DE1551607B1 - Verfahren zur Tieftemperatur-Rektifikation eines Gasgemisches - Google Patents
Verfahren zur Tieftemperatur-Rektifikation eines GasgemischesInfo
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Claims (2)
1 2
Verfahren zur Tieftemperatur-Rektifikation eines Durch die erfindungsgemäße Herstellung eines käl-
Gasgemisches, bei dem das zu zerlegende Gas- teren und eines wärmeren Speisestromes wird ohne
gemisch in zwei Teilströme verschiedenen spezifischen zusätzliche Exergiezufuhr erreicht, daß sich die Rek-Hüssigkeitsgehaltes
aufgeteilt und der Teilstrom mit tifikationslinien in zwei Punkten unterhalb der Gleichdem
höheren Flüssigkeitsgehalt einige Böden ober- 5 gewichtskurve schneiden, die Rektifikation somit
halb der Einspeisestelle des Teilstromes mit dem möglich ist. In F i g. 2 ist ζ die Zusammensetzung des
niedrigeren Flüssigkeitsgehalt in eine Rektifikations- zu zerlegenden Gasgemisches und FID das Verhältkolonne
entspannt wird. nis Flüssigkeitsmenge zu Dampfmenge eines Teil-Bekanntlich
läßt sich die Rektifikation leichter stromes. Die beiden aus dem zu zerlegenden Gasdurchführen,
wenn man das zerlegende Gasgemisch io gemisch hergestellten Naßdampfströme haben beim
vor Eintritt in die Kolonne in zwei Teilströme mit Eintritt in die Kolonne zwar die gleiche Zusammenverschiedenem
Flüssigkeitsgehalt aufteilt. Dies wird Setzung und zusammen auch die gleiche Energie
erreicht, indem der eine Teilstrom durch eine (Enthalpie) wie der unauf geteilte Gasstrom, sie haben
Wärmequelle erwärmt und der andere durch eine aber eine größere Exergie als ein ohne Aufteilung
Kältequelle abgekühlt wird. Der erste Teilstrom be- 15 entspannter Speisestrom. Entsprechend ihrem untersteht
dann aus flüssigkeitsarmem Naßdampf, der schiedlichen Verhältnis von Flüssigkeitsmenge zu
zweite aus flüssigkeitsreichem Naßdampf. Der zweite Dampfmenge haben sie unterschiedliche Temperatu-Teilstrom
wird einige Böden oberhalb des ersten in ren. Die nicht umkehrbare Drosselung des zu zerdie
Rektifikationskolonne geleitet. legenden Gasgemisches auf Kolonnendruck wird Bei diesem Verfahren wird mit der erwähnten 20 durch die Aufteilung reversibler durchgeführt, so daß
Wärme- und Kältequelle dem zu zerlegenden Gas- weniger Arbeitsfähigkeit bei der Drucksenkung vergemisch
Exergie zugeführt. Die Erfindung hat die lorengeht und so mehr Exergie für die Rektifikation
Aufgabe, ein Rektifikationsverfahren mit Speise- zur Verfügung steht.
Stromaufteilung durchzuführen, ohne daß dem Speise- Fig. 3 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren mit
strom Exergie zugeführt werden muß, wobei unter 25 einer Aufteilung des Speisestromes in drei Teilströme.
Exergie der Teil der Energie verstanden wird, der Es wurden die gleichen Bezugszeichen verwendet wie
sich in Arbeit verwandeln läßt (technische Arbeits- in Fig. 1, soweit es sich um gleiche Anlagenteile
fähigkeit). handelt. Das Gasgemisch 12 wird zunächst in zwei
Dies wird dadurch erreicht, daß der eine Teilstrom Teilströme aufgeteilt. Der erste wird im Drosselnach
seiner Entspannung Kälte an den anderen Teil- 30 ventil 1 auf Kolonnendruck entspannt, im Wärmestrom
abgibt und dann in die Kolonne geleitet wird, austauscher 2 angewärmt und über Leitung 3 in die
während der andere, nunmehr abgekühlte Teilstrom Rektifizierkolonne 4 geleitet. Der zweite wird im
ebenfalls entspannt wird und einige Böden oberhalb Wärmeaustauscher 2 abgekühlt und dann erneut in
des ersten Teilstromes in die Kolonne strömt. zwei Teilströme aufgeteilt. Von diesen wird der eine
Eine geringfügige Verbesserung dieses Verfahrens 35 im Drosselventil? auf Kolonnendruck entspannt, woläßt
sich dadurch erreichen, daß der zweite ab- bei er sich abkühlt, im Wärmeaustauscher 8 wieder
gekühlte Teilstrom vor dem Entspannen ebenfalls etwas erwärmt und über Leitung 9 einige Böden
in zwei Teilströme aufgeteilt wird, von denen der oberhalb der Zuflußstelle des ersten Teilstromes in
eine wiederum nach Entspannung Kälte an den an- die Rektifizierkolonne 4 geleitet. Der andere wird im
deren abgibt und in die Kolonne geht, und der an- 40 Wärmeaustauscher 8 abgekühlt, im Drosselventil 10
dere danach ebenfalls entspannt und einige Böden auf Kolonnendruck entspannt und über Leitung 11 in
weiter oben in die Kolonne geführt wird. die Rektifizierkolonne 4 geleitet. Dies ist der kälteste
Die Erfindung wird nun an Hand eines Beispiels, Teilstrom mit dem höchsten Flüssigkeitsgehalt. Er
der Zerlegung eines Zweistoffgemisches, näher erläu- wird deshalb einige Böden höher als die beiden antert.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf 45 deren Teilströme in die Rektifizierkolonne 4 geführt.
