DE1519598C - Verfahren zur Zerlegung eines Stoffgemisches durch Rektifikation - Google Patents

Description

Verfaliren zur Zerlegung eines Stoffgemisches durch Rektifikation unterhalb Normaltemperatur in einer Rektifikationssäule, wobei die Unterschiede im Siedeverhalten eines Gemischbestandteiles oder einer Gruppe von Gemischbestandteilen einerseits und dem Rest des Stoffgemisches andererseits groß sind und das Stoffgemisch als Rücklauf auf den Kopf der Säule aufgegeben wird, sind bekannt. Der dem Rücklauf entgegenströmende Dampf wird durch eine Beheizung des Sumpfes der Rektifikationssäule erzeugt. Die Aufgabe des flüssigen Gemisches am Kopf der Säule wird durch das unterschiedliche Siedeverhalten der im flüssigen Gemisch enthaltenen Stoffe ermöglicht. Denn selbst wenn das Gemisch einen erheblichen Gehalt an Hochsiedendem hat, ist die mit dem siedenden Gemisch im Gleichgewicht stehende Gasphase, also das Kopfprodukt der Säule, so arm an Hochsiedendem, daß keine untragbaren Verluste an demselben entstehen.

Bei den bekannten Verfahren treten jedoch thermo- * dynamische Schwierigkeiten auf, die auf die großen Unterschiede im Siedeverhalten der Gemischbestandteile zurückzuführen sind. Denn bedingt durch die großen Unterschiede sind auch die auftretenden Temperaturdifferenzen zwischen dem Kopf und dem Sumpf der Rektifikationssäule sehr groß. So muß z. B. bei einer Tieftemperaturrektifikation die Sumpfflüssigkeit — fast reines Hochsiedendes — bei einer Temperatur verdampft werden, die erheblich über der Temperatur liegt, bei der das der Säule am Kopf zugeführte Stoffgemisch kondensiert wurde, d. h., Kälte muß bei einer wesentlich tieferen Temperatur zur Verfügung stehen, als sie bei der Verdampfung der Sumpffiüssigkeit wiedergewonnen werden kann. Daher ist man bei den bekannten Verfahren gezwungen, zusätzlich eine Wärmepumpe anzuordnen, mit deren Hilfe die Kälte transformiert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei den bekannten Verfahren auftretenden thermodynamischen Schwierigkeiten wesentlich herabzusetzen und damit die Investitions- und Betriebskosten zur Durchführung eines Verfahrens zur Zerlegung eines Stoffgemisches durch Rektifikation, wobei die Unterschiede im Siedeverhalten eines Gemischbestandteiles oder einer Gruppe von Gemischbestandteilen einerseits und dem Rest des Stoffgemisches groß sind, wesentlich zu vermindern.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst,. daß erfindungsgemäß nur ein Teil des flüssigen Gemisches auf den Kopf der Rektifikationssäule aufgegeben, der Rest verdampft und in den Fuß der Rektifikationssäule eingeblasen wird.

Es wird also nicht das gesamte flüssige Gemisch der Säule am Kopf als Rücklaufflüssigkeit aufgegeben, sondern nur noch ein Teil davon. Der andere Teil wird verdampft und dampfförmig in die Rektifikationssäule am Fuß eingeblascn. Der in der Säule aufsteigende Dampf wird also nicht mehr durch eine Verdampfung der Sumpfflüssigkeit, sondern durch ein Verdampfen eines Teiles des Stoffgemisches erzeugt. Damit wird aber z. B. bei einer Tieftemperaturrektifikation die Kälte nicht mehr bei der relativ hohen Verdampfungstemperatur des Sumpfes gewonnen, sondern bei der gleitenden Verdampi'imgstemperatur des Gemisches, die im Mittel wesentlich tiefer liegt als diejenige des Sumpfes. Dadurch be-IK)Ii)U das erlindungsgemäße Verfahren --gegenüber :len l)L'k:inn(cii Verfahren - - wesentlich weniger ;uil· wendige Mittel zur Transformation der Kälte. Das und die durch die günstigeren Wärmetauschverhaltnisse mögliche Verwendung von kleineren Heizflächen bringt eine erhebliche Verminderung der Investitions- und Betriebskosten mit sich. Entsprechendes gilt für eine bei höheren Temperaturen durchgeführte Rektifikation.

Infolge des vorteilhafterweise sehr unterschiedlichen Siedeverhaltens eines Gemischbestandteiles

ίο oder einer Gruppe von Gemischbestandteilen einerseits und dem Rest des Stoffgemisches andererseits ist die am Fuß der Rektifikationssäule mit dem eingeblasenen Dampf im Gleichgewicht stehende und in den Sumpf ablaufende Flüssigkeit so reich an Hochsiedendem, daß sie nicht zu hohen Reinheitsforderungen als Produkt genügt.

Liegen mehrere Gemischfraktionen mit unterschiedlichem Gehalt an Hochsiedendem vor, so wird vorteilhaft der Teil des Gemisches, der verdampft und in die Rektifikationssäule eingeblasen werden soll, aus der ,Gemischfraktion gebildet, die am reichsten an dem hochsiedenden Gemischbestandteil oder der hochsiedenden Gruppe von Gemischbestandteilcn ist, um so das in diesem Fall mögliche reinste Hochsiedende zu gewinnen.

Gemäß einer Ausbildung des Erfindungsgedankens kann bei der Gewinnung von Methan aus einem Gemisch, wie es bei der Abkühlung von Koksofengas bei tiefen Temperaturen flüssig anfällt, der eine Teil des Gemisches im Wärmeaustausch mit Koksofengas verdampft werden.

