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DE102014015040A1 - Process and plant for processing a gas mixture - Google Patents

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DE102014015040A1
DE102014015040A1 DE102014015040.2A DE102014015040A DE102014015040A1 DE 102014015040 A1 DE102014015040 A1 DE 102014015040A1 DE 102014015040 A DE102014015040 A DE 102014015040A DE 102014015040 A1 DE102014015040 A1 DE 102014015040A1
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low
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neon
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DE102014015040.2A
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Hadelin Bogers
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Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Publication date
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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Bearbeitung eines überwiegend Stickstoff, Wasserstoff und wenigstens zwei Edelgase, darunter Helium und Neon enthaltenden ersten Gasgemischs in einer Trennanlage (100) vorgeschlagen, bei dem in dem ersten Gasgemisch enthaltene Wasserstoff in einem Reinigungsschritt in einer Reinigungseinrichtung (10) zumindest zum Teil mit zu dem ersten Gasgemisch zugegebenem Sauerstoff katalytisch zu Wasser umgesetzt und dieses unter Verbleib eines zweiten Gasgemischs zumindest zum Teil aus dem ersten Gasgemisch abgeschieden wird und das zweite Gasgemisch (20) zumindest zum Teil in eine Trenneinrichtung (20) überführt wird, in der jeweils zumindest zeitweise ein oder mehrere, an wenigstens einem der Edelgase reiche Gasprodukte erzeugt und aus der Trennanlage (100) ausgeleitet und ein oder mehrere weitere Gasgemische erzeugt und in einen Niederdruckspeicher (3) überführt werden. Es ist vorgesehen, dass in der Trennanlage (100) der Inhalt des Niederdruckspeichers (3) zumindest zeitweise als Teil des ersten Gasgemischs dem Reinigungsschritt zugeführt wird und das zweite Gasgemisch der Trenneinrichtung unter Umgehung des Niederdruckspeichers (3) zugeführt wird. Eine zur Durchführung des Verfahrens eingerichtete Trennanlage (100) ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.A method is proposed for processing a predominantly nitrogen, hydrogen and at least two noble gases, including helium and neon-containing first gas mixture in a separation plant (100), in which hydrogen contained in the first gas mixture in a cleaning step in a cleaning device (10) at least Part with added to the first gas mixture oxygen catalytically converted to water and this is at least partially separated leaving a second gas mixture from the first gas mixture and the second gas mixture (20) is at least partially transferred to a separator (20), in each case at least temporarily generated one or more, at least one of the noble gases rich gas products and discharged from the separation plant (100) and one or more further gas mixtures are generated and transferred into a low pressure accumulator (3). It is envisaged that in the separation plant (100) the content of the low-pressure accumulator (3) is at least temporarily supplied as part of the first gas mixture to the purification step and the second gas mixture of the separator, bypassing the low-pressure accumulator (3) is supplied. A separating installation (100) equipped for carrying out the method is likewise the subject of the invention.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Bearbeitung eines Gasgemischs gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to a method and a plant for processing a gas mixture according to the preambles of the independent claims.

Stand der TechnikState of the art

Die Herstellung von Luftprodukten in flüssigem oder gasförmigem Zustand durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in Luftzerlegungsanlagen ist bekannt und beispielsweise bei H. -W. Häring (Hrsg.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, insbesondere Abschnitt 2.2.5, ”Cryogenic Rectification” , beschrieben.The production of air products in the liquid or gaseous state by cryogenic separation of air in air separation plants is known and, for example at H. -W. Häring (ed.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, especially Section 2.2.5, "Cryogenic Rectification" , described.

Luftzerlegungsanlagen weisen Destillationssäulensysteme auf, die beispielsweise als Zweisäulensysteme, insbesondere als klassische Linde-Doppelsäulensysteme, aber auch als Drei- oder Mehrsäulensysteme, ausgebildet sein können. Neben den Destillationssäulen zur Gewinnung von Stickstoff und/oder Sauerstoff in flüssigem und/oder gasförmigem Zustand (beispielsweise flüssigem Sauerstoff, LOX, gasförmigem Sauerstoff, GOX, flüssigem Stickstoff, LIN und/oder gasförmigem Stickstoff, GAN), also den Destillationssäulen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, können Destillationssäulen zur Gewinnung weiterer Luftkomponenten, insbesondere der Edelgase Helium, Neon, Krypton, Xenon und/oder Argon, vorgesehen sein.Air separation plants have distillation column systems which can be designed, for example, as two-column systems, in particular as classic Linde double-column systems, but also as three-column or multi-column systems. In addition to the distillation columns for the recovery of nitrogen and / or oxygen in the liquid and / or gaseous state (for example, liquid oxygen, LOX, gaseous oxygen, GOX, liquid nitrogen, LIN and / or gaseous nitrogen, GAN), so the distillation columns for nitrogen-oxygen Separation, distillation columns can be provided for obtaining further air components, in particular the noble gases helium, neon, krypton, xenon and / or argon.

Die Destillationssäulensysteme werden bei unterschiedlichen Betriebsdrücken in ihren Destillationssäulen betrieben. Bekannte Doppelsäulensysteme weisen beispielsweise eine sogenannte Hochdrucksäule und eine sogenannte Niederdrucksäule auf. Der Betriebsdruck der Hochdrucksäule beträgt beispielsweise 4,3 bis 6,9 bar (abs.), vorzugsweise ca. 5,0 bar (abs.). Die Niederdrucksäule wird bei einem Betriebsdruck von beispielsweise 1,3 bis 1,7 bar (abs.), vorzugsweise ca. 1,5 bar (abs.) betrieben.The distillation column systems are operated at different operating pressures in their distillation columns. Known double column systems have, for example, a so-called high-pressure column and a so-called low-pressure column. The operating pressure of the high-pressure column is, for example, 4.3 to 6.9 bar (abs.), Preferably about 5.0 bar (abs.). The low-pressure column is operated at an operating pressure of, for example, 1.3 to 1.7 bar (abs.), Preferably about 1.5 bar (abs.).

In die Hochdrucksäule bekannter Doppelsäulensysteme von Luftzerlegungsanlagen wird verdichtete, abgekühlte Luft, sogenannte Einsatzluft, eingespeist. In der Hochdrucksäule wird aus der Einsatzluft ein flüssiges sauerstoffangereichertes Sumpfprodukt, im Englischen auch als ”Enriched Liquid” bezeichnet, gewonnen, und in die Niederdrucksäule überführt. Am Kopf der Hochdrucksäule wird ein stickstoffreiches gasförmiges Kopfprodukt erhalten, das zumindest zum Teil in einem Verflüssigungsraum eines die Hochdrucksäule und die Niederdrucksäule wärmetauschend verbindenden Kondensatorverdampfers (sogenannter Hauptkondensator) verflüssigt werden kann. Ein Teil des entsprechend verflüssigten stickstoffreichen Kopfprodukts aus der Hochdrucksäule kann als Rücklauf auf die Hochdrucksäule aufgegeben werden, ein weiterer Anteil kann beispielsweise als Druckstickstoffprodukt bereitgestellt werden.In the high-pressure column known double column systems of air separation plants compressed, cooled air, so-called feed air, fed. In the high-pressure column, a liquid oxygen-enriched bottom product, referred to in English as "Enriched Liquid", is recovered from the feed air and transferred to the low-pressure column. At the top of the high-pressure column, a nitrogen-rich gaseous top product is obtained which can be liquefied at least in part in a liquefaction space of a condenser evaporator which connects the high-pressure column and the low-pressure column in a heat-exchanging manner (so-called main condenser). A portion of the corresponding liquefied nitrogen-rich overhead product from the high-pressure column can be fed as reflux to the high-pressure column, a further portion can be provided, for example, as a pressurized nitrogen product.

Der Industriebedarf an Neon wird nahezu ausschließlich durch Luftzerlegungsverfahren gedeckt, in denen Neon ein Nebenprodukt darstellt. Der Neongehalt atmosphärischer Luft beträgt ca. 18 ppm. Im Gegensatz dazu ist die Herstellung von Helium aus atmosphärischer Luft von geringerer Bedeutung. Der überwiegende Anteil von industriell eingesetztem Helium stammt aus Erdgas. Dennoch kann auch in Luftzerlegungsanlagen, insbesondere in Luftzerlegungsanlagen, die zur Gewinnung von Neon eingerichtet sind, Helium gewonnen werden.The neon industrial demand is almost exclusively covered by air separation processes, in which neon is a by-product. The neon content of atmospheric air is about 18 ppm. In contrast, the production of helium from atmospheric air is of less importance. The majority of industrially used helium comes from natural gas. Nevertheless, helium can also be obtained in air separation plants, especially in air separation plants, which are set up for the production of neon.

Wie a. a. O. in 3.1 veranschaulicht und in Abschnitt 3.4, ”Recovery of Neon”, erläutert, wird in entsprechenden Luftzerlegungsanlagen dabei ein zweischrittiges Verfahren durchgeführt. In einem ersten Schritt wird aus einem Teil des verflüssigten stickstoffreichen Kopfprodukts aus der Hochdrucksäule in einer speziellen Säule, der sogenannten (Neon-)Anreicherungssäule, ein neonangereichertes Gasgemisch gewonnen. In die Anreicherungssäule wird dabei der jeweils verwendete Teil des verflüssigten, stickstoffreichen Kopfprodukts der Hochdrucksäule entspannt. In einem Kondensatorverdampfer am Kopf der Anreicherungssäule wird Flüssigkeit aus dem Sumpf der Anreicherungssäule sowie flüssiger Stickstoff aufgegeben. Das in einem Kondensationsraum des Kondensatorverdampfers nicht verflüssigte gasförmige Kopfprodukt der Anreicherungssäule stellt das erwähnte neonangereicherte Gasgemisch dar. Dieses wird typischerweise aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet, gegebenenfalls zwischengespeichert, und anschließend in einem zweiten Schritt unter Gewinnung von reinem Neon weiter bearbeitet.As mentioned above in 3.1 illustrated and explained in Section 3.4, "Recovery of Neon", a two-step process is carried out in appropriate air separation plants. In a first step, a neon-enriched gas mixture is obtained from part of the liquefied nitrogen-rich overhead product from the high-pressure column in a special column, the so-called (neon) enrichment column. The respectively used part of the liquefied, nitrogen-rich overhead product of the high-pressure column is thereby expanded into the enrichment column. In a condenser evaporator at the top of the enrichment column liquid from the bottom of the enrichment column and liquid nitrogen is given up. The gaseous top product of the enrichment column that is not liquefied in a condensation chamber of the condenser evaporator constitutes the mentioned neon-enriched gas mixture. This is typically discharged from the air separation plant, optionally temporarily stored, and then further processed in a second step to obtain pure neon.

Zur weiteren Bearbeitung des neonangereicherten Gasgemischs, das typischerweise ca. 50% Neon, 3% Wasserstoff, 16% Helium und 31% Stickstoff enthält und hier auch als ”erstes” Gasgemisch bezeichnet wird, wird dieses herkömmlicherweise zunächst von unerwünschten Komponenten befreit. Typischerweise wird dabei zunächst der Wasserstoff mit extern zugegebenem Sauerstoff katalytisch umgesetzt. Das sich dabei bildende Wasser wird teilweise auskondensiert und anschließend im Wesentlichen vollständig absorptiv entfernt. Das entsprechend aufgereinigte Gasgemisch, das auch als Roh-Helium-Neon-Gemisch und hier als ”zweites” Gasgemisch bezeichnet wird, wird in eine Trenneinrichtung überführt, in der unter Verwendung dieses zweiten Gasgemischs wenigstens ein helium- und/oder neonreiches Gasprodukt erzeugt wird. Die Erfindung eignet sich auch zur Gewinnung weiterer Edelgase.For further processing of the neon-enriched gas mixture, which typically contains about 50% neon, 3% hydrogen, 16% helium and 31% nitrogen and is also referred to herein as the "first" gas mixture, this is conventionally first freed of undesirable components. Typically, the hydrogen is initially catalytically reacted with externally added oxygen. The resulting water is partially condensed out and then removed substantially completely absorptive. The correspondingly purified gas mixture, which is also referred to as a crude helium-neon mixture and here as a "second" gas mixture, is transferred to a separation device in which at least one helium- and / or neon-rich gas product is produced using this second gas mixture. The invention is also suitable for obtaining further noble gases.

Da das zweite Gasgemisch typischerweise nicht kontinuierlich in gleichem Umfang anfällt und/oder in entsprechenden Trenneinrichtungen nicht stets in gleichem Umfang verarbeitet werden kann, beispielsweise aufgrund erforderlicher Regenerationsphasen, ist eine Zwischenspeicherung erforderlich. Hierzu werden typischerweise sogenannte Roh-Helium-Neon-Ballons verwendet, die nachfolgend auch als ”Niederdruckspeicher” bezeichnet werden und in denen das zweite Gasgemisch typischerweise bei einem leichten Überdruck von beispielsweise ca. 10 mbar gespeichert wird. Since the second gas mixture typically does not continuously accumulate to the same extent and / or can not always be processed to the same extent in corresponding separation devices, for example because of required regeneration phases, intermediate storage is required. For this purpose, so-called raw helium neon balloons are typically used, which are also referred to below as "low pressure accumulator" and in which the second gas mixture is typically stored at a slight overpressure of, for example, about 10 mbar.

In entsprechenden Trenneinrichtungen werden unter Verwendung des zweiten Gasgemischs zudem typischerweise auch ein oder mehrere weitere Gasgemische erzeugt, die sich zwar noch nicht direkt als Produkte eignen, in die aber bereits Reinigungsaufwand, insbesondere zur Abtrennung des Wasserstoffs, investiert wurde. Derartige weitere Gasgemische werden vorteilhafterweise in die Trenneinrichtung zurückgeführt. Bekannte Niederdruckspeicher sind daher auch dazu ausgebildet, solche weiteren Gasgemische aufzunehmen, die auf diese Weise erneut den nachfolgenden Bearbeitungsschritten zur Verfügung gestellt werden können. Der bereits einmal investierte Reinigungsaufwand bleibt hierdurch erhalten.In corresponding separation devices, using the second gas mixture, it is also typical to also produce one or more further gas mixtures which, although not yet suitable directly as products, have already been invested in cleaning, in particular for separating off the hydrogen. Such further gas mixtures are advantageously returned to the separator. Known low-pressure accumulator are therefore also designed to accommodate such further gas mixtures, which can be provided in this way again the subsequent processing steps available. The cleaning effort already invested remains intact.

Hierbei tritt häufig das Problem auf, dass, weil entsprechende Niederdruckspeicher mit vertretbarem Aufwand nicht oder nicht ausreichend wasserdampfdicht ausgeführt werden können, Wasserdampf in den Inhalt des Niederdruckspeichers diffundieren kann. Entsprechendes Wasser kann bei der anschließenden Verdichtung vor und zwischen nachfolgenden Schritten und/oder bei der Erzeugung des oder der Gasprodukte, die durch kryogene Trennung erfolgt, zu Problemen führen, beispielsweise in Wärmetauschern oder Behältern ausfrieren.In this case, the problem often occurs that, because corresponding low-pressure accumulator can not be carried out with reasonable effort or not sufficiently water vapor-tight, water vapor can diffuse into the content of the low-pressure accumulator. Corresponding water can lead to problems in the subsequent compression before and between subsequent steps and / or in the production of the gas product or products, which is carried out by cryogenic separation, for example, freeze in heat exchangers or containers.

Vor diesem Hintergrund besteht der Bedarf nach Verbesserungen bei der Bearbeitung von entsprechenden Gasgemischen.Against this background, there is a need for improvements in the processing of corresponding gas mixtures.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines überwiegend Neon, Stickstoff, Helium und Wasserstoff enthaltenden ersten Gasgemischs mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.This object is achieved by a method and an apparatus for processing a first gas mixture containing predominantly neon, nitrogen, helium and hydrogen with the features of the respective independent patent claims. Preferred embodiments are subject of the dependent claims and the following description.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die vorliegende Erfindung geht von einem Verfahren zur Bearbeitung eines überwiegend Stickstoff, Wasserstoff und wenigstens zwei Edelgase, darunter Helium und Neon, enthaltenden Gasgemischs aus. Ein entsprechendes Gasgemisch wird hier, wie erwähnt, als ”erstes” Gasgemisch bezeichnet. Dieses entspricht insbesondere dem neonangereicherten Gas aus der Anreicherungssäule einer Luftzerlegungsanlage, wie zuvor erläutert, oder kann ein solches Gas umfassen. Typische Gehalte eines solchen Gasgemischs wurden bereits zuvor erwähnt. Beispielsweise kann das erste Gasgemisch (auch als Prozess- oder Feedgas bezeichnet) 40 bis 60% Neon, 2 bis 5% Wasserstoff, 10 bis 20% Helium und 20 bis 40% Stickstoff enthalten. Ein erstes Gasgemisch kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung aber auch rückgeführte Gasgemische umfassen und/oder zeitweise vollständig aus diesen bestehen.The present invention is based on a method for processing a gas mixture containing predominantly nitrogen, hydrogen and at least two noble gases, including helium and neon. A corresponding gas mixture is referred to here, as mentioned, as a "first" gas mixture. This corresponds in particular to the neon-enriched gas from the enrichment column of an air separation plant, as previously explained, or may comprise such a gas. Typical contents of such a gas mixture have already been mentioned before. For example, the first gas mixture (also referred to as process or feed gas) contain 40 to 60% neon, 2 to 5% hydrogen, 10 to 20% helium and 20 to 40% nitrogen. In the context of the present invention, however, a first gas mixture can also comprise recirculated gas mixtures and / or at times consist entirely of these.

Flüssige und gasförmige Ströme können im hier verwendeten Sprachgebrauch reich oder arm an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei ”reich” für einen Gehalt von wenigstens 80, 90, 95, 99, 99,5, 99,9 oder 99,99% und ”arm” für einen Gehalt von höchstens 20, 10, 5, 1, 0,1 oder 0,01% auf molarer, Gewichts- oder Volumenbasis stehen kann. Der Begriff ”überwiegend” kann der Definition von ”reich” entsprechen, bezeichnet jedoch insbesondere einen Gehalt von mehr als 90%. Flüssige und gasförmige Ströme können im hier verwendeten Sprachgebrauch ferner angereichert oder abgereichert an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei sich diese Begriffe auf einen entsprechenden Gehalt in einem Ausgangsgemisch beziehen, aus dem der flüssige oder gasförmige Strom erhalten wurde. Der flüssige oder gasförmige Strom ist ”angereichert”, wenn dieser zumindest den 1,1-fachen, 1,5-fachen, 2-fachen, 5-fachen, 10-fachen, 100-fachen oder 1.000-fachen Gehalt, ”abgereichert”, wenn er höchstens den 0,9-fachen, 0,5-fachen, 0,1-fachen, 0,01-fachen oder 0,001-fachen Gehalt einer entsprechenden Komponente, bezogen auf das Ausgangsgemisch, enthält. Ist nachfolgend beispielsweise von ”Helium” oder ”Neon” die Rede, seien darunter auch Gemische verstanden, die reich an entsprechenden Komponenten sind, jedoch nicht ausschließlich aus diesen bestehen müssen.Liquid and gaseous streams may be rich or poor in one or more components as used herein, with "rich" being for a content of at least 80, 90, 95, 99, 99.5, 99.9 or 99.99% and " may be "for a content of at most 20, 10, 5, 1, 0.1 or 0.01% on a molar, weight or volume basis. The term "predominantly" can correspond to the definition of "rich", but in particular denotes a content of more than 90%. Liquid and gaseous streams may also be enriched or depleted in one or more components as used herein, which terms refer to a corresponding level in a starting mixture from which the liquid or gaseous stream was obtained. The liquid or gaseous stream is "enriched" if it is at least 1.1 times, 1.5 times, 2 times, 5 times, 10 times, 100 times or 1000 times, "depleted" if it contains not more than 0,9 times, 0,5 times, 0,1 times, 0,01 times or 0,001 times the content of a corresponding component, relative to the starting mixture. If, for example, the term "helium" or "neon" is mentioned below, this also means mixtures which are rich in the corresponding components but need not consist exclusively of these.

Wie insoweit bekannt und ebenfalls zuvor erläutert, kann in einem Reinigungsschritt in einer Reinigungseinrichtung der in dem ersten Gasgemisch enthaltene Wasserstoff zumindest zum Teil mit zu dem ersten Gasgemisch zugegebenem Sauerstoff katalytisch zu Wasser umgesetzt werden. Dieses Wasser kann anschließend, wie beispielsweise a. a. O., Abschnitt 3.4.2, ”Fine Purification”, erläutert, zunächst zum Teil auskondensiert und anschließend adsorptiv abgetrennt werden. Das aus der Abtrennung des Wasserstoffs in Form von Wasser erhaltene Gasgemisch wird hier als ”zweites” Gasgemisch bezeichnet. Es enthält nun überwiegend die wenigstens zwei Edelgase und Stickstoff, ist jedoch nun arm an oder frei von Wasser und Wasserstoff.As so far known and also explained above, in a purification step in a purification device, the hydrogen contained in the first gas mixture can be catalytically converted to water at least in part with oxygen added to the first gas mixture. This water can then, as explained, for example, aa O., Section 3.4.2, "Fine Purification", first partially condensed and then separated by adsorption. The gas mixture obtained from the separation of the hydrogen in the form of water is referred to herein as a "second" gas mixture. It now contains mostly the at least two noble gases and nitrogen, but is now poor or free of water and hydrogen.

Anschließend wird das zweite Gasgemisch zumindest zum Teil in eine Trenneinrichtung überführt, in der jeweils zumindest zeitweise ein oder mehrere, an wenigstens einem der Edelgase reiche Gasprodukte erzeugt und aus der Trennanlage ausgeleitet werden. Dies umfasst typischerweise zunächst, Stickstoff ganz oder teilweise aus dem zweiten Gasgemischs oder einem Teil hiervon abzutrennen. Typischerweise erfolgt hierbei auch eine weitgehende Abtrennung von Helium, so dass mehr oder weniger reines Neon erhalten wird. Eine erste Abtrennung von Stickstoff kann beispielsweise durch Kondensation bei ca. 66 K erfolgen. Das verbleibende Gasgemisch besitzt einen Reststickstoffgehalt von typischerweise weniger als 2%. Durch eine anschließende adsorptive Entfernung verbleibenden Stickstoffs mittels in im Wechselbetrieb eingesetzter Adsorptionseinrichtungen, beispielsweise an Silikagel, wird ein Gemisch von typischerweise ca. 76% Neon und 24% Helium erhalten. Eine entsprechende Mischung kann danach beispielsweise auf ca. 25 bar entspannt werden. Das dabei anfallende Kondensat weist einen Neongehalt von etwa 97% auf. Das Kondensat kann zur weiteren Aufreinigung beispielsweise destillativ bearbeitet werden. Sämtliche der erläuterten Schritte können im Rahmen der vorliegenden Anmeldung in der ”Trenneinrichtung” erfolgen, die hierzu auch mehrere, funktionell und/oder baulich getrennte, seriell und/oder parallel angeordnete Trennschritte implementieren kann.Subsequently, the second gas mixture is at least partially transferred to a separation device, in each of which at least temporarily one or more, rich in at least one of the noble gases produced gas products and discharged from the separation plant. This typically includes initially separating all or part of nitrogen from the second gas mixture or a part thereof. Typically, this also takes place a substantial separation of helium, so that more or less pure neon is obtained. A first separation of nitrogen can be carried out, for example, by condensation at about 66 K. The remaining gas mixture has a residual nitrogen content of typically less than 2%. By a subsequent adsorptive removal of remaining nitrogen by means of adsorption devices used in alternating operation, for example on silica gel, a mixture of typically about 76% neon and 24% helium is obtained. A corresponding mixture can then be relaxed, for example, to about 25 bar. The resulting condensate has a neon content of about 97%. The condensate can be processed for further purification, for example by distillation. All of the explained steps can be carried out within the scope of the present application in the "separating device", which can also implement a plurality of functionally and / or structurally separate, serially and / or parallelly arranged separating steps for this purpose.

Ferner ist in entsprechenden Anlagen, wie auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, typisch, dass in der Trenneinrichtung ein oder mehrere weitere Gasgemische erzeugt werden, die sich zwar noch nicht als Produkte eignen, wie erwähnt, in die jedoch bereits Reinigungsaufwand investiert wurde. Diese werden, wie erwähnt, zumindest zeitweise in einen Niederdruckspeicher eingespeist. Der Niederdruckspeicher ist dabei der auch in herkömmlichen Anlagen eingesetzte Roh-Helium-Neon-Ballon, wie er zuvor erläutert wurde.Furthermore, it is typical in corresponding plants, as well as in the context of the present invention, that one or more further gas mixtures are produced in the separating device, which are not yet suitable as products, as mentioned, in which, however, cleaning effort has already been invested. These are, as mentioned, at least temporarily fed into a low-pressure accumulator. The low-pressure accumulator is the raw helium-neon balloon used in conventional systems, as previously explained.

Ein ”Niederdruckspeicher” ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere zumindest teilweise mit einer flexiblen Wandung versehen, die beispielsweise aus Polyurethan bestehen kann. Polyurethan kann in gewissem Umfang hygroskopische Eigenschaften aufweisen, so dass sich die erwähnte Diffusion von Wasserdampf in den Niederdruckspeicher ergibt. Ein Niederdruckspeicher zeichnet sich ferner durch die in ihm verwendeten Drücke aus, wie unten erläutert.A "low pressure accumulator" is in the context of the present invention, in particular at least partially provided with a flexible wall, which may for example consist of polyurethane. Polyurethane may have some hygroscopic properties, resulting in the mentioned diffusion of water vapor into the low pressure accumulator. A low-pressure accumulator is further distinguished by the pressures used in it, as explained below.

Der Niederdruckspeicher wird in herkömmlichen Anlagen mit dem zuvor erläuterten zweiten Gasgemisch, also dem aus der Abtrennung des Wasserstoffs in Form von Wasser erhaltenen Gasgemisch, gespeist. Dieses zweite Gasgemisch ist, wie erwähnt, arm an oder frei von Wasser und Wasserstoff. Gleichzeitig speist der Niederdruckspeicher in herkömmlichen Anlagen direkt die nachfolgende Trenneinrichtung, also die weiteren Bearbeitungsschritte. Diffundiert nun in herkömmlichen Anlagen Wasserdampf durch die Wand des Niederdruckspeichers in das zweite Gasgemisch, besteht keine Möglichkeit, entsprechendes Wasser vor den weiteren Bearbeitungsschritten zu entfernen. Das Wasser gelangt daher in die verwendeten Verdichter und Pumpen.The low-pressure accumulator is fed in conventional systems with the previously described second gas mixture, that is, the gas mixture obtained from the separation of the hydrogen in the form of water. This second gas mixture is, as mentioned, poor in or free of water and hydrogen. At the same time, the low-pressure accumulator in conventional systems directly feeds the downstream separating device, ie the further processing steps. Diffuses now in conventional systems water vapor through the wall of the low-pressure accumulator in the second gas mixture, there is no possibility to remove appropriate water before further processing steps. The water therefore enters the compressors and pumps used.

Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, den Inhalt des Niederdruckspeichers zumindest zeitweise als Teil des ersten Gasgemischs dem Reinigungsschritt zuzuführen und das zweite Gasgemisch der Trenneinrichtung unter Umgehung des Niederdruckspeichers zuzuführen. Der Inhalt des Niederdruckspeichers wird also stets dem Reinigungsschritt, die die Entfernung von Wasser umfasst, zugeführt, und gelangt daher niemals ”direkt” in die nachfolgende Trenneinrichtung.According to the invention, it is therefore provided to supply the content of the low-pressure accumulator at least temporarily as part of the first gas mixture to the purification step and to supply the second gas mixture to the separation device, bypassing the low-pressure accumulator. The contents of the low-pressure accumulator is thus always the cleaning step, which includes the removal of water, fed, and therefore never "directly" enters the subsequent separator.

Der Ausgang des Niederdruckspeichers ist also in diesem Sinne stromauf der katalytisch-adsorptiven Entfernung von Wasserstoff als Wasser angeordnet. Auf diese Weise kann gegebenenfalls in den Niederdruckspeicher diffundierter Wasserdampf hier wieder abgetrennt werden. Im Vergleich zur Abtrennung des aus dem Wasserstoff gebildeten Wassers liegt das in den Niederdruckspeicher diffundierte Wasser in vergleichsweise geringer Menge vor und kann daher einfach abgetrennt werden.The output of the low-pressure accumulator is thus arranged in this sense upstream of the catalytic adsorptive removal of hydrogen as water. In this way, if necessary, water vapor diffused into the low-pressure reservoir can be separated again here. In comparison to the separation of the water formed from the hydrogen, the water diffused into the low-pressure accumulator is present in a comparatively small amount and can therefore easily be separated off.

Weil erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass das zweite Gasgemisch der Trenneinrichtung unter Umgehung des Niederdruckspeichers zugeführt wird, kann der Trenneinrichtung ein entsprechendes Gasgemisch mit ausgesprochen geringem Wassergehalt zugeführt werden, was Probleme bei der Verdichtung und/oder Kondensation in Verdichtern bzw. Wärmetauschern und Behältern verringert.Because the invention provides that the second gas mixture of the separator is supplied bypassing the low-pressure accumulator, the separator can be fed to a corresponding gas mixture with extremely low water content, which reduces problems in compression and / or condensation in compressors or heat exchangers and containers.

Die Erfindung schafft durch die zuvor erläuterten Maßnahmen einen vorteilhaften Betrieb eines entsprechenden Verfahrens, bei denen die Vorteile eines Niederdruckspeichers, insbesondere zur Aufnahme von Recycleströmen, erhalten bleiben, ohne dass dessen Nachteile in Kauf genommen werden müssten. Die Auslegung von verwendeten Molsieben und Wasserabscheidern bleibt, beispielsweise im Fall der Regenerierung mittels eines Druckabfallverfahrens unter Verwendung eines Druckgefälles von 2,0 auf 0,1 bar, unberührt. Ein entsprechender Strom kann stromauf einer (Haupt-)Verdichtung des zweiten Gasgemischs reibungslos und stabil bereitgestellt werden, so dass vorhandene Anlagen uneingeschränkt umgerüstet werden können. Entsprechende Niederdruckspeicher können damit einfach und kostengünstig ausgeführt werden und brauchen nicht mehr wasserdampfdicht und diffusionsdicht ausgebildet zu sein. Ein Niedrgdruckspeicher wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung gewissermaßen aus dem herkömmlichen Helium-Neon-Trennungsprozess (siehe Anlage 200 gemäß 1) als solches ausgegliedert.The invention provides by the measures described above, an advantageous operation of a corresponding method in which the advantages of a low-pressure accumulator, in particular for receiving recycle streams, preserved, without its disadvantages would have to be accepted. The design of molecular sieves and water separators used, for example, in the case of regeneration by means of a pressure drop method using a pressure drop of 2.0 to 0.1 bar, remains unaffected. A corresponding stream can be provided smoothly and stably upstream of a (main) compression of the second gas mixture, so that existing plants can be converted without restriction. Corresponding low-pressure accumulator can thus be carried out simply and inexpensively and no longer need to be formed water vapor-tight and diffusion-tight. In the context of the present invention, a low-pressure accumulator is effectively made of the conventional helium-neon separation process (see Appendix 200 according to 1 ) as such.

Nachfolgend werden in den abhängigen Patentansprüchen angegebene und bereits teilweise erläuterte Ausführungsformen der Erfindung nochmals angegeben.Hereinafter, specified in the dependent claims and already partially explained embodiments of the invention are shown again.

In einem besonders vorteilhaften Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Erzeugung des oder der Gasprodukte in der Trenneinrichtung eine Trennung von Helium und Neon nach einer Abtrennung des Stickstoffs. Auf diese Weise werden helium- und neonreiche Ströme mit geringem Reststickstoffgehalt bereitgestellt. Neonreiche oder neonangereicherte Ströme, die in der Trenneinrichtung gewonnen und als Recycleströme in den Niederdruckspeicher eingespeist werden, bedürfen daher nicht notwendigerweise einer erneuten Abtrennung von Stickstoff. In einem derartigen Verfahren umfasst die Erzeugung des oder der Gasprodukte vorteilhafterweise die Gewinnung zumindest eines heliumreichen, eines neonreichen und/oder eines stickstoffreichen Stroms. Ein stickstoffreicher Strom kann beispielsweise als Regeneriergas in den jeweils verwendeten adsorptiven Reinigungseinrichtungen eingesetzt werden.In a particularly advantageous method according to an embodiment of the invention, the production of the gas product or products in the separator comprises a separation of helium and neon after a separation of the nitrogen. In this way, helium and neon rich streams are provided with low residual nitrogen content. Neon-rich or neon-enriched streams that are recovered in the separator and fed as recycle streams in the low-pressure accumulator, therefore, do not necessarily require a renewed separation of nitrogen. In such a method, the production of the gas product (s) advantageously comprises recovering at least one helium-rich, one neon-rich and / or one nitrogen-rich stream. A nitrogen-rich stream can be used, for example, as a regeneration gas in the adsorptive cleaning devices used in each case.

Typische Niederdruckspeicher, wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen können, werden auf einem Betriebsdruck von 0 bis 1 bar über Atmosphärendruck, typischerweise auf einem Druck von 0 bis 20 mbar über Atmosphärendruck, betrieben. Entsprechende Niederdruckspeicher können daher mit geringen Kosten erstellt werden.Typical low-pressure accumulators, as can be used in the context of the present invention, are operated at an operating pressure of 0 to 1 bar above atmospheric pressure, typically at a pressure of 0 to 20 mbar above atmospheric pressure. Corresponding low pressure accumulator can therefore be created at low cost.

Vorteilhafterweise wird der Inhalt des Niederdruckspeichers mittels eines zweistufigen Verdichters, einer Pumpe oder eines Gebläses stromauf des Trennschritts zu dem ersten Gasgemisch zugespeist, so dass etwaige Druckunterschiede an dieser Stelle überwunden werden können. Vorteilhaft ist, dass mittels der Erfindung ein sehr stabiler Verlauf und zugleich ein Zugewinn an Prozessunabhängigkeit durch diese Art der Rückgewinnung und die darauf folgende Aufkonzentration möglich ist. Dies lässt es zu, einen höheren Ertrag an Helium und/oder Neon, je nach Bedarf in kürzeren Zeiträumen und mit weniger Energieaufwand, zu erwirtschaften.Advantageously, the content of the low-pressure accumulator is fed by means of a two-stage compressor, a pump or a fan upstream of the separation step to the first gas mixture, so that any pressure differences can be overcome at this point. It is advantageous that a very stable course and at the same time a gain in process independence by this type of recovery and the subsequent concentration is possible by means of the invention. This allows for a higher yield of helium and / or neon, as needed in shorter time periods and with less energy input.

Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere für Verfahren, bei denen das erste Gasgemisch diskontinuierlich mittels eines Luftzerlegungsverfahrens und/oder aus einem Speichertank bereitgestellt wird. Unter einer ”diskontinuierlichen” Bereitstellung wird dabei im Rahmen der vorliegenden Anmeldung explizit auch eine Bereitstellung verstanden, die nur für geringe Zeiträume unterbrochen wird, beispielsweise bei einem Wechsel eines Speichertanks und/oder bei kurzzeitigen Stillstandszeiten einer Luftzerlegungsanlage.The present invention is particularly suitable for processes in which the first gas mixture is provided discontinuously by means of an air separation process and / or from a storage tank. In the context of the present application, a "discontinuous" provision is explicitly understood as meaning a provision which is interrupted only for short periods of time, for example when changing a storage tank and / or during short periods of standstill of an air separation plant.

In einem derartigen Verfahren kann vorteilhafterweise der Inhalt des Niederdruckspeichers nur dann zu dem ersten Gasgemisch zugespeist werden, wenn das erste Gasgemisch nicht oder in nicht ausreichender Menge bereitgestellt wird. Der Inhalt des Niederdruckspeichers kann in solchen Fällen sogar das erste Gasgemisch vollständig ersetzen.In such a method, advantageously, the content of the low-pressure accumulator can be fed to the first gas mixture only if the first gas mixture is not provided or in an insufficient amount. The contents of the low-pressure accumulator can even completely replace the first gas mixture in such cases.

Zu Merkmalen und Vorteilen einer erfindungsgemäß ebenfalls vorgesehenen Anlage wird auf die zuvor erläuterten Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens ausdrücklich hingewiesen. Insbesondere ist die Anlage zur Durchführung eines Verfahrens eingerichtet, wie es zuvor erläutert wurde, und weist sämtliche hierzu erforderlichen Mittel auf.With regard to features and advantages of a system likewise provided according to the invention, reference is expressly made to the above-described features of the method according to the invention. In particular, the system is set up to carry out a method, as has been explained above, and has all the means required for this purpose.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, welche eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt.The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawing, which shows a particularly preferred embodiment of the invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 veranschaulicht eine Anlage gemäß dem Stand der Technik in Form eines schematischen Prozessflussdiagramms. 1 FIG. 2 illustrates a prior art plant in the form of a schematic process flow diagram. FIG.

2 veranschaulicht eine Anlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines schematischen Prozessflussdiagramms. 2 1 illustrates a plant according to an embodiment of the invention in the form of a schematic process flow diagram.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing

In 1 ist eine Anlage zur Bearbeitung eines überwiegend Stickstoff, Wasserstoff und wenigstens zwei Edelgase, darunter Helium und Neon, enthaltenden ersten Gasgemischs gemäß dem Stand der Technik in Form eines vereinfachten, schematischen Prozessflussdiagramms gemäß dem Stand der Technik veranschaulicht. Die Anlage ist insgesamt mit 200 bezeichnet.In 1 is a plant for processing a predominantly nitrogen, hydrogen and at least two noble gases, including helium and neon, containing the first gas mixture according to the prior art in the form of a simplified, schematic process flow diagram according to the prior art. The plant is in total with 200 designated.

Der Anlage 200 wird das Gasgemisch in Form des Stroms a zugeführt. Das Gasgemisch kann dabei beispielsweise einem Speichertank 2 entnommen werden, in den es mittels eines bekannten Prozesses 1 eingespeist wird, beispielsweise in einer Anreicherungssäule einer Luftzerlegungsanlage.The plant 200 the gas mixture is supplied in the form of the current a. The gas mixture can, for example, a storage tank 2 in which it by means of a known process 1 is fed, for example in an enrichment column of an air separation plant.

Das Gasgemisch des Stroms a wird zunächst einer katalytisch-adsorptiven Reinigungseinrichtung 10 zugeführt. In der katalytisch-adsorptiven Reinigungseinrichtung 10 wird der Strom a nach Zuspeisen eines sauerstoffreichen Stroms b durch einen Katalysereaktor 11 geführt. In dem Katalysereaktor 11 wird Wasserstoff mit dem Sauerstoff des Stroms b katalytisch zu Wasser umgesetzt. Ein hierdurch mit Wasser angereicherter Strom c wird im indirekten Wärmetausch in einem oder mehreren Wärmetauschern 12, beispielsweise unter Verwendung von kaltem Druckstickstoff, der ebenfalls dem Prozess 1 entnommen wird, und/oder Kühlwasser (jeweils nicht veranschaulicht) abgekühlt. Der abgekühlte Strom c wird anschließend in einen Abscheiderbehälter 13 überführt, aus dem sumpfseitig abgeschiedenes Wasser in Form des Stroms d abgezogen wird.The gas mixture of the stream a is first a catalytic adsorptive cleaning device 10 fed. In the catalytic adsorptive cleaning device 10 becomes the current a after feeding an oxygen-rich stream b through a catalytic reactor 11 guided. In the catalytic reactor 11 For example, hydrogen is catalytically converted to water with the oxygen of stream b. A thus enriched with water stream c is in the indirect heat exchange in one or more heat exchangers 12 , for example, using cold pressure nitrogen, which is also the process 1 is removed, and / or cooling water (each not illustrated) cooled. The cooled stream c is then placed in a separator tank 13 is transferred from the sump-side separated water in the form of the current d.

Der auf diese Weise weitgehend von Wasser befreite Strom c, nun mit e bezeichnet, wird in einem Adsorbersatz 14, der ein Paar von im Wechselbetrieb eingesetzten Adsorberbehältern umfasst, von Restwasser und weiteren Verunreinigungen befreit. Der Betrieb entsprechender Adsorbersätze ist grundsätzlich bekannt und in der Fachliteratur beschrieben. In einem entsprechenden Adsorbersatz 14 ist jeweils einer der Adsorberbehälter zur Aufreinigung eines entsprechenden Stroms, hier des Stroms e, in Betrieb, während der andere Adsorberbehälter mittels eines geeigneten Regeneriergasstroms, hier mit f bezeichnet, beispielsweise warmer Druckstickstoff oder einem Unreinstickstoffstrom aus einem Prozess 1, beispielsweise aus einer Luftzerlegungsanlage, regeneriert wird. Stromab des Adsorbersatzes 14 wird ein entsprechender Regeneriergasstrom, weiter mit f bezeichnet, beispielsweise an die Atmosphäre abgeblasen.The largely freed from water in this way c, now denoted by e, is in an adsorber 14 comprising a pair of alternating adsorber tanks, freed of residual water and other contaminants. The operation of corresponding Adsorbersätze is basically known and described in the literature. In a corresponding Adsorbersatz 14 is in each case one of the adsorber for the purification of a corresponding stream, in this case the stream e, in operation, while the other adsorber by means of a suitable Regeneriergasstroms, here denoted by f, for example, hot compressed nitrogen or a non-nitrogen flow from a process 1 , for example, from an air separation plant, is regenerated. Downstream of the adsorber set 14 a corresponding Regeneriergasstrom, further designated f, for example, blown off to the atmosphere.

In der katalytisch-absorptiven Reinigungseinrichtung 10 wird aus dem Gasgemisch des Stroms a auf diese Weise ein überwiegend Stickstoff und die wenigstens zwei Edelgase enthaltendes Gasgemisch in Form des Stroms g erhalten. Das Gasgemisch des Stroms g wird in der Anlage 200 anschließend in einen Niederdruckspeicher 3, den mehrfach erwähnten Roh-Helium-Neon-Ballon, überführt und dort in einem Volumen von typischerweise 3 bis 40 m3 bei einem Überdruck von ca. 10 mbar gespeichert. Entsprechende Niederdruckspeicher 3 sind herkömmlicherweise nicht oder nicht ausreichend wasserdampfdicht, so dass es, wie erläutert, in einem entsprechenden Niederdruckspeicher 3 zum Eindiffundieren von Wasserdampf kommen kann. Dies kann in nachgeordneten Einrichtungen, die hier mit 20 veranschaulicht und unten näher erläutert sind, zu Problemen wie dem Ausfrieren von Wasserdampf und dem hierdurch bewirkten Verlegen von Wärmetauscherkanälen führen.In the catalytic absorptive cleaning device 10 is obtained from the gas mixture of the stream a in this way a predominantly nitrogen and at least two noble gases containing gas mixture in the form of the current g. The gas mixture of the stream g is in the system 200 then into a low pressure accumulator 3 , the multiple-mentioned crude helium-neon balloon, transferred and stored there in a volume of typically 3 to 40 m3 at an overpressure of about 10 mbar. Corresponding low-pressure accumulator 3 are conventionally not or not sufficiently water vapor-tight, so that, as explained, in a corresponding low-pressure accumulator 3 can come to the diffusion of water vapor. This can lead to problems such as the freezing of water vapor and the resulting displacement of heat exchanger channels in downstream devices, which are illustrated here by 20 and explained in more detail below.

Ein aus dem Niederdruckspeicher 3 abgezogener Strom h, der in einer Anlage 200 gemäß dem Stand der Technik damit einen entsprechenden Wassergehalt aufweisen kann, wird typischerweise mittels eines Verdichters 4 verdichtet und in einen Druckspeicher 5 überführt, in dem typischerweise 1,5 m3 eines entsprechenden Gasgemischs bei einem Druck von 40 bis 200 bar vorgehalten werden.One from the low pressure accumulator 3 withdrawn stream h, which in a plant 200 according to the prior art so that it can have a corresponding water content is typically by means of a compressor 4 compressed and in a pressure accumulator 5 in which typically 1.5 m3 of a corresponding gas mixture are maintained at a pressure of 40 to 200 bar.

Ein aus dem Druckspeicher 5 abgezogener Strom i wird bei dem Druck des Druckspeichers 5 in eine Trenneinrichtung 20 überführt. In der Trenneinrichtung 20, die hier nur stark schematisiert veranschaulicht ist, wird beispielsweise Stickstoff aus dem Gasgemisch des Stroms i bei ca. 66 K auskondensiert. Der auskondensierte Stickstoff kann beispielsweise als Strom k bereitgestellt werden. Die etwa 2% an verbleibendem Stickstoff können mit im Wechselbetrieb arbeitenden Adsorberbehältern an Silikagel entfernt werden. Das erhaltene Gemisch von typischerweise ca. 76% Neon und 24% Helium kann danach beispielsweise auf ca. 25 bar entspannt werden. Abdampfendes Helium kann beispielsweise als Strom I bereitgestellt werden. Das anfallende Kondensat weist einen Neongehalt von etwa 97% auf und kann als Strom m bereitgestellt und/oder in der Trenneinrichtung 20, beispielsweise destillativ, weiter bearbeitet werden. Auf diese Weise kann ein Strom n gewonnen werden, der im Wesentlichen reines oder hochreines Neon enthält.One from the accumulator 5 withdrawn current i is at the pressure of the pressure accumulator 5 in a separator 20 transferred. In the separator 20 , which is illustrated here only in a highly schematic manner, nitrogen, for example, is condensed out of the gas mixture of the current i at about 66 K. The condensed nitrogen can be provided, for example, as stream k. The approximately 2% of remaining nitrogen can be removed with working on alternating adsorbent tanks of silica gel. The resulting mixture of typically about 76% neon and 24% helium can then be relaxed, for example, to about 25 bar. Evaporating helium can be provided as stream I, for example. The resulting condensate has a neon content of about 97% and can be provided as stream m and / or in the separator 20 , for example, by distillation, further processed. In this way, a stream n can be obtained which contains essentially pure or high-purity neon.

Die Trenneinrichtung 20 kann unter Verwendung weiterer Ströme, beispielsweise Stickstoff als Regeneriergas, Kühlmitteln usw. arbeiten, die hier summarisch mit o angegeben sind. In der Trenneinrichtung 20 wird ferner zumindest ein neonangereicherter oder neonreicher Strom gewonnen, der nicht oder nicht vollständig als Produkt aus einer entsprechenden Anlage 200 ausgeleitet wird, wie hier mit Strom p veranschaulicht. Der Strom p wird, da er bereits von Wasserstoff und ggf. Stickstoff befreit ist, zur erneuten Bearbeitung in der Trenneinrichtung 20 in den Niederdruckspeicher 3 eingespeist. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Teilstrom des bereits erläuterten, ca. 97% Neon enthaltenden Stroms m handeln.The separator 20 may operate using other streams, such as nitrogen as a regeneration gas, coolants, etc., which are summarily referenced o. In the separator 20 Furthermore, at least one neon-enriched or neon-rich stream is obtained, which is not or not completely as a product from a corresponding plant 200 is discharged, as illustrated here with current p. The stream p, since it is already freed of hydrogen and possibly nitrogen, for re-processing in the separator 20 in the low-pressure accumulator 3 fed. This may be, for example, a partial flow of the previously described, about 97% neon-containing stream m.

In 2 ist eine Anlage zur Bearbeitung eines überwiegend Neon, Stickstoff, Helium und Wasserstoff enthaltenden Gasgemischs gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Form eines vereinfachten schematischen Prozessflussdiagramms veranschaulicht und insgesamt mit 100 bezeichnet. Der 1 und der in dieser veranschaulichten Anlage 200 entsprechende Elemente, Ströme usw. sind mit identischen Bezugszeichen angegeben und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert.In 2 is a plant for processing a gas mixture containing predominantly neon, nitrogen, helium and hydrogen according to a particularly preferred embodiment of the invention in the form of a simplified schematic process flow diagram and illustrated as a whole 100 designated. Of the 1 and in this illustrated attachment 200 corresponding elements, currents, etc. are indicated by identical reference numerals and will not be explained repeatedly for the sake of clarity.

Den bereits mehrfach erwähnten Problemen bei einem Betrieb einer Anlage 200, wie sie in 1 veranschaulicht ist, welche sich insbesondere aus der nicht ausreichenden Wasserdampfdichtigkeit des Niederdruckspeichers 3 ergeben, wird im dargestellten Beispiel der Anlage 100 der 2 dadurch begegnet, dass der Niederdruckspeicher 3 stromauf der katalytisch-adsorptiven Reinigungseinrichtung 10 angeordnet wird. Der Niederdruckspeicher 3 dient in entsprechenden Anlagen 100, 200, wie erwähnt, zur Zwischenpufferung und zur Aufnahme von in der Trenneinrichtung 20 gewonnenen neonreichen Strömen p die nicht oder nicht vollständig als Produkt aus einer entsprechenden Anlage 200 ausgeleitet werden.The problems already mentioned several times when operating a system 200 as they are in 1 is illustrated, which in particular from the insufficient water vapor tightness of the low-pressure accumulator 3 will surrender in the illustrated example of the system 100 of the 2 thereby countered that the low pressure accumulator 3 upstream of the catalytic adsorptive cleaner 10 is arranged. The low pressure accumulator 3 serves in appropriate plants 100 . 200 as mentioned, for intermediate buffering and for receiving in the separator 20 obtained neon-rich streams p not or not completely as a product from a corresponding plant 200 be discharged.

Diese Funktion erfüllt der Niederdruckspeicher 3 auch in der Anlage 100 gemäß 2. Jedoch wird dem Niederdruckspeicher 3 hier nicht der Strom h (vgl. Anlage 100 gemäß 1) entnommen und in dem Verdichter 4 verdichtet. Stattdessen wird je nach Bedarf direkt der Strom g durch den Verdichter 4 geführt. Der ggf. wasserhaltige Inhalt des Niederdruckspeichers 3 gelangt also nicht mehr direkt über den Verdichter 4 in die nachgeordneten Einrichtungen.This function is fulfilled by the low-pressure accumulator 3 also in the plant 100 according to 2 , However, the low-pressure accumulator becomes 3 here not the current h (see Appendix 100 according to 1 ) and in the compressor 4 compacted. Instead, as needed, the flow g directly through the compressor 4 guided. The possibly water-containing content of the low-pressure accumulator 3 So does not reach directly over the compressor 4 in the downstream facilities.

Bei entsprechendem Bedarf kann der Inhalt des Niederdruckspeichers 3 diesem als Strom r in den Speicher 2, also an einen Punkt stromauf der katalytisch-adsorptiven Reinigungseinrichtung 10, eingespeist werden. Hierzu kann eine Einheit 31, die beispielsweise eine Pumpe bzw. ein Gebläse und/oder einen Wasserspeicher umfasst, vorgesehen sein. Eine direkte Zuspeisung zu dem Strom a ist ebenfalls möglich. Der Inhalt des Niederdruckspeichers 3 wird auf diese Weise zwangsläufig wieder durch die katalytisch-adsorptive Reinigungseinrichtung 10 geführt und hier von Wasser befreit.If required, the contents of the low-pressure accumulator 3 this as stream r in the memory 2 , that is, to a point upstream of the catalytic adsorptive cleaning device 10 to be fed. This can be a unit 31 , which includes, for example, a pump or a fan and / or a water reservoir may be provided. A direct feed to the stream a is also possible. The content of the low pressure accumulator 3 in this way inevitably again by the catalytic adsorptive cleaning device 10 guided and freed here of water.

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • H. -W. Häring (Hrsg.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, insbesondere Abschnitt 2.2.5, ”Cryogenic Rectification” [0002] H. -W. Häring (ed.), Industrial Gas Processing, Wiley-VCH, 2006, especially Section 2.2.5, "Cryogenic Rectification" [0002]

Claims (9)

Verfahren zur Bearbeitung eines überwiegend Stickstoff, Wasserstoff und wenigstens zwei Edelgase, darunter Helium und Neon, enthaltenden ersten Gasgemischs in einer Trennanlage (100), bei dem – der in dem ersten Gasgemisch enthaltene Wasserstoff in einem Reinigungsschritt in einer Reinigungseinrichtung (10) zumindest zum Teil mit zu dem ersten Gasgemisch zugegebenem Sauerstoff katalytisch zu Wasser umgesetzt und dieses unter Verbleib eines zweiten Gasgemischs zumindest zum Teil aus dem ersten Gasgemisch abgeschieden wird, – das zweite Gasgemisch (20) zumindest zum Teil in eine Trenneinrichtung (20) überführt wird, in der jeweils zumindest zeitweise ein oder mehrere, an wenigstens einem der Edelgase reiche Gasprodukte erzeugt und aus der Trennanlage (100) ausgeleitet und ein oder mehrere weitere Gasgemische erzeugt und in einen Niederdruckspeicher (3) überführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in der Trennanlage (100) – der Inhalt des Niederdruckspeichers (3) zumindest zeitweise als Teil des ersten Gasgemischs dem Reinigungsschritt zugeführt wird und das zweite Gasgemisch der Trenneinrichtung (20) unter Umgehung des Niederdruckspeichers (3) zugeführt wird.Process for processing a first gas mixture containing predominantly nitrogen, hydrogen and at least two noble gases, including helium and neon, in a separation plant ( 100 ), in which - the hydrogen contained in the first gas mixture in a cleaning step in a cleaning device ( 10 ) is catalytically converted to water at least in part with oxygen added to the first gas mixture and this is deposited while leaving a second gas mixture at least partly from the first gas mixture, - the second gas mixture ( 20 ) at least partially into a separating device ( 20 ) is converted, in each of which at least temporarily generates one or more, rich in at least one of the noble gases gas products and from the separation plant ( 100 ) and one or more further gas mixtures are generated and stored in a low-pressure accumulator ( 3 ), characterized in that in the separation plant ( 100 ) - the content of the low pressure accumulator ( 3 ) is at least temporarily supplied as part of the first gas mixture to the purification step and the second gas mixture of the separator ( 20 ) bypassing the low pressure accumulator ( 3 ) is supplied. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Erzeugung des oder der Gasprodukte in der Trenneinrichtung (20) eine Trennung von Helium und Neon nach einer Abtrennung des Stickstoffs umfasst.Process according to Claim 1, in which the generation of the gas product (s) in the separating device ( 20 ) comprises a separation of helium and neon after a separation of the nitrogen. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Erzeugung des oder der Gasprodukte in der Trenneinrichtung (20) die Gewinnung eines heliumreichen, eines neonreichen und/oder eines stickstoffreichen Stroms umfasst.Method according to Claim 1 or 2, in which the generation of the gas product or products in the separating device ( 20 ) comprises recovering a helium-rich, a neon-rich and / or a nitrogen-rich stream. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das zweite Gasgemisch auf einen Druck von 40 bis 200 bar (abs.) verdichtet wird, bevor es der Trenneinrichtung (20) zugeführt wird.Method according to one of the preceding claims, in which the second gas mixture is compressed to a pressure of 40 to 200 bar (abs.) Before it reaches the separator ( 20 ) is supplied. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Niederdruckspeicher (3) auf einem Druck von 1 bis 2 bar (abs.) betrieben wird.Method according to one of the preceding claims, in which the low-pressure accumulator ( 3 ) is operated at a pressure of 1 to 2 bar (abs.). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Inhalt des Niederdruckspeichers (3) mittels einer Pumpe stromauf des ersten Reinigungsschritts zu dem ersten Gasgemisch zugespeist wird.Method according to one of the preceding claims, in which the contents of the low-pressure accumulator ( 3 ) is fed by means of a pump upstream of the first cleaning step to the first gas mixture. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das erste Gasgemisch diskontinuierlich mittels eines Luftzerlegungsverfahrens und/oder aus einem Speichertank (2) bereitgestellt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the first gas mixture discontinuously by means of an air separation process and / or from a storage tank ( 2 ) provided. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Inhalt des Niederdruck-Pufferspeichers nur dann dem Reinigungsschritt zugeführt wird, wenn das erste Gasgemisch nicht oder nicht in ausreichender Menge bereitgestellt wird.The method of claim 7, wherein the content of the low-pressure buffer storage is supplied to the cleaning step only if the first gas mixture is not or not provided in sufficient quantity. Trennanlage (100) zur Bearbeitung eines überwiegend Stickstoff, Wasserstoff und wenigstens zwei Edelgase, darunter Helium und Neon, enthaltenden ersten Gasgemischs, gekennzeichnet durch Mittel, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche eingerichtet sind.Separation plant ( 100 ) for processing a first gas mixture containing predominantly nitrogen, hydrogen and at least two noble gases, including helium and neon, characterized by means adapted for carrying out a method according to one of the preceding claims.
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