Zweistoffgemische beschränkt. In der Zeichnung zeigt Als praktisches Beispiel für die Anwendung des
Fi g. 1 das Verfahrensschema einer Aufteilung in erfindungsgemäßen Verfahrens sei die Zerlegung
zwei Teilströme, eines Gemisches aus 50 Molprozent N2 und 50 MoI-
Fig. 2 das zugehörige McCabe-Thiele-Diagramm prozent CH4 genannt (Stickstoffentfernung aus Erd-
und 50 gas). Der kostensparende Doppelsäulenprozeß, wie er
Fig. 3 das Verfahrensschema einer Aufteilung in für die Luftzerlegung bekannt ist, läßt sich trotz des
drei Teilströme. hohen CH4-Gehaltes durchführen, indem der für die
Nach F i g. 1 wird das zu zerlegende Gasgemisch Niederdrucksäule vorgesehene Speisestrom aufgeteilt
12 in zwei Teilströme aufgeteilt. Der erste gelangt wird. Der Speisestrom für die Niederdrucksäule ist
nach Entspannung im Drosselventil I und Anwär- 55 das flüssige Rohmethaö aus dem Sumpf der Mittelmung
im Wärmeaustauscher 2 als flüssigkeitsarmer drucksäule. Ohne diese Aufteilung könnte das
Naßdampf 3 in die Rektifizierkolonne 4. Der zweite N2/CH4-Gemisch nur unter Mitwirkung eines Kreis-Teilstrom
wird zunächst im Wärmeaustauscher 2 ab- laufes in reines Methan und reinen Stickstoff zerlegt
gekühlt, dann im Drosselventil 5 entspannt und ge- werden.
langt als flüssigkeitsreicher Naßdampf 6 einige Böden 60 τ»,,+=«+™««·™,··,.!,»,
ι. t. it. j % α ο j. 11 j j. m ·, f" ■ .Patentansprüche:
oberhalb der Zuflußstelle des ersten Teilstromes in r
die Rektifizierkolonne 4. 1. Verfahren zur Tieftemperatur-Rektifikation
Im zugehörigen McCabe-Thiele-Diagramm nach eines Gasgemisches, bei dem das zu zerlegende
Fig. 2 erkennt man, daß eine Rektifikation ohne Gasgemisch in zwei Teilströme verschiedenen
Speisestromaufteilung oder zusätzliche Kolonnen- 65 spezifischen Flüssigkeitsgehaltes aufgeteilt und
kopfkühlung und Kolonnenfußheizung nicht möglich der Teilstrom mit dem höheren Flüssigkeitsgehalt
ist, da sich die zwei äußeren Rektifikationslinien jen- einige Böden oberhalb der Einspeisestelle des
seits der Gleichgewichtskurve im Punktet schneiden. Teilstromes mit dem niedrigeren Flüssigkeits-
gehalt in eine Rektifizierkolonne entspannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der eine
Teilstrom nach seiner Entspannung Kälte an den anderen Teilstrom abgibt und dann in die
Kolonne geleitet wird, während der andere, nunmehr abgekühlte Teilstrom ebenfalls entspannt
wird und einige Böden oberhalb des ersten Teilstromes in die Kolonne strömt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite abgekühlte Teilstrom
vor dem Entspannen ebenfalls in zwei Teilströme aufgeteilt wird, von denen der eine
wiederum nach Entspannung Kälte an den anderen abgibt und in die Kolonne geht und der andere
danach ebenfalls entspannt und einige Boden weiter oben in die Kolonne geführt wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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