Gemäß einer weiteren Ausbildung des Erfindungsgedankens können weiterhin bei der Gewinnung von Methan aus Koksofengas die vom Kopf der Rektifikationssäule abziehenden tiefsiedenden Bestandteile unmittelbar dem kalten Restgas zugemischt werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung können dem in der Zeichnung schematisch dargcstellten Ausführungsbeispiel entnommen werden. Das Ausführungsbeispiel zeigt den für die Gewinnung von Methan aus Koksofengas wichtigen Teil einer Koksofengas-Zerlegungsanlage zur Gewinnung eines Wasserstoff-Stickstoff-Gemisches für die Ammoniaksynthese.

Das vorgekühlte Koksofengas wird mit der Leitung 1 der Anlage zugeführt und in den Wärmeaustauschern 2 und 3 weiter abgekühlt. Dabei kondensiert ein Teil des Koksofengases, und zwar im wesentlichen CH₄, CO und N₂. Dieses Kondensat wird in dem Flüssigkeitsabscheider 4 vom übrigen Koksofengas getrennt und in zwei Teilen auf verschiedenen Wegen der Rektifikationssäule 5 zugeführt. Der eine Teil wird der Säule 5 durch die Leitung 6 unmittelbar als Rücklaufflüssigkeit aufgegeben. Der andere Teil wird mit der Leitung 7 zum Wärmeaustauscher 3 geführt, dort verdampft und anschließend in die Säule 5 am Fuß eingeblasen. Die Flüssigkeit am Eintritt des Dampfes ist infolge der günstigen Siedeverhältnisse von CH₄ einerseits und CO H R, andererseits sehr stark mit Methan angereichert und kann demzufolge direkt am Fuß der Säule mit der Leitung 8 als Produkt abgezogen werden.

Wenn z. B. eine 6()%ige Methanfraktion vorliegt, von der ein Teil verdampft und in die Rektifikationssäule eingeblasen wird, so ist die mit diesem Dampf im Gleichgewicht stehende Flüssigkeit auf etwa 95" n mit Methan angereichert. Das eifiiHlungsgcmiiße

Verfahren könnte also in diesem Fall höchstens 95%iges Methan liefern.

Das Produkt wird dann bei einer relativ hohen Temperatur (Siedetemperatur des mäßig reinen Methans) im Wärmeaustauscher 2 verdampft, liefert also da nur Kälte bei einer relativ hohen Temperatur. Das im Flüssigkeitsabscheider abgetrennte Kondensat muß aber bei einer tieferen Temperatur im Wärmeaustauscher 3 gebildet werden. Um das zu erreichen, wird zusätzlich der eine Teil des Kondensats im ίο Wärmeaustauscher 3 verdampft. Da das Kondensat noch wesentliche Anteile an CO und N., enthält, ist seine mittlere Siedetemperatur wesentlich niedriger als die Siedetemperatur der Sumpfflüssigkeit bzw. des Produktes, d. h., die Verdampfung des einen Teiles des Kondensats liefert im Wärmeaustauscher 3 Kälte bei einer tieferen Temperatur.

Das vom Kopf der Säule 5 abziehende Restgas, bestehend aus CO, N₂ und geringen Teilen an Methan, wird dem von der Stickstoffwäsche der Koksofengas-Zerlegungsanlage kommenden und durch die Leitung 9 strömenden Restgas vor dem Wärmeaustauscher 3 zugemischt und zusammen mit ihm in den Wärmeaustauschern 3 und 2 erwärmt. Ebenfalls durch diese Wärmeaustauscher wird das von der Stickstoffwäsche kommende Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch mit der Leitung 10 geführt.

Besonders vorteilhaft kann die Erfindung z. B. auch bei der Gewinnung von Äthylen angewendet werden, wo die Siedeverhältnisse zwischen Äthylen einerseits und Methan andererseits ebenfalls für die Gewinnung eines mäßig reinen Produkts günstig sind.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Zerlegung eines Stoffgemisches durch Rektifikation unterhalb Normaltemperatur in einer Rektifikationssäule, wobei die Unterschiede im Siedeverhalten eines Gemischbestandteiles oder einer Gruppe von Gemischbestandteilen einerseits und dem Rest des Stoffgemisches andererseits groß sind und das Stoffgemisch als Rücklauf auf den Kopf der Säule aufgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil des flüssigen Gemisches auf den Kopf der Rektifikationssäule aufgegeben, der Rest verdampft und in den Fuß der Rektifikationssäule eingeblasen wird.

2. Verfahren zur Zerlegung eines Stoffgemisches nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vorliegen von mehreren Gemischfraktionen der zu verdampfende Teil des Gemisches aus der Gemischfraktion gebildet wird, die am reichsten an dem hochsiedenden Gemischbestandteil oder der hochsiedenden Gruppe von Gemischbestandteilen ist.

3. Verfahren zur Zerlegung eines Stöffgemisches nach Anspruch 1 und 2, insbesondere zur Gewinnung von Methan aus einem Gemisch, wie es bei der Abkühlung von Koksofengas bei tiefer Temperatur flüssig anfällt, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Teil des Gemisches im Wärmeaustausch mit Koksofengas verdampft wird.

4. Verfahren zur Zerlegung eines Stoffgemisches nach Anspruch 1 bis 3, insbesondere zur Gewinnung von Methan aus einem Gemisch, wie es bei der Abkühlung von Koksofengas bei tiefen Temperaturen flüssig anfällt, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Kopf der Rektifikationssäule abziehenden leichter flüchtigen Bestandteile unmittelbar dem kalten Restgas zugemischt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen