeiten, daß der in der Stickstoffwaschsäule benötigte reine Stickstoff in der unteren Drucksäule des Luftzerlegers unter deren Druck erzeugt, gasförmig im Sättigungszustand in den Stickstoffwaschapparat übergeführt, dort verflüssigt (z. B. im Wärmeaustausch mit verdampfender CO + N₂-Fraktion) und auf die Waschsäule aufgegeben wird. Damit entfallen der Verdichter für Reinstickstoff, dieAmmoniakvorkühlung für diesen und sämtliche Austauscher zum Erwärmen und Wiederabkühlen des Stickstoffs.

Da, die Waschsäule unter einem etwas niedrigeren Druck betrieben wird als die Drucksäule des Lufttrenners, können keine Gase aus dieser in den Lufttrenner Übertretern. Um dies auch bei einem zufälligen Wegbleiben des Druckes in der Drucksäule

des Lufttrenners zu gewährleisten, werden Rückschlagventile in der Stickstoffleitung zur Waschsäule vorgesehen, die das Zurücktreten dies Wasserstoffgemisches, in den Lufttrenner verhüten.
Bei der geschilderten Arbeitsweise fehlt in den Wärmeaustauschern der Luftzerlegungsanlagei eine gewisse Reinstickstoffmenge in den abziehenden Fraktionen und in der Stickstoffwaschan-lage ist dieselbe Menge überschüssig. Es wird daher ein

ίο Ausgleich dadurch, geschaffen., daß ein Teil der Zerlegungsprodukte der Stickstoffwaschanlage seine Kälte in dem Austauscher dier Luftzerlegungsanlage abgibt. Erfindungsgemäß wird hierzu die Wasserstoff-Stickstoff-Fraktion gewählt. Sind die Austauscher der Luftzerlegungsanlage Regeneratoren, so wird die Wasserstoff-Stickstoff-Fraktion durch Rohre oder anders geformte Heizflächen geführt, die in die Speichermasse der Regeneratoren eingebettet sind und einen Wärmeaustausch des durch die Rohre strömenden Gases mit den durch die Speichermasse im Wechselbetrieb strömendem Gasen ermöglichen. Dadurch wird jede Verunreinigung dieser Fraktion vermieden und außerdem die Gefahr umgangen, die darin liegt, daß derselbe Raum (innerhalb der Speichermasse) abwechselnd von Luft und von einem brennbaren Gas durchströmt wird, wobei dann beim Umschalten der Regeneratoren explosible Mischungen beider Gase entstehen könnten.

Da der Druck der Luft, die durch die Speichermasse strömt, nur wenig höher ist als derjenige der Wasserstoff-Stickstoff-Fraktion, kann auch bei einer eventuellen inneren Undichtheit der Wärmeaustauscher nur sehr wenig Luft im das Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch eintreten. Dieses wird auf seine Reinheit ohnedies fortlaufend überwacht, so daß auch Spuren von Sauerstoff darin sofort bemerkt würden und keine gefährliche Anreicherung eintreten kann.

Sind die Wärmeaustauscher der Luftzerlegungsanlage keine Regeneratoren, sondern, selbstreinigendie Austauscher anderen Typs (z. B. sogenannte reversing exchangers), so kann analog verfahren werden.

Da nunmehr die Kälte des reinen, gewaschenen Wasserstoffrestgases in Rohren gegen Luft ausgetauscht wird:, ist eß möglich geworden, das Rohgas auch in Regeneratoren herunterzukühleni und auf diese Weise die Verunreinigungen des Rohgases durch Kondensation und Wiedervetrdunstung im verunreinigten, verdampften Waschmittel zu entfernen.

Bei der üblichen Ausführung der Stickstoffwäsche ist dies nicht möglich, weil als anzuwärmendes Gas fast nur Reinsynithesegas verfügbar ist. Dieses kann seine Kälte nicht im Umschaltweehselbetrieb an das Rohgas abgeben!, weil bei den unvermeidlichen Undichtheiten der Schaltorgane und beim Spülvorgang nach dem Umschalten CO-haltiges Rohgas in das Reingas eindringen würde, das bekanntlich absolut frei von CO sein muß.

Durch Heizflächen^ die in der Speichermasse liegen, kann aber immer nur eine Teilmenge der kälteabgebenden Zerlegungsprodukte geleitet werden, während eine gewisse Mindestmenge ·—· je nach den Betriebsverhäliniissen 50 bis 80% — durch die Speichermasse geführt werden muß, um die abgelagerten Verunreinigungen, wie Wassereis, feste CO₂ und höhere Kohlenwasserstoffe wieder verdampfen zu können. Es ist also· die Frage offen, woher das die Verunreinigungen aufnehmende Gas zu nehmen ist. Der aus der Niederdrucksäule abziehende Stickstoff kommt hierbei als a,m wenigsten Sauerstoff enthaltendes Zerlegungsprodukt in erster Linie zum Spülen der Regeneratoren im Frage. Er soll dabei zweckmäßigerweise so· wenig Sauerstoff enthalten, daß bei der Spülung der Rohgas regeneratoren keine brennbaren Gemische entstehen können. Durch die Verwendung von, Regeneratoren für das Rohgas wird auch die vorherige Entfernung solcher Verunreinigungen, die beim Abkühlvorgang fest werden, überflüssig. Lediglich bei sehr hohem CO₂-Gehalt im Rohgas ist es zweckmäßig, diesen bis auf 2 bis 4°/o Restgehalt, beispielsweise in einer Druckwasserwäsche zu entfernen, während die übliche nachgfeschaltete Laugewäsche (Feinwäsche) unterbleiben kann.

Da der Luftzerleger auch den Kältebedarf der Stickstoff wäsche decken muß, ist der in der Turbine entspannte Luftanteil größer als im Fall des selbständigen Luftzerlegers. Dazu kommt noch, daß der zur Waschung erforderliche Rainstickstoff unter dem Druck der unteren Kolonne abgezogen werden muß und dadurch der Verflüssigung im Kondensator dieser Kolonne entzogen wird. Das dadurch resultierende, ungünstige Rücklaufverhältnis in der oberen Kolonne würde zur Folge haben, daß der Abfall Stickstoff mit erheblichem Sauerstoffgehalt in dier Höhle von 5 bis 10% die obere Kolonne verläßt. Dieser relativ hohe O₂-Gehalt könnte beim Umschaltwechselbetrieb mit Syntheserohgas zur vorübergehenden Bildung explosibler Gemische führen.

Nach einem weiteren Erfindungsgedanken wird daher die in der Turbine entspannte Luft oder ein Teil davon nicht in die obere Kolonne geleitet, sondern, unmittelbar in ein eigenes Regeneratorenpaar gegeben, wo sie ihre Kälte an verdichtete Luft abgibt. Dadurch wird zwar die Sauerstoffausbeute etwas verschlechtert ■— also* der Bedarf an verdichr teter Luft entsprechend erhöht ■—, gleichzeitig wird aber das Rücklaufverhältnis in der oberen Kolonne des Luftzerlegers wesentlich verbessert, so daß es keine Schwierigkeiten macht, Abfallstickstoff mit höchstens 3% Sauerstoffgebalt herzustellen. Da der Mindesit-O₂-Gehalt in explosiblen H₂-O₂-Gemischen 3°/o beträgt, ist damit jede Explosionsgefahr in den Synthesegasregeneratoren beseitigt. Das gleiche gilt für die Kaltperiode der Luftgeneratoreln für den Fall, daß durch etwaige Undichtheiten des Rohr-Schlangensystems Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch in den von Abfallstickstoff durchströmten- Speicherraum austreten, würde.

Die zur Ausführung des Verfahrens beispielsweise verwendete Vorrichtung besteht aus folgenden Teilen: Es sind Regenerator paare 1, 2 bzw. 3,

4 bzw. 5, 6 bzw. 7, 8, dabei Regeneratorpaar i, 2 für die Abkühlung des bei 48 zuströmenden Rohgases, die übrigen für die Abkühlung der bei 46 zuströmenden Luft vorgesehen. 1 und 2 sind die beiden Äste des Regenerators für den Wärmeaustausch zwischen Rohgas und Stickstoff einerseits bzw. Restgas und Synthesereingas andererseits. In den Regeneratorästent 3 und 4 wird Luft im Austausch mit Reinstickstoff (in Rohren 22, 23) und ίο mit in, Turbinen entspannter Luft abgekühlt. In den Regeneratorästen. 5 und 6· findet lediglich über die periodisch gewechselten, Speichermassen der Austausch zwischen Sauerstoff und. Luft, in den RegeneratO'rästen 7 und. 8 wiederum ein solcher zwischen Luft und Stickstoff über Speichennassen bzw. mit Synthesereingas über Rohre 24 bzw. 25 statt. Die geradzahligen und· ungeradzahligen, Äste werden, in regelmäßigem Turnus derart gewechselt, daß sie jeweils die Funktion des anderen Astes übernehmen. 9 bzw. 10 ist die Hoch- bzw. Niederdrucksäule eines zweistufigen Luftzerlegungsapparates, 11 eine Expansionsturbine für Luft.

In der linken Hälfte dar Zeichnung ist im wesentlichen der Rohgasteil dargestellt. 12 ist ein Waschturm, in dem das zu reinigende Rohgas mit Stickstoff gewaschen wird. Der Waschstickstoff wird nach. Vorkühlung mit Synthesereirigas im Kühler 14 in den Austauscher 13 geführt und dort in Rohren 43 verflüssigt.

Das Verfahren, welches in der geschilderten Einrichtung zur Anwendung kommt, setzt sich aus folgenden Verfahrensstufen zusammen: Bei 48 unter einem geeigneten erhöhten Druck von z. B. 5 ata eintretendes Rohgas wird im Regeneratorast 1 (bzw. nach Umschaltung im Regeneratorast 2) gekühlt und von den Verunreinigungen Wasserdampf, Kohlensäure und anderen, in dem bestrichenen Temperaturbereich kondensierbareni Verunreinigungen· befreit, in dem Austauscher 13 im Austausch mit bei 16 entnommener und in Ventil 17 entspannter verunreinigter Waschflüssigkeit — die zwischen, den Rohren 43 des Kondensators verdampft und aus Kohlenoxyd und Stickstoff besteht — weitergekühlt und das Gemisch aus Gas und Kondensat in dien, unteren Teil der mit Füllkörpern oder Bödöni ausgestatteten« Waschsäule 12 eingeführt, wo die noch mitgeführten Verunreinigungen durch flüssigen, Stickstoff ausgewaschen werden, der über Ventil 58 bei 18 in die Waschsäule ein und dem aufsteigenden Gas" entgegengeführt wird.. Dieser Stickstoff wird! aus der Drucksäule 9 des Luftzerlegungsteiles bei 19 entnommen und mit gewaschenem Gas im Austauscher 14 vorgekühlt und im Austauscher 13 total kondensiert. Die Waschsäule 12 wird unter einem nur weinig geringeren Druck als die Drucksäule 9 des Lufttrenners betrieben, und der kalte Stickstoff gelangt praktisch mit der Temperatur, die er beim Verlassen, dleir Drucksäule hatte, in den Austauscher'14 bzw. Verflüssiger 13. Das vornehmlich aus Kohlenoxyd und Stickstoff bestehende Kondensat wird nach seiner Entspannung in Ventil 17 bei niederem Druck im Austauscher 13 verdampft und. gibt seine Kälte anschließend in Rohren. 56, 57 an Synthesegas und Stickstoff ab, worauf das Gas bei 51 abströmt.

Die' Luftzerlegungseinrichtung arbeitet in folgenr der Weise: Unter einem Druck von etwa 5,5 a,ta bei 46 eintretende Luft wird auf je einen Ast von drei Regeneratorpaaren geschaltet und strömt beispielsweise in dem dargestellten. Zeitpunkt durch die Regeneratoräste 3, 5 und 7, und zwar im Ast 3 im Austausch mit Speichermasse, die durch Turbinenabluft vorher gekühlt wurde, und im Austausch mit Rohren 22, die von kaltem reinem Stickstoff durchströmt werden, der bei 19 aus der Drucksäule des Lufttrenners entnommen wurde. Im Ast 5 erfolgt lediglich ein Austausch mit durch Sauerstoff kaltgeblasener Speichermasse. Der durch Ast 7 gehende Luftanteil tauscht Wärme mit durch Stickstoff kaltgeblasener Speichermasse und Synthesegas — letzteres in Rohren 24 und 25 — aus. Durch die Rohre 22 und 23 der Regeneratoräste 3 und 4 strömt ständig kalter Stickstoff aus der Drucksäule, um nach, Aiiwärmung hinter den Ventilen, 20 bzw. 21 zur Ergänzung des Stickstoffanteils dem Synthesegemisch zugesetzt zu werden, das bei 54 austritt. Das kalte gereinigte Synthesegemisch wird bei 28 am Kopf der Waschsäule 12 entnommen. Einen Teil seiner Kälte gibt es bereits im Austauscher 14 an den aus der Drucksäule des Lufttrenners kommenden. Stickstoff ab. Es verteilt sich auf Rohre 26 uind 27 in, den Regeneratorästen 1 und 2 bzw. auf Rohre 24 und 25 in den Rcgeneratorästen 7 und 8, in denen es bis in die Gegend der Eintrittstemperatur der Luft angewärmt wird, bevor es über Ventile 59 bzw. 49 zur Verwendung geht.

Die Kälte für die gesamte Anlage erzeugt die Turbine 11, der die Luft zuströmt, welche über nicht dargestellte Schaltventile und Verteilerventile 29 bzw. 30 an einem Ort zwischen den kalten und warmen Endieim der Regeneratoren 3 und 7 entnommen wurde. Es ist selbstverständlich, daß die Luft für die Turbine jeweils aus dem unter Druck befindlichen Regenerator entnommen wird. Durch die nicht gezeichneten automatisch geschalteten Ventile wird dabei jeweils der drucklose Regeneratoirast von der Luftleitung abgeschaltet. Die in der Turbine 11 entspannte Luft wird zu einem Teil direkt in den Regenerator — in vorliegendem Fall durch Regeneratorast 4 — geführt und dort angewärmt — worauf sie bei 42 ausströmt —, zum anderen Teil in die Niedfördrucksäule des Lufttrenners eingeblasen, wobei die Verteilung der Mengen durch die Ventile 31 und 32 erfolgt. Der in den Regeneratoren 3, 5 und 7 auf die tiefste Temperatur abgekühlte Luftanteil tritt in den Unterteil der Drucksäule 9 bei 33 ein und wird hier in bekannter Weise in einen unreinen Sauerstoff und einen reinen Stickstoff vorzerlegt. Der unreine Sauerstoff wird bei 34 entnommen, im Ventil 35 auf den Druck der Niedeirdrucksäule 10, d. h. auf einige Zehntel at Überdruck entspannt und bei 36 in diese Säule eingeführt. Der reine flüssige Sauerstoff 37 wird wie üblich durch reinen Stickstoff der

Drucksäule im Austauscher 38 (Kondensator) beheizt. In der Sammelrinne 39 wird der reine Stickstoff, welcher in den Rohren, von Austauscher 38 verflüssigt wird und in die Drucksäule 9 zurückläuft, teilweise aufgefangen und nach Vorkühlung im Austauscher 15 bzw. Entspannung bei 40 flüssig bei 41 aufgegeben. Der erzeugte, bei 47 entnommene gasförmige Stickstoff geht durch dien Austauscher 15 und zum Teil durch Ventil 44 zum Regeneriatorast 2, um dort angewärmt zu werden, worauf er bei 52 abströmt. Der andere Teil dieses Stickstoffs wird über Ventil 45 hinter Austauscher 15 entnommen, durch Regeneratorast 8 angewärmt uind strömt bei 60 ab. Beim Umschaltvorgang werden die direkt über Speichermassen strömenden Gase jeweils auf den anderen Ast der betreffenden Regeneratorpaare umgeschaltet. Die Strömung erfolgt dann in der durch die gestrichelten Pfeile angedeuteten Richtung. Die in Rohren durch die Regene-2u ratoren geführten Gasströme werden dagegen stets gleichmäßig auf beide Äste verteilt.

Durch die geschilderte· Führung der Gasströme wird erreicht, daß das wasserstoffreiche Rohgas unter eimern Druck gewaschen wird, der den Druck der Luft nicht überschreitet. Ferner wird dabei jedoch gewährleistet, daß keine explosiven Mischungen auftreten können, falls durch einen Zufall die brennbare Gase führenden Rohrleitungen undicht werden sollten. Brennbares Gas wird daher gegen Luft angewärmt, die unter demselben Druck steht, oder gegen Stickstoff, der so wenig Sauerstoff enthält, daß explosive Gemische nicht entstehen können.

Es kann vorkommen, daß die Waschsäule unter einem etwas höheren Druck betrieben wird als er in der Drucksäule 9 des Lufttrenners herrscht. In diesem Fälle wird eine gestrichelt gezeichnete Flüssigkeitspumpe 50 gegebenenfalls automatisch in Betrieb gesetzt, welche die im Austauscher.13 kondensierte N₂-Flüssigkeit auf den Druck der Waschsäule 12 komprimiert und in diese fördert.

Das Rückschlagventil 58 tritt hierbei in, Funktion.

Gleichzeitig kann der geänderte Druckunterschied das Einschalten der Flüssigkeitspumpe bewirken.

Selbstverständlich, kann die Waschsäule auch dauernd unter ainetn etwas höheren Druck betrieben werden,, wenn besondere Umstände dies erfordern, wobei die Flüssigkeitspumpe dauernd, arbeitet.

Die in der Figur dargestellte Ausführungsweise kann natürlich variiert werden, wenn dieses zweckmäßig erscheint. So kann ein Teil des Reinstickstoffs ajs der Luftzerlegungsanlage in die Stickstoffwäsche flüssig übergeführt werden, wenn anders der Kältebedarf der Stickstoff wäsche nicht gedeckt werden kann. Der Wärmeaustausch zwischen der CO + N₂-Fraktion und dem Syntheserohgas kann auch mit Umschaltwechselbetrieb' vor sich gehen. Hierfür- könnten, drei Syntheserohgasregeneratoren vorgesehen werden, die in zyklischer Vertauschung auf Rohgas, Abfallstickstoff und CO + N₂-Fraktion geschaltet würden. Es könnten aber auch zwei Syntbeserohgasgeneratorenpaare, eines für den Austausch Rohgas/AbfaMstickstoff und eines für den Austausch Rohgas/CO + N₂-Fraktion, vorgesehen werden.

Bei der Kombination, von Anlageteilen, die einerseits Luft bzw. sauerstoffhaltige Gemische, andererseits brennbare Gase enthalten, muß streng darauf geachtet werden, daß auch bei Unregelmäßigkeiten der Betriebsführung, Undichtheiten usw. keine explosiblen Gemische entstehen können, die größere Räume erfüllen. So wird man. den Luftzerlegungsteil und die Stickstoffwaschsäule bei Verwendung von S topf isolierung in getrennten Gehäusen anordnen. Zweckmäßig wird man. für das Regeneratorenpaar 7, 8 ein drittes. Gehäuse vorsehen, weil durch dieses sowohl Luft als auch brennbare Gase hindurchgehen. Den Sauerstoffgehalt des unreinen Stickstoffs wird man ständig überwachen und nicht zulassen:, daß er wesentlich über 3% ansteigt.

Im folgenden soll eine nähere Begründung für die durch das Verfahren erzielbare Energieersparnis gegeben werden·. Es wurde oben bereits erwähnt, daß sich diese im wesentlichen durch den· Wegfall des Hochdruck-N^Verdichters und der Ammoniak-Kältemaschine ergibt. Thermodynamisch gesehen, ist sie verständlich durch die Verminderung der Kälteverluste infolge der Verwendung von, Regeneratoren, statt Gegenstromwärmeaustiauschern normaler Bauart für das Syntheserohgas und den. Wegfall der zweimaligen Austauschverluste beim Anwärmen und Wiederabkühlen des Reinstiickstoffs. Weiterhin ist die Kälteerzeugung in Entspannungsturbinen unter dem hier vorliegenden Umständen günstiger als bei einfacher Droeselentspannung von Hochdiruckstickstoff -(also ohne äußere Arbeitsleistung), wie sie bei selbständigen Stickstoffwaschanlagen aus Wärmebilanzgründen vorgenommen werden muß.

Es ist natürlich ohne weiteres möglich, an Stelle der Regeneratoren andersartige Wärmeaustauscher zu verwenden. So> kann man für die Abkühlung des Rohgases, wenn dies -zweckmäßig erscheint, auch Röhrenaustauscher verwenden, wobei dann der Zwang entfällt, einen wesentlichen Teil des Synthiesereingases in. Wärmeaustausch mit Druckluft zu bringen. Allerdings ergibt sich dann wieder die Notwendigkeit, das Syntheserohgas vollständig zu trocknen und von CO₂ und anderen, bei tiefer Temperatur festwerdenden Verunreinigungen zu befreien.

Claims (9)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Verfahren zum Trennen eines verdichteten wasserstoffreichen Gasgemisches durch Tiefkühlen, Rektifizieren und Waschen bei tiefer Temperatur unter Verwendung des. in einem Lufttrenner gewonnenen Stickstoffs als Waschmittel und von Zusatzgas zum Zweck der Herstellung von Wasserstoff-Stickstoff-Gemischen, dadurch gekennzeichnet, daß der kalte unter dem Druck der Drucksäule dies. Lufttrenners aus dieser entnommene Stickstoff zweckmäßig im Austausch mit verdampfender,

   unreiner Waschflüssigkeit aus der Waschsäule kondensiert und zum Waschen des wasserstoffhaltigen Gasgemisches in, einer Waschsäule verwendet wird, die bei einem annähernd, gleichen Druck arbeitet, wie er in der Drucksäule des Lufttrenners herrscht. -
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, wobei der gesamte Kältebedarf oder ein großer Teil davon durcheineLuftentspannungsturbine gedeckt

   ίο wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der in der Turbine entspannten Luft seine Kälte in einem besondierten, Austauscher bzw. Regenieratorpaar an. verdichtete Luft abgibt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der zu zerlegenden Luft im Austausch mit einem Teil des Stickstoffs aus der Drucksäule bzw. mit einem Teil arbeitsleistend entspannter Luft, ein anderer Teil im Austausch mit Sauerstoff und elin dritter im Austausch mit entspanntem Stickstoff der Niederdrucksäule des Lufttrenners bzw. mit Synthesegemisch abgekühlt und in die Drucksäule, ein anderer Teil nach arbeitsleistender Entspannung in.die Niederdrudcsäule eingeführt wird, während das wasserstoffhaltige Rohgas im Austausch mit gewaschenem Gas, ferner mit verdampfter bzw. verdampfender beladener Waschflüssigkeit aus der Stickstoffwaschsäule sowie mit aus. der oberen Säule des Lufttrenners entnommenem Stickstoff votrgekühlt wird, bevor es in der Waschsäule mit Stickstoff aus der Drucksäule des Lufttrenners gewaschen wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Syntheserohgas durch Regeneratoren, oder ähnlich wirkende periodisch umgeschaltete und gespülte Wärmeaustauscher geführt wird, bevor es der Waschsäule zugeführt wird.
5. 5. Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Wärmeaustauschern (Regeneratoren i, 2, 7, 8) des Lufttrenners eingearbeitete Heizflächen, (Rohre 26, 27) für die Führung und Anwärmung des reinen Synthesegases vorgesehen sind.
6. 6. Vorrichtung zum Ausführen, des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung des Reinstickstoffs von, der Drucksäule des Lufttrenners zum Aufgabeort (18) des verflüssigten Stickstoffs in die Stidtstoffwaschsäule (12) ein Rückschlagventil (58) vorgesehen is*.
7. 7. Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens· nach Anspruch 1 bis 4 und nach Anspruch 5 und 6, bei der zur Deckung des gesamten Kältebedarfes oder eines großen Teiles desselben, eine Luftentspannungsturbine (11) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der in, der Turbine entspannten Luft, ohne die Trennsäule zu passieren, seine Kälte in einem besonderen Austauscher bzw. Regeneratorenpaar (3, 4) an verdichtete Luft abgibt.
8. 8. Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4 und nach Anspruch S bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftzerlegungsteii (9, 10), der Stickstoffwaschteil (12) und der Austauscher bzw. das Regeneratorenpaar (7, 8), das Luft einerseits und Synthesegas andererseits durchströmt, je in ein getrenntes Gehäuse eingebaut sind.
9. 9. Vorrichtung zum Ausführen: des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4 und nach Anspruch 5 bis 8, gekennzeichnet durch eine Flüssigkeitspumpe (50), welche das unter dem Druck der Drucksäuleierzeugte Stickstoffkondensat auf den Druck der Waschsäule für das Rohgas (12) fördert, wobei die Pumpe zweckmäßig parallel zum Rückschlagventil (58) geschaltet und. automatisch einschaltbar ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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