DE1941330C

DE1941330C - Process for recovering helium by cryogenic washing

Info

Publication number: DE1941330C
Authority: DE
Inventors: Otto Dipl.-Ing. 6751 Rodenbach Kaiser
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Publication date: 1972-05-10

Description

1 21 2

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewin- nenfuß abgezogene Waschstickstoff ist mit RohgasThe invention relates to a method for scrubbing nitrogen withdrawn with raw gas

nen von Helium aus einem Rohgas, welches im we- gesättigt. Er wird zweckmäßigerweise entspannt, wo-ning of helium from a raw gas, which is saturated in the we. It is expediently relaxed, where-

sentlichen aas Wasserstoff besteht und nur etwa bei das gelöste Gas zusammen mit dem ebenfalls ge-essential aas hydrogen and only about the dissolved gas together with the also produced

I Molprozent Helium enthält lösten rieliumanteil ausgast und aus der Anlage ab-I mole percent helium contains dissolved rielium gas and is removed from the system.

Es sind mehrere Verfahren zur Gewinnung von 5 geführt wird. Diese Ausgasung kann auf verschiedeneThere are several procedures carried out for the extraction of 5. This outgassing can occur in different ways

Helium aus Wasserstoff bekannt. Ein einfaches Ver- Art vorgenommen werden, worauf noch eingegangenHelium known from hydrogen. A simple ver Art can be made, which will be discussed below

fahren besteht darin, den Wasserstoff zu verbrennen. wird. Der so regenerierte Waschstickstoff üann in derdriving consists of burning the hydrogen. will. The scrubbing nitrogen regenerated in this way can be stored in the

Das ist für den Fall, daß sich das Helium in geringer Kolonne erneut als Waschflüssigkeit verwendetThis is for the case that the helium is used again as scrubbing liquid in a small column

Konzentration im Wasserstoff befindet, unwirtschaft- werden.Concentration in the hydrogen will become uneconomical.

lieh, da die Gutschrift für die Wärmeerzeugung nur io Die kleine Heliummenge, die. nach dem Entgasen etwa 4O°/o vom Wert des Wasserstoffs ausmacht. die Trennanlage zusammen mit dem Wasserstoff /er-Weiter ist es bekannt, den Wasserstoff bei etwa 77° K läßt, läßt sich erhalten, wenn ein wasserstouVerdurch Adsorption an Aktivkohle zu entfernen. Für brauchender chemischer Prozeß nachgeschaltet ist, große Wasserstoffmengen ergeben sich dabei jedoch bei dem sich das Helium anreichert und im Gemisch riesiger Adsorber und zu ihrer Abkühlung auf die 15 mit Wasserstoff erneut der Trennanlage zugeführt tiefe Temperatur ein zu hoher Kälteaufwand. Auch wird. Eine derartige Kreislaufschaltung ist beispielsdie Trennung durch Diffusion ist ungünstig, da die weise bei der Ammoniaksynthese möglich.
Trennwirkung schlecht ist und eine große Wandfläche Vorteilhafte Werte für Druck und Temperatur zum erforderlich ist. Durch Anwendung kryogener Tem- Lösen des Wasserstoffs im Flüssigstickstoff liegen bei peraturen ist eine starke Aufkonzentriening des 20 118 Bar und 88° K. Damit läßt sich in der Sumpf-Heliums und die Erzeugung von heliumfreiem flüssigkeit der hohe Wasserstoffgehalt von 33 Mol-Wasserstoff möglich. Bei 30 tiefen Temperaturen sind prozent erreichen.lent since the credit for heat generation was only io The small amount of helium that. after degassing is about 40 per cent of the value of the hydrogen. the separation system together with the hydrogen / it is known that the hydrogen can be kept at about 77 ° K, can be obtained if a waterstuff can be removed by adsorption on activated carbon. For the necessary chemical process is connected downstream, large amounts of hydrogen result, however, in the case of the helium accumulating and in the mixture of huge adsorbers and to cool them down to the low temperature again fed to the separation system with hydrogen, too high a cooling requirement. Also will. Such a cycle circuit is, for example, the separation by diffusion is unfavorable, since this is possible in the ammonia synthesis.
The separation effect is poor and a large wall surface is required. Advantageous values for pressure and temperature are required. By using cryogenic tem- dissolving the hydrogen in the liquid nitrogen at temperatures a strong concentration of 20,118 bar and 88 ° K is possible. This enables the high hydrogen content of 33 mol hydrogen in the sump helium and the production of helium-free liquid. At 30 low temperatures, percent can be achieved.

