DE1124984B

DE1124984B - Verfahren und Einrichtung zum Erzeugen eines reinen Gases durch Abscheiden von kondensierbaren Bestandteilen aus Gasgemischen

Info

Publication number: DE1124984B
Application number: DEG31052A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Rudolf Becker
Original assignee: Gesellschaft fuer Lindes Eismaschinen AG
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1960-12-01
Filing date: 1960-12-01
Publication date: 1962-03-08
Also published as: GB946009A; US3192729A

Description

INTERNAT.KL. F 25 j

DEUTSCHES

PATENTAMT

G 31052 Ia/17 g

1. DEZEMBER 1960

ANMKLDETAG:

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 8. MÄRZ 1962

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Erzeugen eines reinen Gases durch Abscheiden von kondensierbaren Bestandteilen aus Gasgemischen in umschalbaren Tieftemperaturregeneratoren, insbesondere zum Abscheiden von Kohlendioxyd aus Konvertgas, bei dem die abgeschiedenen Bestandteile durch ein in umgekehrter Richtung strömendes, im wesentlichen aus Fremdgas bestehendes Spülgas entfernt werden.

Bei der Tieftemperatur-Gaszerlegung ist es bekannt, kondensierbare Bestandteile aus Gasgemischen durch Abkühlung in umschaltbaren Tieftemperaturregeneratoren abzuscheiden und das Gasgemisch anschließend weiter zu zerlegen. Die abgeschiedenen Bestandteile werden anschließend von in umgekehrter Richtung strömenden Gaszerlegungsprodukten aufgenommen und aus der Anlage herausgetragen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Gaszerlegungsprodukte mit den abgeschiedenen Bestandteilen verunreinigt werden.

Für die Herstellung besonders reiner Gase sind deshalb weiterhin Verfahren bekannt, bei denen die abgeschiedenen Verunreinigungen in einem besonderen Spültakt gegebenenfalls unter Anwendung von Unterdruck mit einem Spülgas heraussublimiert werden, bevor das reine Gas durch die Regeneratoren strömt. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß auch nach der Spülung noch immer kleinere Mengen von Verunreinigungen im Regenerator verbleiben, was die Erzeugung besonders reiner Gase verhindert. Außerdem bewirken Undichtigkeiten oder Betriebsstörungen an den Schaltventilen, die im normalen Betrieb nicht zu verhindern sind, daß ein Teil des ungereinigten Gases in das Reinprodukt gelangt und es unmöglich macht, eine bestimmte hohe Endreinheit des Gases auf lange Zeit zu garantieren. Außerdem ist der Vorgang der Sublimation unter vermindertem Druck energetisch nicht der günstigste, da er stark irreversibel verläuft.

Diese Nachteile treten vor allem dann auf, wenn das zu reinigende Gas große Mengen kondensierbarer Verunreinigungen enthält, wie dies insbesondere bei Konvertgas der Fall ist, das zu etwa 40% aus Kohlendioxyd besteht. In diesem Falle wurden bisher andere Reinigungsverfahren, insbesondere Druckwasserwaschen, vor die Tieftemperatur-Zerlegung bzw. Reinigung geschaltet, um den größten Teil des Kohlendioxyds vor dem Eintritt des Gases in die eigentliche Tieftemperaturanlage zu entfernen.

Dem Gegenstand der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, große Mengen von Verunreinigungen aus 6asgemischen in umschaltbaren Regeneratoren zu Verfahren und Einrichtung zum Erzeugen

eines reinen Gases durch Abscheiden

von kondensierbaren Bestandteilen

aus Gasgemischen

Anmelder:
Gesellschaft für Linde's Eismaschinen

Aktiengesellschaft,

Zweigniederlassung Höllriegelskreuth,
Höllriegelskreuth bei München

Dipl.-Ing. Rudolf Becker, München-Solln,
ist als Erfinder genannt worden

entfernen und dabei mit Sicherheit zu verhindern, daß das Reingas verunreinigt wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Fremdgasmenge etwa gleich der produzierten Reingasmenge ist. '

Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die abgeschiedenen Bestandteile bei derselben Temperatur bei nahezu gleichem Gesamtdruck und bei demselben Partialdruck, bei dem sie abgelagert wurden, wieder sublimiert werden, und der Vorgang nahezu reversibel verläuft und damit energetisch am günstigsten ist.

Da erfindungsgemäß zur Abkühlung des Rohgases eine andere Regeneratorgruppe verwendet wird als zur Anwärmung des Reingases, wird mit Sicherheit verhindert, daß das Rohgas in das Reingas gelangen kann. Die Koppelung beider Regeneratorengruppen wird durch ein zum größten Teil aus einer fremden Gasquelle zugeführtes Spülgas bewirkt. Bei der Zerlegung von Konvertgas kann als Spülgas der Stickstoff verwendet werden, der in einer Luftzerlegungsanlage anfällt, mit welcher Sauerstoff für die Konvertierung erzeugt wird. Wird das wasserstöffreiche Gas in einer anschließenden Stickstoffwäsche noch von tiefsiedenden Verunreinigungen, wie Methan und Kohlenoxyd, befreit, so ist es besonders einfach, für diese Stickstoffwäsche und die Spülung der Regeneratoren gemeinsam reinen Stickstoff zuzuführen.

Es ist jedoch auch möglich, nur für die Stickstoffwäsche reinen Stickstoff zu verwenden und zur Spü-

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lung der Regeneratoren eine andere Stickstoffmenge Stickstoff-Gemisch zugemischt. Die Hauptmenge des zuzuführen, welche die in der Luftmenge, aus der sie Stickstoffs, etwa 35 700 Nm³/h, wird im Gebläse 18 auf hergestellt wurde, enthaltene Menge von Verunreini- 3 ata weiterverdichtet. Ein Teil davon wird abgegungen, wie Wasser und Kohlendioxyd, enthält. zweigt, durch die Leitung 19 in den Regenerator 4

Bei der Verwendung von solchem unreinen Stick- 5 geführt, in diesem abgekühlt, dann mit dem aus den stoff zur Spülung der Reingasregeneratoren ist es not- Regeneratoren 1, 2 und 3 austretenden gereinigten wendig, die in diesen Regeneratoren abgeschiedenen Rohgasstrom gemischt und mit diesem in die Wasch-Mengen von Kohlendioxyd und Wasser durch Ab- säule 23 geführt.

saugen und Spülen mit reinem Stickstoff zu entfernen Ein anderer Teil des im Gebläse 18 verdichteten

und den unreinen Stickstoff vor dem Umschalten ₁₀ Stickstoffs, etwa 4200 Nm³A, wird im Kompressor auf Reingas durch reinen Stickstoff zu verdrängen. 26 auf etwa 10 ata verdichtet, in zwei Teilströme auf-

Wird das in den Regeneratoren gereinigte Rohgas gespalten und in den Wärmeaustauschern 29 bzw. 28 in einer Stickstoffwäsche weitergereinigt, so ist es und 27 gekühlt und verflüssigt, dann vereinigt und möglich, das hierbei anfallende, vorzugsweise aus CO zum größten Teil über die Leitung 24 als Wasch- und Methan bestehende Restgas zur Spülung mitzu- 15 flüssigkeit dem Kopf der Waschsäule 23 aufgegeben, verwenden. Ein kleiner Teil wird vorher über das Ventil 36 abge-

Gemäß einer weiteren Ausbildung des Erfindungs- zogen, im Wärmeaustauscher 21 bei dem von der gedankens wird das in den Rohgasregeneratoren vor- Vakuumpumpe 37 erzeugten Unterdruck von 0,1 ata handene Rohgas vor dem Umschalten auf die Spül- verdampft, dann im Wärmeaustauscher 28 angewärmt periode durch einen Teil des Spülgases verdrängt und 20 und durch die Leitung 38 mit Atmosphärendruck abin den Rohgasstrom gedrückt. Durch diese Maß- geblasen.

nähme wird vermieden, daß die beim Umschalten in Der Hauptteil des mit dem Gebläse 18 verdichteten

den Regeneratoren verbleibende Rohgasmenge ver- Stickstoffs wird in den Regeneratoren 8 und 9 abgelorengeht. kühlt und dann vereinigt. Ein Teil davon wird im

Das Reingas mit höherem Druck als das Rohgas 25 Regenerator 12 wieder angewärmt und in das durch durch die Regeneratoren zu führen, läßt sich bei der die Leitung 32 abgeführte Stickstoff-Wasserstoffvorliegenden Erfindung mit Vorteil anwenden. Gemisch gegeben, der andere Teil wird im Wärme-Gemäß einer weiteren Ausbildung des Erfindungs- austauscher 27 auf etwa 100° K erwärmt und dann gedankens wird das in den Reingasregeneratoren ent- in der Turbine 33 von etwa 2,8 auf 1,2 ata entspannt, haltene gereinigte Gas vor dem Umschalten auf die 30 Dem zu entspannenden Gas kann durch das Ventil 34 KüMperiode durch das Spülgas in den Remgasstrom noch ein Teil des zum Kompressor 26 gehenden gedrückt. Stickstoffs beigemischt werden. Der entspannte Stick-Zur Kälteerzeugung kann sowohl Spülgas als auch stoff wird in den Rohgasregeneratoren 5, 6 und 7 angereinigtes Gas arbeitsleistend entspannt werden. Es gewärmt und nimmt die in vorhergehenden Perioden ist weiterhin möglich, die Kälteverluste durch einen 35 in diesen abgelagerten Verunreinigungen mit. Das besonderen Hochdruckkreislauf zu decken. hauptsächlich aus Stickstoff und Kohlendioxyd bein der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des stehende Gasgemisch verläßt durch die Leitung 35 Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt. die Anlage.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 zeigt eine An- In der Waschsäule 23 wird das durch die Leitung

lage, bei der als Spülgas reiner Stickstoff verwendet 40 22 zugeführte gereinigte Rohgasgemisch bei einem wird. Die Rohgasregeneratoren, in denen der Wärme- Druck von etwa 1,6 ata gewaschen. Das im Kopf und Stoffaustausch zwischen Rohgas und Spülgas er- dieser Säule entstehende gasförmige reine Wasserfolgt, sind mit 1 bis 7, die Reingasregeneratoren, die stoff-Stickstoff-Gemisch wird im Wärmeaustauscher vom Reingas und Spülgas durchströmt werden, mit 20 und anschließend in den Regeneratoren 10 und 11 8 bis 12 bezeichnet. Die Funktion der einzelnen 45 angewärmt und verläßt die Anlage durch die Leitung Regeneratoren einer Gruppe wird untereinander 32. Vom Sumpf der Waschsäule 23 wird ein flüssiges zyklisch vertauscht. Die Zahl der Schaltventile ist nur Gemisch aus Stickstoff, Kohlenoxyd und Methan beim ersten Regenerator jeder Gruppe vollständig durch die Leitung 30 abgezogen, im Wärmeausgezeichnet, tauscher 29 verdampft und erwärmt und mit der Lei-

Etwa 50000 Nm³/h zu zerlegendes Rohgas werden 50 tung31 aus der Anlage abgeführt, durch die Leitung 13 der Anlage zugeführt, im Ge- Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zeigt eine

blase 14 auf etwa 1,8 ata verdichtet und dann in den Anlage, bei der unreiner Stickstoff zur Spülung der parallel geschalteten Regeneratoren 1, 2 und 3 auf Regeneratoren verwendet wird. In diesem Falle weretwa 83° K abgekühlt. Dabei werden die kondensier- den etwa 35 600 Nm³Zh unreiner Stickstoff durch die baren Verunreinigungen, insbesondere Kohlendioxyd, 55 Leitung 15 zugeführt und im Gebläse 16 auf etwa Wasser und Schwefel-Wasserstoff, abgeschieden. Das 1,8 ata verdichtet. 2500 Nm³/h gehen davon durch gereinigte Rohgas wird dann in den Wärmeaus- den Regenerator 4, der Rest durch die Regeneratauschern20 und 21 weitergekühlt und mit der Lei- toren 8 und 9. Da der durch die Regeneratoren tung 22 in den unteren Teil einer Waschsäule 23 gehende Stickstoff nur wenig mehr als Atmosphärengeführt. 60 druck hat, kann er nicht zur Kälteleistung verwendet Durch die Leitung 15 werden der Anlage etwa und arbeitsleistend entspannt werden. Zur Deckung 41700 NmVh reiner Stickstoff aus einer Luftzerle- der Kühlverluste werden die durch die Leitung 39 gungsanlage zugeführt und in einem Gebläse 16 auf zugeführten 10 400 NmVh reiner Stickstoff im Kometwa 1,4 ata verdichtet. Ein Teil dieses Stickstoffs, pressor 26 auf etwa 200 ata verdichtet und in der Anetwa 6000 NmVh, wird mit der Leitung 17 abge- 65 lage abgedrosselt.

zweigt und zur Einstellung des für die Ammoniak- Um die in den Regeneratoren 8 und 9 abgelagerten

synthese notwendigen stöcMometrischen Verhältnisses Verunreinigungen und den Rest des unreinen Stickdem durch die Leitung 32 abziehenden Wasserstoff- Stoffs aus den Reingasregeneratoren zu entfernen, be-

vor in ihnen das reine Gas angewärmt wird, ist ein Spültakt vorgesehen. Durch diesen wird in der dargestellten Schaltphase der Regenerator 40 mit einem Teil des in den Regeneratoren 8 und 9 gereinigten Gases gespült, das von der Pumpe 41 mit Unterdruck durch diesen abgesaugt wird und die Anlage durch die Leitung 42 verläßt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: IO

1. Verfahren zum Erzeugen eines reinen Gases durch Abscheiden von kondensierbaren Bestandteilen aus Gasgemischen in umschaltbaren Tieftemperaturregeneratoren, insbesondere zum Abscheiden von Kohlendioxyd aus Konvertgas, bei dem die abgeschiedenen Bestandteile durch ein in umgekehrter Richtung strömendes, im wesentlichen aus Fremdgas bestehendes Spülgas entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdgasmenge etwa gleich der produzierten Reingasmenge ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Spülen benutzte Fremdgas durch Wärmeaustausch mit gereinigtem, kaltem Rohgas in Reingasregeneratoren gekühlt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das im Hauptregenerator vorhandene Rohgas vor dem Umschalten auf die Spülperiode durch Spülgas verdrängt und in den Rohgasstrom gedrückt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das gereinigte Gas unter höherem Druck die Reingasgeneratoren verläßt, als das Spülgas eintritt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das von kondensierbaren Bestandteilen befreite Rohgas durch weitere Tiefkühlung, partielle Verflüssigung und gegebenenfalls durch eine Wäsche mit flüssigem Gas fern gereinigt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der kondensierbaren Bestandteile durch eine Vakuumpumpe abgesaugt wird, bevor sie durch Spülgas verdrängt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Umschalten der Reingas-Regeneratoren von gereinigtem Gas auf Spülgas das in ihnen enthaltene gereinigte Gas durch Spülgas in den Reingasstrom gedrückt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kälteerzeugung Spülgas in einer Turbine entspannt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kälteerzeugung gereinigtes Gas in einer Turbine entspannt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kälteverluste durch einen Hochdruckkreislauf gedeckt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Spülgas reiner Stickstoff verwendet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Spülgas unreiner, feuchter und C O₂-haltiger Stickstoff verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem unreinen Stickstoff im Reingasregenerator abgeschiedenes Kohleadioxyd und Wasser durch Absaugen und Spülen mit reinem Stickstoff ausgetrieben wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der unreine Stickstoff im Reingasregenerator vor dem Umschalten auf Reingas durch reinen Stickstoff verdrängt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Feinreinigung von Reingas abgetrennte Restgas zur Spülung der Regeneratoren mitverwendet wird.

16. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Gruppen von Regeneratoren und eine Umschaltanordnung, mit der die Funktionen der Regeneratoren innerhalb der Gruppen zyklisch vertauscht werden und die bewirkt, daß in einer Regeneratorengruppe (1 bis 7) ein Wärmeaustausch zwischen Rohgas und Spülgas, in der zweiten Gruppe (8 bis 12) ein Austausch zwischen Spülgas und Reingas eintritt.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die kalten Enden der vom Rohgas durchströmten Regeneratoren der ersten Gruppe mit dem Fuß einer Waschsäule (23) verbunden sind, deren Kopf mit den kalten Enden der Reingasregeneratoren der zweiten Gruppe verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen