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DE921156C - Verfahren zur Zerlegung von Gasgemischen - Google Patents

Verfahren zur Zerlegung von Gasgemischen

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Publication number
DE921156C
DE921156C DEA13199A DEA0013199A DE921156C DE 921156 C DE921156 C DE 921156C DE A13199 A DEA13199 A DE A13199A DE A0013199 A DEA0013199 A DE A0013199A DE 921156 C DE921156 C DE 921156C
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DE
Germany
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column
volatile
volatile component
heat
evaporation
Prior art date
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Expired
Application number
DEA13199A
Other languages
English (en)
Inventor
Alfred Etienne
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Application granted granted Critical
Publication of DE921156C publication Critical patent/DE921156C/de
Expired legal-status Critical Current

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Description

Die Erfindung betrifft Verbesserungen bei der Zerlegung von Gasgemischen, natürlichen Gasen, den von den verschiedenen Behandlungen der Steinkohle herrührenden Gasein und ihren Abkömmlingen, den flüchtigen Erzeugnissen der Petroleumdestillation uisw., durch Verflüssigung und Rektifikation). Diese Zerlegung erfolgt meistens in einer oder mehreren Kolonnen, deren jede an ihrem unteren Teil erwärmt und an ihrem oberen TeH gekühlt wird. Diese Erwärmung und diese Kühlung erfolgen im allgemeinen, durch Wärmeaustausch entweder mit dem zu zerlegenden Gemisch oder mit dem flüchtigsten, aim oberen Ende austretenden Bestandteil (Stickstoff im Falle von Luft), welcher zu diesem Zweck wieder verdichtet wird.
Es ist ferner bekannt, für die Kühlung des obersten Teils der Kolonne durch mittelbare Berührung den am wenigsten flüchtigen Bestandteil, d.h. Sauerstoff im Falle won Luft, nach einer seine Temperatur hinreichend erniedrigenden Entspannung zu benutzten.
Die Erfindung benutzt die Kühlung des obersten Teils der Kolonne zur Kondensation der verhältnismäßig flüchtigen Bestandteile auf eine erweiterte kombinierte Art und Weise und ist dadurch gekennzeichnet, daß für diese Kühlung die Verdampfung des am wenigsten flüchtigen Bestandteils verwendet wird und daß der am wienigsten flüchtige Bestandteil nach dieser Verdampfung und nach Entziehung des das hergestellte Erzeugnis bildenden Teils ver-
dichtet und zur Erwärmung der Kolonne an ihrem unteren Teil benutzt wird. Diese Erwärmung kann sowohl durch unmittelbare als auch durch mittelbare Berührung erfolgen.
Die Kühlung des obersten Teils erfolgt mittels Wärmeaustausch durch mittelbare Berührung entweder mit dem am wenigsten flüchtigen Bestandteil, der hierdurch verdampft wird oder mit einem Hilfsström-ungsimittel, welches flüchtiger ist als der
ίο am wenigsten flüchtige Bestandteil, und vorzugsweise durch den flüchtigen Bestandteil des zu zerlegenden Gemischs gebildet wird. Dieses in gasförmigem Zustand entnommene Strömungsmittel wird verdichtet und hierauf durch Wärmeaustausch mit dem schwer siedenden Bestandteil verflüssigt. Nach der Entspannung verdampft es unter Abkühlung des oberen Teils der Kolonne. Der durch seinen Wärmeaustausch mit dem Hilfsströmungsmittel wieder erwärmte schwer siedende Bestandteil wird nach seiner Wiederverdichtung für die Erwärmung des unteren Teils der Kolonne in der obenerwähnten Weise benutzt.
Die Erfindung betrifft insbesondere den. Fall, daß die Kolonne entweder infolge der chemischen Zusammensetzung des zu zerlegenden Gemischs oder infolge des physikalischen Zustandes desselben (was bei gewissen, unter einem hohen Druck austretenden natürlichen Gasen der Fall ist) oder, falls ein in geringer Menge in einem weniger flüchtigen Bestandteil gelöstes verhältnismäßig flüchtiges Erzeugnis ausgeschieden werden soll, mit einem verhältnismäßig hohen Druck arbeiten muß.
Dies ist z. B. bei einem Gemisch der Fall, welches aus ι ο o/o Äthylen; und Äthan besteht, wobei diese Stoffe bei Atmosphärendruck bei —103 bzw. 7—89° sieden.
Die nachstehenden Figuren zeigen schematisch einige Ausführungsbeispiele der Erfindung. ..
Abb. ι zeigt die Behandlung eines Äthan-Äthylcn-Gemischs mit dem obigen Mischungsverhältnis. Sie zeigt die unmittelbare Erwärmung des unteren Teils der Kolonne durch Einführung des weniger flüchtigen Bestandteils des Gemischs in gasförmigem Zustand.
Abb. 2 zeigt eine Abwandlung, bei welcher die unmittelbare Erwärmung des unteren Teils der Kolonne durch die Wärme erfolgt, welche bei der Verflüssigung des weniger flüchtigem Bestandteils unter Druck erzeugt wird, wobei das zu zerlegende Gemisch das gleiche wie auf Abb. 1 ist.
Abb. 3 ist ein Beispiel der Anwendung auf die Fraktionierung eines unter einem hohen Druck austretenden natürlichen Gases.
Abb. 4 ist «η Anwendungsbeispiel für die Kühlung des oberen Teils der Kolonne durch ein Hilfsströmungsmittel, welches einen Kreislauf durchläuft und selbst mittelbar durch den am wenigsten flüchtigen Bestandteil gekühlt wird.
In Abb. ι tritt das Äthan-Äthylen-Gemisch, welches vorher durch Wärmeaustausch mit den abgeschiedenien Erzeugnissen auf die Nähe seiner Verflüssigungstemperatur abgekühlt wurde, bei 11 in eine Rektifizierkolanne 10 ein. Der am wenigsten flüchtige Bestandteil, d. h. im vorliegenden Falle das Äthan, tritt am Fuße der Kolonne durch das Rohr 1 in flüssigem Zustande aus. Er wird durch das Ventil 2 bis in die Nähe des Atmosphärendrucks entspannt und tritt in den Kondensator 3, in welchem er durch die mittelbare Berührung mit dem Äthylen, welches er teilweise verflüssigt, verdampft. Am Ausgang des Kondensators verläßt ein Teil des Äthans den Apparat bei 12, um seine Kälte mit dem zu zerlegenden Gemisch ,auszutauschen und aufgefangen zu werden. Der Rest des Äthans strömt durch den Austauscher 4, wird bei 5 auf den in der Kolonne herrschenden Druck verdichtet, in dem Austauscher^ durch das zu dem Verdichter strömende Gas gekühlt und bei 6 in die Kolonine eingeführt', welche er erwärmt. Das Äthylen verläßt die Kolonne an ihrem oberen Teil durch das Rohr 13.
Bei Abb. 2 erfolgt die Erwärmung des Fußteils der Kolonne durch eine Rohrschlange 7, in welcher sich der am wenigsten flüchtige Bestandteil des Gemischs nach Verdichtung bei 5 verflüssigt. Er wird hierauf bei 8 entspannt und trägt zu der Kühlung des Kondensators 3 bei, in welchem er zu dem Anteil desselben Bestandteils hinzutritt, welcher ,an dem Fuß der Kolonne durch das Rohr 1 ausgetreten ist. . 9"
Abb. 3 zeigt 'ein weiteres Anwenduingsbeispiel der Erfindung für die Zerlegung eines Gemischs von Stickstoff und Methan, welches von. einem natürlichen Gas herrührt, dessen am wenigsten flüchtige Bestandteile vorher durch Kondansation durch Wärmeaustausch mit den Erzeugnissen der Rektifikation ausgeschieden wurden.
Das zu zerlegende Gemisch, welches sich bei dem in· der Kolonne herrschenden Druck, d.h. bei 20 bis 3 ο Atm., in der Nähe seines Verflüssigungspunktes befindet, tritt bei 1 in die Kolonne ι ο ein, wo es im Gegenstrom mit der von der Kondensation des Methans herrührenden Flüssigkeit aufsteigt. Diese Kondensation erfolgt auf zwei- verschiedenen Hohen dank der Kondensatoren 2 und 3, in welchen das bei 4 in flüssigem Zustand an dem Fußteil der Kolonne austretende Methan bei zwei verschiedenen Drücken verdampft, z.B. bei 9Atm. bei 2 und 4 Atm. bei 3. Hierfür wird dieses Methan nach Kühlung in dem Austauscher/ durch Wärmeaustausch mit dem am Kopf der Kolonne austretenden Stickstoff, wie weiter unten ausgeführt, in zwei Teile geteilt, von denen der eine bei 8 auf einen Druck von 9 Atm. entspannt wird, den Kondensator 2 kühlt und den Apparat in gasförmigeim Zustand bei 9 verläßt, um außen aufgefangen zu werden, nachdem er seine Kälte an die zu trennenden Roherzeugnisse in nicht dargestellten Austauschern abgegeben hat. Der andere Teil strömt durch den Austauscher 11, wird dann bei 14 auf einen Druck von 4 Atm. entspannt und kühlt den Kondensator 3, aus welchem er in gasförmigem Zustand austritt, worauf er bei 12 nach Wärmeaustausch mit dem verdichteten Gas bei 13 verdichtet wird. Er tritt daran bei 14 von neuem in die Kolonne zur Erwärmung derselben ein.
Der bei s an der Spitze der Kolonne austretende gasförmige Stickstoff wird unter Leistung von äußerer Arbeit in dem doppelten Eintspanner ι S entsprechend der französischen Patentschrift 937 022 entspannt. Die durch diese Entspannung erzeugte Abkühlung dient zur teilweisen Verflüssigung des unter Druck stehenden Stickstoffs in dem Austauscher 16. Der verflüssigte Teil kehrt bei 6 in die Kolonne zurück, während der gasförmig gebliebene Teil aus dem Austauscher bei 17 austritt, um seine Kälte mit den eintretenden Roherzeugnissen auszutauschen., bevor er bei 18 nach außen abgeführt wird.
In Abb. 4 tritt das zu zerlegende Gemisch, von dem angenommen ist, daß es aus zwei Bestandteilen, einem schwer siedenden und einem leicht siedenden, besteht, bei 1 in die Kolonne 10 ein. Der an dem Fuß austretende schwer siedende Bestandteil wird bei 2 entspannt und gibt seine Kälte in dem Aus-
ao tauscher 3 an den zur Kühlung der Spitzte der Kolonne verwendeten Hilfsstoff (hier den leicht siedenden Bestandteil) ab. Der das aufgefangene Erzeugnis bildende Teil wird bei 12 abgeführt. Der Rest wird wie bei den in Abb. 1 und 2 dargestellten Beispielen bei 5 mit Wärmeaustausch bei 4 wieder verdichtet, bevor er bei 6 den Fuß der Kolonne erwärmt.
Der als Hüfsstoff benutzte und unter Druck in dem Austauscher 3 verflüssigte leicht siedende Bestandteil wird bei 7 entspannt und kühlt unter Verdampf ung den Kondensator 8 an der Spitze der Kolonne. Hierauf wird er bei 9 wieder verdichtet, wobei bei 11 ein Wärmeaustausch mit dem noch nicht verdichteten Gas stattfindet, und kehrt in den Austauscher 3 zurück, wo er sich von neuem verflüssigt. Der in der Kolonne aufsteigende Teil des leicht siedenden Bestandteils, welcher nicht in dem Kondensator 8 verflüssigt wird, verlaßt die Kolonne in gasförmigem Zustand bei 13.

Claims (4)

  1. Patentansprüche-.
    i. Verfahren zur Zerlegung von, Gasgemischen durch Verflüssigung und Rektifikation, bei welchem die Kondensation der verhältnismäßig flüchtigen Bestandteile durch Kühlung am oberen Teile einer Kolonne erfolgt, dadurch gekennzeichnet, 'daß für diese Kühlung die Verdampfung des am wenigsten flüchtigen Bestandteils verwendet wird und daß der am wenigsten flüchtige Bestandteil nach dieser Verdampfung und nach Entziehung des das herzustellende Erzeugnis bildenden Teils verdichtet und zur Erwärmung der Kolonne an ihrem unteren Teil benutzt wird (Abb. 1 bis 4).
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der am wenigsten flüchtige Bestandteil nach seinem Austritt am Fuße (4) der Kolonne und vorzugsweise· nach Wärmeaustausch (in 7) mit einem Erzeugnis der Rektifikation in zwei Teile aufgeteilt wird, wovon der eine als endgültiges Erzeugnis (durch 9) ausgetragen wird, während der andere zur Kondensation des verhältnismäßig flüchtigen Bestandteils im oberen Teile (3) der Kolonne und hierauf zur Erwärmung der Kolonne an ihrem unteren Teil (4) verwendet wird (Abb. 3).
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem das am oberen Ende der Kolonne (durch 5) austretende verhältnismäßig flüchtige Gas dadurch abgekühlt und teilweise verflüssigt wird, daß es in Wärmeaustausch (in 16) mit dem aus dieser Verflüssigung herstammenden, unter Leistung äußerer Arbeit (in 15) entspannten gasförmigen Rückstand gebracht wird, wobei die erhaltene Flüssigkeit im oberen Teil der Kolonne (durch 6) als Rückfluß verwendet wird, und daß der gasförmige Rückstand hierauf dadurch erwärmt wird, daß er (in 11 und 7) in Wärmeaustausch mit wenigstens einem Teil des am wenigsten flüchtigen, am Fuße der Kolonne ausgetragenen Bestandteils gebracht wird, worauf dieser Rückstand (durch 18) außen als Enderzeugnis aufgefangen wird (Abb. 3).
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfung (in 3) des am wenigsten flüchtigen Bestandteils zur Verflüssigung eines Hilfsgases benutzt wird, das flüchtiger ist als der am wenigsten flüchtige Bestandteil und ,nach seiner die Kühlung des oberen Teils (8) der Kolonne bewirkenden Verdampfung verdichtet (in 9) und durch Wärmeaustausch (in 3) mit dem am wenigsten flüchtigen Bestandteil wieder verflüssigt wird, der seinerseits zur Erwärmung der Kolonne an ihrem unteren Teil (6) benutzt wird, wobei gegebenenfalls als Hilfsgas der flüchtigste Bestandteil des Gasgemischs benutzt wird (Abb. 4).
    Angezogene Druckschriften:
    Deutsche Patentschriften Nr. 312639, 387704; USA.-Patentschrift Nr. 1 521 115;
    Fr. B ο s η j a k ο ν i 6 : »Technische Thermodynamik«, II. Teil, Abschnitt »Wärmepumpe«, S. 138 bis 142, Dresden und Leipzig, 1937.
    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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