jedoch alle höher siedenden Verunreinigungen wie Durch eine Erweiterung des erfindungsgemäßen z.B. N₂, Ar, CH₄ fest und mi'ssen vorher durch Verfahrens ist auch die vollständige Gewinnung des ziemlichen Aufwand aus dem Wasserstoff entfernt 25 Heliums aus dem Wasserstoff möglich. Dazu erhält werden, und zwar durch Ausfrieren nach dem Um- die Kolonne unter der Rohgaseinspeisung ein Unterkehrprinzip oder durch Adsorption. Es ist weiterhin teil, in welchem das im Waschstickstoff gelöste Hebekannt, beispielfwcise aus der deutschen Auslege- iium mit heliumireiem Wasserstoff ausgestrippt wird, schrift 1 184 360, Wasserstoff durch eine Stickstoff- Der hierfür erforderliche Stripp-Wasserstoff wird vorwäsche zu reinigen. Eine Anwendung der Stickstoff- 30 teilhafterweise beim Regenerieren des Waschstickwäsche zum Reinigen von Helium erscheint trotz der Stoffs gewonnen. Selbstverständlich können sowohl Tatsache, daß Helium in flüssigem Stickstoff weniger im Rohgas als auch im Waschstickstoff und im löslich ist als Wasserstoff, hier wenig sinnvoll, da das Stripp-Wasserstoff Beimengungen enthalten sein, die zu waschende Helium nur etwa 1 Molprozent vom das Verfahren nicht wesentlich beeinträchtigen.
Rohgas ausmacht. 35 Die Regenerierung des Waschstickstoffes kann auf Der Erfindung liegt d'e Aufgabe zugrunde, ein Ver- verschiedene Art erfolgen und rvjhtet sich weitgehend fahren zum Gewinnen von Helium durch eine Stick- nach den Erfordernissen des Betriebes. Unter Umstoffwäsche zu schaffen, bei dem das Helium nur zu ständen kann auf sie ganz verzichtet werden. Die einetwa 1 Molprozent in einem Rohgas enthalten ist, daj fachste Möglichkeit, den Waschstickstoff zu regenevorwiegend aus Wasserstoff besteht. ',° rieren, besteht in einer Drucksenkung, wobei der Es wurde nun gefunden, daß eine derartige Tief- Wasserstoff ausgast. Durch eine mehrstufige Drucktemperaturwaschung mittels flüssigem Stickstoff in Senkung läßt sich ein Teil des Wasserstoffes bei einer Kolonne durchgeführt werden kann, aus deren höherem Druck und geringerem Sticktoffgehalt geKopf ein Heliumkoiizentrat abgezogen und aus deren winnen, wobei der ausgasende Wasserstoff jeweils Sumpf der beladene flüssige Stickstoff entnommen 45 vor der nachfolgenden Druckstufe in einem Abwird, wenn gemäß der Erfindung das von dem flüs- scheider abgetrennt wird. Der regenerierte Waschsigen Stickstoff im oberen Teil der Kolonne aufge- Stickstoff wird durch eine Pumpe auf den Kolonnennommene Helium durch das Rohgas im unteren Teil d-uck gebracht und erneut auf die Waschkolonne der Kolonne wieder weitgehend ausgetrieben wird. aufgegeben.However, all higher-boiling impurities such as _{Helium can be completely recovered from the hydrogen by expanding the inventive example N 2} , Ar, CH ₄ solid and must beforehand by means of a process. For this purpose, a sweeping principle is obtained, namely by freezing out after the column under the raw gas feed, or by adsorption. It is also part in which the lifting knowledge dissolved in the washing nitrogen, for example from the German interpretation, is stripped out with helium-free hydrogen, writing 1 184 360, hydrogen through a nitrogen- The stripping hydrogen required for this is prewashed. In spite of the substance, it appears that the nitrogen gas can be used to regenerate the washing stick wash for cleaning helium. Of course, the fact that helium in liquid nitrogen is less soluble in the raw gas and in the scrubbing nitrogen and is less soluble than hydrogen than hydrogen, since the stripping hydrogen contains admixtures, the helium to be washed only about 1 mol percent of the process is not essential affect.
Off raw gas. 35 The regeneration of the scrubbing nitrogen can be carried out according to the requirements of the operation. To create under scrubbing, in which the helium only stands, can be completely dispensed with. About 1 mole percent is contained in a raw gas, as the easiest way to regenerate the scrubbing nitrogen consists primarily of hydrogen. '° Center, consists in a pressure reduction, said It has now been found that such a gravure outgas hydrogen. By means of a multi-stage pressure temperature wash using liquid nitrogen, part of the hydrogen can be carried out in a column, from the higher pressure and lower nitrogen content of which a helium centrate can be drawn off and recovered from the column, with the outgassing hydrogen being taken from the bottom of the loaded liquid nitrogen 45 before the subsequent pressure stage in a down if, according to the invention, this is separated from the fluid separator. The regenerated scrubbing nitrogen in the upper part of the column is taken up by a pump onto the column. given up.

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, daß in 5° Bei der vollständigen Heliumgewinnung kann ein der Kolonne ein Heliumkreislauf möglich ist. Im Teil des ausgasenden Wasserstoffs als Stripp-Wasseroberen Teil der Kolonne befindet sich das Helium- stoff verwendet werden. Der erforderliche Strippkonzentrat, so daß der hier zugeführte Waschstick- Wasserstoff kann auch erzeugt werden, indem man stoff viel Helium in Lösung nimmt. Im mittleren Teil den gesättigten Waschstickstoff unter seinem hohen der Kolonne nimmt der Waschstickstoff Wasserstoff 55 Kolonnendruck abkühlt. Dabei wird die Wasserstoffauf. Im unteren Teil der Kolonne wird der Helium- löslichkeit kleiner, so daß Wasserstoff ausgast,
gehalt des Waschstickstoffes durch den Strippeffekt Eine weitere Konzentrierung des sich im Kopf der des Rohgases auf einen kleinen Wert reduziert, der Waschkolonne ansammelnden Heliumkonzentrats läßt sich als Gleichgewicht zu dem niedrigen Helium- sich erreichen, indem eine kleine Menge Waschstickgehalt des Rohgases ergibt. Das aus der Flüssigkeit 60 stoff aus dem Kolonnenfuß abgezogen, tiefgekühlt getriebene Helium wird mit dem Rohgas nach oben und in eine Kühlschlange im Kopf der Waschkolonne transportiert, so daß mit der FußflUssigkcit nur wenig entspannt wird.The invention is based on the idea that a helium cycle is possible in one of the columns during complete helium recovery. In the part of the outgassing hydrogen as the stripping water-upper part of the column there is the helium substance. The necessary stripping concentrate so that the washing nitrogen hydrogen supplied here can also be generated by taking a lot of helium in solution. In the middle part of the saturated scrubbing nitrogen under its high the column, the scrubbing nitrogen takes hydrogen 55 column pressure cools down. In doing so, the hydrogen is In the lower part of the column, the helium solubility decreases, so that hydrogen outgasses,
content of scrubbing nitrogen due to the stripping effect A further concentration of the helium concentrate that accumulates in the head of the crude gas, reduced to a small value, of the scrubbing column, can be achieved in equilibrium with the low helium content by producing a small amount of scrubbing nitrogen in the crude gas. The helium extracted from the liquid 60 from the column foot and driven deeply is transported with the raw gas upwards and into a cooling coil in the head of the scrubbing column, so that the foot liquid is only slightly expanded.

Helium verlorengeht. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der ErWegen der Behandlung des heliumhaltigen Roh- findung wird der aus dem Kolonnenfuß abgezogene gases mit Stickstoff ist das Verfahren besonders dann 6s beladene Waschstickstoff arbeitsleistend entspannt vorteilhaft, wenn bereits im Rohgas Stickstoff vor- und in eine Rektifizierkolonne geleitet, aus deren Fuß iiandcn ist und der bei dem Verfahren anfallende wasserstoffffeier Stickstoff abgezogen wird, der als Stickstoff enthalten darf. Der nm Kolon- Waschflüssigkeit auf die Waschkolonne zurückge-Helium is lost. In an advantageous embodiment of the ErWegen The treatment of the helium-containing raw material is that which is withdrawn from the base of the column gases with nitrogen, the process is relaxed, especially when scrubbing nitrogen is loaded for 6s, to perform work advantageous if nitrogen is already passed upstream and into a rectification column in the raw gas, from the foot of the column iiandcn and the hydrogen-free nitrogen produced in the process is withdrawn, which as May contain nitrogen. The nm column washing liquid is returned to the washing column

530530

1 941 3 3 41 941 3 3 4

geben wird, Aus dem Kopf der Rektifizierkolonne serstoffreichen Dampf, in der Strippkolonne 7 ange stromen Wasserstoff und Stickstof? und gegebenen- langt, kann die Waschflüssigkeit keine zusätzliche falls weitere im Rohgas enthaltene Komponenten, Gasmenge mehr aufnehmen, so daß das mit der Leipraktisch in der Zusammensetzung des Rohgases, tung 10 eingespeiste heliumfreie Strippgas im ganzen jedoch ohne Helium, oder, sofern kein Stripp-Prozeß 5 Bereich der Strippkolonne 7 als Dampf erhalten vorgesehen »st, mit verringertem Heliumgehalt. Ein bleibt. Als Strippgas dient ein Gas, das im wesent-Teil dieses Kopfproduktes kann rückverdichtet und liehen der Zusammensetzung des Rohgases entspricht, als Strippgas verwendet werden. Die Rektifizier- doch enthält es kein Helium. Die Füllkörper der kolonne kann z. B, durch in die Anlage eintretendes Strippkolonne 7 bringen Flüssigkeit und Dampf zum Rohgas beheizt werden. Um ein wasserstofffreies m Stoffaustausch, wobei Helium aus der Flüssigphase Heliumkonzentrat zu erhalten, genügt es, wenn nur in die Dampfphase übergeht und im Dampf nach ein kleiner Teil des beladenen Waschstickstoffes aus oben gefördert wird. Schließlich läßt sich mit der Leidem Kolonnenfuß wasserstofffrei gemacht und auf tung 11 aus dem Kolonnenfluß 12 eine gesättigte den Kopf der Wachkolonne aufgegeben wird, wo- heliumfreie Flüssigkeit abtransportieren, die prakhtngegen ein weiterer Teil mit einem Wasserstoffrest 15 tisch den ganzen in die Kolonne 5 gelangenden Wasbehaftet bleibt und mit einer anderen Pumpe unter- serstoff und Stickstoff enthält. Die WasserstoffkonhaJb der Aufgabestelle des wasserstofffreien Stick- zentration in dieser Flüssigkeit beträgt etwa 33 Molstoffs auf die Waschkolonne aufgegeben wird. prozent.will give, from the top of the rectification column hydrogen-rich vapor, in the stripping column 7 is do hydrogen and nitrogen flow? and given, the washing liquid cannot add any additional if other components contained in the raw gas, absorb more gas, so that with the Leipraktisch in the composition of the raw gas, device 10 fed helium-free stripping gas as a whole but without helium, or, if no stripping process 5, the area of the stripping column 7 is obtained as vapor provided »st, with reduced helium content. One remains. A gas is used as the stripping gas, which in the essential part this top product can be recompressed and lent corresponds to the composition of the raw gas, can be used as stripping gas. The rectifier, however, does not contain helium. The packing of the column can z. B, by entering the plant stripping column 7 bring liquid and vapor to Raw gas can be heated. To a hydrogen-free m mass transfer, with helium from the liquid phase To obtain helium concentrate, it is sufficient if only it changes into the vapor phase and afterwards in the vapor a small part of the loaded scrubbing nitrogen is conveyed from above. Finally one can cope with the suffering Column foot made hydrogen-free and on device 11 from the column flow 12 a saturated one the head of the wax column is abandoned, transporting away helium-free liquid, which is prakhtn against another part with a hydrogen residue 15 table the whole of the column 5 getting into the water remains and contains hypo-hydrogen and nitrogen with another pump. The Hydrogen KonhaJb The point of application of the hydrogen-free nitrogen concentration in this liquid is about 33 molar is abandoned to the wash column. percent.

Der Vorteil des Verfahrens mit arbeitsleistender Im Oberteil der Füll- iirperpackung der Wasch-The advantage of the work-performing process In the upper part of the filler pack of the washing

Entspannung des gesättigten Waschstickstoffs besteht 20 kolonne 6 bildet sich ein lriiumreiches Gaspolster,Relaxation of the saturated scrubbing nitrogen consists of 20 column 6 an irriium-rich gas cushion is formed,

darin, daß sich der Prozeß so gestalten läßt, daß er aus dem das Heliumkonzentrat mittels Leitung 14that the process can be designed in such a way that it can be extracted from the helium concentrate by means of line 14

ohne äußere Wärme-oder Kältequellf auskommt. entnommen wird. Das Heliumkonzentrat enthält indoes not require an external source of heat or cold. is removed. The helium concentrate contains in

Gegenüber den bekannten Verfahren zur Gewin- Höhe der Einspeisestelle des über Leitung 9 eintrenung von Helium aus einem im wesentlichen aus tenden Waschstickstoffs mindestens 1,5 Molprozent Wasserstoff bestehenden Rohgas, in dem das Helium 15 Stickstoff. Ein erheblicher Teil dieser Verunreinigung nur mit etwa einem Molprozent enthalten ist, erfor- läßt sich mit der kleinen Schlange 13 auskondensiedert das erfindungsgemäße Verfahren einen gerin- ren, so daß im durch Leitung 14 abgezogenen Rohgeren Aufwand. Weder werden große Wasserstoff- helium nur noch etwa 0,8 Molprozent Stickstoff cntadsorber benötigt, noch müssen bei einer Helium- halten sind. In der Schlange siedet dicht über der Wasserstoffrektifikation die höhersiedenden Verun- 30 Gefriertemperatur ein Η.,-Ν.,-Naßdampf, der aus einer reinigungen wie N₂, Ar und CH₄ aus dem Wasserstoff kleinen Mengen der 33 Molprozent Wasserstoff entontfernt werden. haltenden Stickstoffflüssigkeit aus Leitung 11 herge-Compared to the known method for the gain of the feed point of the ingress of helium via line 9 from a crude gas consisting essentially of at least 1.5 mol percent hydrogen of scrubbing nitrogen, in which the helium 15 is nitrogen. A considerable part of this impurity is only about one mole percent, and with the small coil 13 condensing out, the method according to the invention requires less, so that there is less effort in the raw material withdrawn through line 14. Large hydrogen helium only about 0.8 mol percent nitrogen adsorbers are not required, nor do they have to be in a helium hold. In the queue, just above the hydrogen rectification, the higher boiling temperatures boil a Η., - Ν., - wet steam, which is removed from the hydrogen in small amounts of 33 mol percent hydrogen _{from a purification such as N 2} , Ar and CH _4. holding nitrogen liquid from line 11

Wie bereits eingangs gesagt, ist das erfindungsge- stellt wird. Dazu wird die Flüssigkeit nach Vorküh-As already said at the beginning, this is an invention. To do this, the liquid is

mäße Verfahren nicht darauf angewiesen, daß Roh- lung im Kühler 15 von dem Drosselventil 16 auf etwaThis method does not rely on the crude in the cooler 15 from the throttle valve 16 to about

gas, Waschflüssigkeit und Strippgas in reiner Form 35 1,5 Bar entspannen.gas, scrubbing liquid and stripping gas in pure form 35 1.5 bar.

vorliegen; es können in ihnen auch Beimengungen Die große Menge Waschstickstof, die über Leienthalten sein, sofern sie den Prozeß nicht stören. tung 9 auf die Waschkolonne 6 aufgegeben werden Der Stickstoff kann sogar entfallen, wobei seine Auf- muß, wird durch Regenerieren des gesättigten Waschgabe, z. B. von Kohlenmonoxyd, Argon oder Methan, Stickstoffs aus dem Kolonnenfiuß 12 zurückgewonnen, übernommen wird. 40 Zunächst gelangt der gesättigte Waschstickstoff durchexist; they can also contain admixtures as long as they do not interfere with the process. device 9 to the scrubbing column 6 are abandoned The nitrogen can even be omitted, whereby its up must be done by regenerating the saturated washing dose, z. B. of carbon monoxide, argon or methane, nitrogen recovered from the column flow 12, is taken over. 40 First, the saturated washing nitrogen passes through

Die Zeichnungen veranschaulichen ein Ausfüh- die Leitung 17 zur Entspannungsmaschine 18, woThe drawings illustrate an embodiment of the line 17 to the expansion machine 18, where

rungsbeispiel der Erfindung. Es zeigt sein Druck von 118 auf etwa 10 Bar gesenkt wird,example of the invention. It shows its pressure is lowered from 118 to about 10 bar,

Fig. 1 ein Schema des erfindungsgemäßen Ver- wobei die Temperatur von etwa 88 auf 72° K sinkt1 shows a diagram of the inventive method, the temperature dropping from about 88 to 72 ° K

fahrens. mit vollständiger Heliumabtrennung und Re- und ein Naßdampf entsteht, dessen Flüssigkeit nurdriving. with complete separation of helium and re-steam and a wet steam, the liquid of which is only

generierung des Waschstickstoffs in einer besonderen 45 noch 2 Molprozent Wasserstoff enthält. Ohne weiteregeneration of the scrubbing nitrogen in a special 45 still contains 2 mol percent hydrogen. Without further

Rektifizierkolonne und Drucksenkung wird dieser in der Flüssigkeit nochRectifying column and pressure reduction, this is still in the liquid

Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Rektifizierkolonne. gelöste Wasserstoff von der Rektifizierkolonne 192 shows a section from the rectification column. dissolved hydrogen from rectifying column 19

Das Verfahren kommt ohne äußere Kälte- und ausgetriebtn. Bei diesem Rektifikationsprozeß befin-The process comes without external cold and expelled. During this rectification process,

Wärmequelle aus. Das zu verarbeitende Rohgas ent- det sich die Flüssigkeit fortwährend im Sicdezustand,Heat source off. The raw gas to be processed is constantly evolving into the liquid in the sicc

hält 1 Molprozent Helium, 84 Molprozent Wasser- ?n so daß ihre Temperatur mit kleiner werdendemholds 1 mole percent helium, 84 mole percent water? n so that their temperature decreases with decreasing

stoff und 15 Molprozent Stickstoff. Wasserstoffgchalt laufend zunimmt. Demzufolge hatsubstance and 15 mole percent nitrogen. Hydrogen content increases continuously. As a result, has

In der Lciiungl wird das Rohgas mit etwa 118 Bar die reine Stickstoffflüssigkeit in ύιτ Abzugslcitung20In the discharge line, the raw gas, at around 118 bar, becomes the pure nitrogen liquid in the discharge pipe20

und 295° K der Tieftemperatur-Anlage zugeführt. eine Temperatur von 103 K.and 295 ° K fed to the cryogenic system. a temperature of 103 K.

Es kühlt sich in den Wärmeübertragern 2, 3 und 4 Für die Erwärmung der großen beim Rcktifikationsab und gelangt mit etwa 87° K durch die Leitung 8 55 prozcß nnch unten rieselnden Fliissigkcitsmcnge und in die Kolonne 5. Das Oberteil dieser Kolonne ist für die Erzeugung der, notwendigen Dampfes reicht eine Waschkolonnc 6 und das Unterteil eine Stripp- die Heizleistung des Wärmeübertragers 3, also des kolonne 7, In der Waschkolonne 6 werden das Roh' Stickstoffverdampfers, allein nicht aus. Deshalb wird gas aus Leitung 8 und der Strippdampf aus der die Wärme, welche bei der notwendigen Abkühlung Strippkolonne 7 in flüssigem Stickstoff bis auf einen 60 des reinen Flüssigstickstoffs frei wird, ausgenutzt, sich bildenden kleinen heliumreichen Dampfrest ge- Dazu wird der mit der Abzugsleitung 20 abgezogene löst. Die Strippkolonne 7 verhindert, daß der Helium- flüssige Stickstoff oberhalb des Sumpfes in die Rekanteil, welcher in der Flüssigkeit aus der Wasch- tifizierkolonne 19 zurückgcleitet, und zwar in das unkolonne 6 gelöst ist, nach unten aus der Kolonne S tere Rohrnest 34, von dem aus Rohre 21 senkrecht entweicht. 65 nach oben durch die Rektifizierkolonne 19 führen.It cools down in the heat exchangers 2, 3 and 4 for the heating of the large ones during the rectification and reaches about 87 ° K through the line 885 process liquid flowing down below and into the column 5. The upper part of this column is for the generation of the A scrubbing column 6 and the lower part a stripping is sufficient for the necessary steam. Therefore, the gas from line 8 and the stripping steam from which the heat, which is released during the necessary cooling of the stripping column 7 in liquid nitrogen except for one of the pure liquid nitrogen, is used withdrawn solves. The stripping column 7 prevents the helium-liquid nitrogen above the sump in the recirculation fraction, which slides back in the liquid from the washing column 19, namely in the non-column 6, down from the column S tere tube nest 34, from which escapes vertically from pipes 21. 65 lead up through the rectification column 19.

Durch die Leitung 9 strömt reiner Waschslickstoff Die Rohre 21 münden in das obere Rohrnest 35, vonPure scrubbing nitrogen flows through the line 9. The pipes 21 open into the upper pipe nest 35, from

über die Füllkörper der Waschkobnne 6 nach unten dem aus der abgekühlte flüssige Waschstickstoff überAbout the packing of the washing tub 6 down from the cooled liquid washing nitrogen over

und sättigt sich mit dem nach oben strömenden was- Leitung 36 aus der Rektifizierkolonne 19 abgezogenand is saturated with the upwardly flowing water line 36 withdrawn from the rectification column 19

1 94Ί1 94Ί

wird. Die Rohre 21 durchstoßen unter Ausbildung von Ringspiiltcn die Kolonnenboden, die als Schikancblcchc 33 ausgebildet sind.will. The tubes 21 pierce with training from the ring bowls to the column bottoms, which are used as chicancblcchc 33 are formed.

Jedes Schikancblech hai ein niedriges Flüssigkeitsbad und läßt nur an den Ringspalten zu den Rohren Flüssigkeit nach unten durch, so daß sich auf den Rohren Rieselfllme bilden. Der Dampf wird zwischen den Blechen und Rohren hin und her nach oben geführt. Each baffle plate has a low liquid bath and only allows liquid to pass downwards at the annular gaps to the pipes, so that trickling films form on the pipes. The steam is guided back and forth between the metal sheets and pipes.

Nach weiterer Tiefkühlung im Regulier-Wärmeübertrager 22 und im Vorwärmer 23 wird der reine flüssige Stickstoff mit der Pumpe 24 auf den Kolonnendruck gebracht. Durch Betätigung der beiden Ventile 25 wird die Menge des durch den Regulier-Wärmeübertragers 22 fließenden hochgespannten »5 Waschstickstoffstromes geregelt, so daß die Kolonne 5 im gewünschten Temperaturbereich gehalten werden kann. Zugleich wird die Eintrittstemperatur der Pumpe 24 stets auf dem Wert von etwa 74 K gehalten, um fUr eine möglichst niedrige Pumpenarbeit ein ao kleines Flüssigkeilsvolumen zu erzielen.After further deep freezing in the regulating heat exchanger 22 and in the preheater 23, the pure liquid nitrogen with the pump 24 brought to the column pressure. By pressing the two Valves 25, the amount of high voltage flowing through the regulating heat exchanger 22 becomes »5 Controlled scrubbing nitrogen flow, so that the column 5 can be kept in the desired temperature range can. At the same time, the inlet temperature of the pump 24 is always kept at a value of about 74 K in order to ensure that the pump work is as low as possible to achieve small liquid wedge volume.

Der aus dem Kopf der Rektifizierkolonne 19 durch Leitung 26 austretende Dampf hat praktisch Rohgaszusammensetzung, enthält aber kein Helium. Nach Erwärmung wird ein Teil dieses Gases abgezweigt, *5 mit dem Kompressor 27 auf Kolonendruck verdichtet, in den Wärmeübertragern 2, 3 und 4 abgekühlt und als Strippgas in die Strippkolonne 7 geleitet. Das H.,-N_ä-Produki enthält fast die ganze Rohgasmenge und verläßt die Tieflcmpcraturanlage mit etwa 9,5 Bar durch Leitung 28. The steam emerging from the top of the rectification column 19 through line 26 has practically a raw gas composition, but does not contain any helium. After heating, part of this gas is branched off, compressed to column pressure with the compressor 27, cooled in the heat exchangers 2, 3 and 4 and passed into the stripping column 7 as stripping gas. The H, -. N _ä -Produki contains almost all the raw gas and leaves the Tieflcmpcraturanlage with about 9.5 bar by line 28.

Mit der Anlage verbunden ist eine Adsorptionseinrichtung 29, die bei tiefer Temperatur das Rohhelium aus Leitung 14 zu Reinhelium verarbeitet, das durch Leitung 30 abgezogen wird. Dieser Heliumreiniger ist in der Zeichnung nur symbolisch dargestellt, da sein Aufbau für die Erfindung unwesentlich ist. Die Adsorptionseinrichtung 29 wird mit Kälte in Form von flüssigem Stickstoff über Leitung 31 beliefert und gibt diesen in Leitung 32 ah Dampf zurück.Connected to the system is an adsorption device 29 which, at low temperature, feeds the crude helium processed from line 14 to pure helium, which is withdrawn through line 30. This helium cleaner is shown only symbolically in the drawing, since its structure is not essential for the invention. The adsorption device 29 is with cold in the form of Liquid nitrogen is supplied via line 31 and returns this steam in line 32.

Der Kältehaushalt der gesamten Anlage wird allein durch die Entspannungsmaschine 18 bestritten. Diese schafft wesentlich mehr Energie aus der Anlage hinaus als durch die Pumpe 24 hereinkommt.The cold balance of the entire system is alone disputed by the relaxation machine 18. This creates significantly more energy from the system than comes in through the pump 24.

Tn Fi g. 2 ist ein Teil der Rektifizierkolonne 19 vergrößert dargestellt. Die Strömungsrichtung des reinen Waschstickstoffs in den Rohren 21 ist durch Pfeile 37. die des Dampfes durch einen Pfeil 38 gekennzeichnet. Tn Fi g. 2, part of the rectifying column 19 is shown enlarged. The direction of flow of the pure scrubbing nitrogen in the pipes 21 is indicated by arrows 37, and that of the steam is indicated by an arrow 38.

Claims

Patent claims:

1. Process for obtaining helium from a raw gas, which essentially consists of hydrogen and contains only about 1 mol percent helium , by low-temperature washing using liquid nitrogen in a column, from the top of which helium concentrate is withdrawn and from the bottom of which the laden liquid nitrogen is withdrawn, characterized in that the helium absorbed by the liquid nitrogen in the upper part of the column (6) is largely driven out again by the raw gas in the lower part of the column (5).

2. The method according to claim 1, in which the entire ge contained in the crude gas helium is extracted , characterized in that the helium content dissolved in the bcla which scrubbing nitrogen is expelled in a downstream stripping column (7) by lielium-free stripping hydrogen and Z'wammen with the stripping -Hydrogen and is passed with the raw gas into the foot of the column (6).

3. The method according to claim 2, characterized in that the required helium-free stripping hydrogen is obtained from the liquid withdrawn at the foot of the stripping column (7), loaded with hydrogen and possibly contaminated with other components, the required helium-free stripping hydrogen by this high hydrogen-containing liquid is relaxed to lower pressure or cooled at high column pressure.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that at least part of the loaded scrubbing nitrogen is relaxed and nitrogen liquid is obtained which contains little or no hydrogen and is applied as scrubbing liquid to the top of the column by a pump (24).

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannung des Waschstickstoffs arbeitsleistend erfolgt.5. The method according to claim 4, characterized in that the relaxation of the scrubbing nitrogen takes place in a work-performing manner.

6. The method according to any one of Atoprüche 1 to 5. characterized in that a small part of the laden washing nitrogen is cooled and relaxed in a cooling coil (13) in the top of the column (6).

1 sheet of drawings