專利名稱:經氮洗滌凈化氣流的方法
本發(fā)明涉及一種在高壓下經氮洗滌以凈化氣流的方法，本方法將氣流和氮冷卻到低溫，然后使氣流用液氮洗滌，經凈化的氣體，在用待冷卻的氣流和待冷卻的氮進行熱交換再加熱之前，和進一步冷卻的高壓氮混合形成混合物，其中部分氮呈液狀。
特別是生產氨合成氣時進行用氮洗滌，此時在粗氫氣流中仍含有少量諸如在氨合成中起干擾作用，或者以不希望有的無用物出現(xiàn)的一氧化碳、甲烷、氬和其他組分，將粗氫氣流用液氮洗滌。以產生經凈化的氫氣流，其基本上仍只載有部分洗滌氮。因為洗滌時氫所接受的氮量不夠，為了把氮與氫調節(jié)到氨合成所必需的化學計算的比例，按公知的方法，把自洗滌塔排出的冷氣流與進一步的冷氮混合，然后重新加熱所說的混合物(DE-PS1963297)。
在這種方法中，氫和氮以常規(guī)方式在基本相同的壓力下被冷卻，例如在10-150巴的壓力下，特別是在20-80巴的壓力下。氮在冷卻時被冷凝或者視壓力水平被超臨界地冷卻。當它供入洗滌塔時或者當與經凈化的氣體混合時，則又形成一種在任何情況中均為低于臨界點的混合物，呈液態(tài)富氮相。
公知方法的不足之處在于在該方法的冷端區(qū)，那就是說在經氮洗滌后串聯(lián)進入的熱交換器的最冷部分出現(xiàn)大的溫差，由此限制了混合氣中所含的液態(tài)氮部分在其相當?shù)偷姆謮毫ο潞拖鄳诖嗽诤艿蜏叵抡舭l(fā)。
當處于較高壓(分壓力)的待冷卻的氮在較高的溫度下冷凝及被超臨界地冷卻時，這可由圖1中Q-T曲線定性地看出。在氮冷卻曲線中，在冷凝溫度下出現(xiàn)尖銳的轉折點，而在氮的超臨界的狀態(tài)下轉折點接近平坦，只要不轉向很高的壓力，此時并不會在定性上起決定性的變化。相反，混合物中的氮的蒸發(fā)和在滑動的溫度下加熱和按此在加熱曲線較平坦的部分發(fā)生，因而在加熱和冷卻曲線之間的溫度必然出現(xiàn)大的差距。熱交換器的冷端區(qū)存在的溫差局部達20℃以上，因而能量損耗大。
本發(fā)明的目的旨在對本文開頭的已有技術的方法進行改進，以致使熱交換器的冷端區(qū)的溫差減小，從而使那里發(fā)生的有用能量損耗降低。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的混合物中所含的液氮通過與待冷卻氣流和待冷卻的氮的熱交換而得到蒸發(fā)，此時待冷卻氮氣流本身或者氮氣流中的部分氣流或者其他過程氣流在比氮洗滌的工作壓力低的壓力下至少部分冷凝，隨后泵到較高壓力。
為此，本發(fā)明對常規(guī)工藝方法提出補充，將混合物中所包含的蒸發(fā)熱，通過降低壓力到混合物中液氮的分壓力，用于冷凝低壓過程氣流，此時首先在于選擇適合的低壓氣流有很大的自由。通過本發(fā)明的方法，使熱交換器的冷端區(qū)的溫差達到盡可能的小是可能的，在這兒有用能量節(jié)約了，此外這種能量再可加以利用，以減少總設備的能量需求量或者容許熱交換器的熱端有較大的溫差。最后，有可能性導致十分小的熱交換器。當然，為了達到經濟上的最佳狀態(tài)，可以僅僅部分地利用兩者相互相對地運行的可能性。
本發(fā)明的第一種優(yōu)選的實施例中，附加的冷凝步驟可采用低壓氮。此外，使氮氣流在低壓下冷卻和冷凝，然后借助于泵達到為氮洗滌所接近的氮的壓力并且在其冷卻之后與該氮混合。這種方法實施的優(yōu)點在于由此可減少接近高壓下的氮氣流，從而降低為冷凝高壓氮所需的能量。并且可以動能學上許多有利于實現(xiàn)冷凝低壓氮的輸送，如借助達到高壓氮的泵，代替昂貴的氣體冷凝。
本發(fā)明的另一種優(yōu)選的實施例中，由高壓氮中部分氣流進行分流，并在工作線路上降低到低壓，然后按本發(fā)明冷凝。這樣分流出部分的液氮同樣也可再借助于達到高壓氮的壓力的泵輸送此時產生的液氮并且在氮洗滌之前與其混合。當本方法實施時，首先必須冷凝處于高壓的全部氮氣流，但是當分流的部分氣流在工作線路上降低壓力時會產生附加的能量和冷量。
本發(fā)明的第三種優(yōu)選的實施例中，根本不需冷凝包括氮洗滌的高過程壓力的氮氣流。對本實施例來說，首先在工作線路上使在低的中間壓下提供使用的氮氣流以降低壓力，然后按本發(fā)明冷凝，其后將此時產生的液氮泵到要求的高壓。
本發(fā)明的又一種優(yōu)選的實施例中，本發(fā)明的低壓過程氣流的冷凝系在循環(huán)接通下產生，在循環(huán)系統(tǒng)中工作介質在高壓下蒸發(fā)，其后在工作線路上降低壓力，然后在低壓下冷凝，最后再泵到高壓。此時，氮或者在氮洗滌時洗滌塔的槽中產生的剩余氣體作為工作介質特別合適。工作介質不僅可以處于閉合的循環(huán)中，而且可以處于敞開的循環(huán)中。若工作介質處于敞開的循環(huán)中，則氮洗滌的剩余氣體作為工作介質特別合適。在洗滌槽中產生的剩余氣體此時首先在壓力下以有利的方式被蒸發(fā)，其后在工作線路上降低壓力并且部分冷凝。之后，此時所形成的液相要再借助于泵泵到剩余氣體壓力并在敞開的循環(huán)中運行。還必須從循環(huán)中提取相應于精制剩余氣體輸入的數(shù)量，以有利的方式連接到工作線路上降壓來實現(xiàn)。在該實施方法中，在高壓下蒸發(fā)循環(huán)介質之后，使循環(huán)介質與剩余氣體混合仍是有利的。
以下，將結合附圖中所敘的實施例對本發(fā)明作更詳細的說明。
圖1為具有氣流(原料氣)和高壓氮的冷卻曲線以及自氮洗滌塔排出的混合物和剩余氣體(按照技術發(fā)展的水平)的加熱曲線的QT總圖;
圖2為本發(fā)明方法的第一種實施形式;
圖3為本發(fā)明方法的另一種實施形式;
圖4為本發(fā)明方法的又一種實施形式;
圖5為具有閉合循環(huán)的本發(fā)明方法的另一種實施形式;
圖6為具有敞開循環(huán)的發(fā)明的又一種實施形式。
在圖2所示的本發(fā)明的實施例中，待凈化的原料氣經管道1輸送，首先在熱交換器2，之后在熱交換器3冷卻到低溫，然后輸入到氮洗滌塔4的底部。此外，由管道5平行地將壓力幾乎與管道1中原料氣相同的高壓氮輸入，在熱交換器2和3中冷卻之后，經管道6輸送到氮洗滌塔4的頂部，在此一部分高壓氮作為洗液加入。在很多情況下，當以原料氣供入氮洗滌塔4中時和超臨界氮會形成低臨界混合物，此時形成富氮液相。該洗液與向上的混合氣以相對的流向流經洗滌塔并洗滌混合氣中干擾組分，例如一氧化碳、甲烷、氬或者其他來自氫氣流中的雜質。經凈化的混合氣由氮洗滌塔4的頂部的管道7排出并與經管道6輸出的冷卻高壓氮的另一部分氣流混合，例如在氫凈化后制備氨的合成氣下，要把氫和氮的比例調節(jié)到氨合成所需的化學計算的比例。在混合時，經管道6輸出的氮同樣也與塔的上部產物形成低臨界混合物，由此再形成基本含氮的洗液。兩相混合氣以與待冷氣流反向進入熱交換器3和2被加熱，此時處于熱交換器3的底部，也即過程的冷端區(qū)內的液體部分被蒸發(fā)。經加熱的混合氣最后經管道8作產品氣流排出。
在氮洗滌塔4的槽內產生帶有經洗滌的組分的洗滌氮，經管道9排出，在熱交換器3中被加熱蒸發(fā)以及在熱交換器2再加熱之后，最后作為剩余氣體經管道10排出。
對圖2中所示的實施形式的上述部分，它與常規(guī)的氮洗滌相符，本發(fā)明還補充輸送經管道11輸入的低壓氮氣流并在熱交換器2和3中冷卻或者冷凝。冷凝物被收集在容器12中并經泵13把壓力提高到管道5中高壓氮氣流的壓力。緊接著它經管道15的管道14供入至冷的高壓氮氣流中，以便與高壓氮氣流共同經氮洗滌的管道6輸送。
本發(fā)明的圖3中所示的實施形式與圖2所示的區(qū)別在于提供沒有分開的低壓氮氣流，而是由管道5中的高壓氮氣流在熱交換器2中預冷卻之后分流出部分氣流16并在減壓透平17中以工作線路上降壓。此時產生的冷低壓氣體經管道18輸送到熱交換器3的冷部分和在其中冷凝。此時形成的冷凝液再如按圖2實施形式那樣進一步處理。
在本發(fā)明圖4所示的實施形式中，中壓氮氣流經管道19輸送，在熱交換器2中冷卻之后全部在減壓透平20中減壓。此時產生的冷低壓氣體再在熱交換器3冷凝，經容器21輸?shù)?2中并經管道23向氮洗滌4輸送之前把壓力泵到氮洗滌的壓力。
在按圖5的實施形式中，系在熱交換器3冷端進行閉合循環(huán)，在該循環(huán)中在管道24中處于壓力下的工作介質在熱交換器3中蒸發(fā)，之后經管道25輸送到膨脹透平26并在其中于工作路線上減壓。然后，經減壓的低壓工作介質在熱交換器3的冷端部分冷凝，經容器27通過泵28再達到高壓，經管道24重新進行循環(huán)。
本發(fā)明圖6所示的實施形式與圖5所示的區(qū)別在于形成敞開式循環(huán)，把自氮洗滌塔4經管道9排出的剩余氣體作為工作介質。經管道9排出的剩余氣體此時首先在熱交換器3中蒸發(fā)，然后經29進入循環(huán)。在由循環(huán)氣體和剩余氣體組成的混合氣在工作路線上減壓之后，過剩部分經管道30分流并且與在熱交換器3中冷凝時未呈液狀的氣體和從容器27中分出來的經管道31排出的組分混合?；旌蠚饨浌艿?2排出，在熱交換器2和3中加熱，最后經管道33以剩余氣體形式排出。
權利要求
1.一種在高壓下經氮洗滌凈化氣流的方法，本方法將氣流和氮冷卻到低溫，然后將氣流經液氮洗滌，經凈化的氣流，在通過與待冷卻的氣流和待冷卻的氮進行熱交換再加熱之前，與進一步冷卻的且處于高壓下的氮混合，形成混合物，其中氮部分呈液狀，其特征在于混合物中所含的液氮通過與待冷卻的氣流和待冷卻的氮的熱交換而得到蒸發(fā)，此時或者是待冷卻的氮氣流本身或者氮氣流的部分氣流或者比在氮洗滌的工作壓力低的壓力下的其他過程的氣流至少部分被冷凝，隨后泵到較高壓力。
2.根據權利要求
1所述的方法，其特征在于把處于比氮洗滌的工作壓力低的壓力的氮氣流在其冷凝之后用泵泵到用氮洗滌時的工作壓力并且與第二種處于氮洗滌的工作壓力的氮氣流混合或者就這樣被應用。
3.根據權利要求
1或2所述的方法，其特征在于通過處于N2洗滌的工作壓力的N氣流的部分氣流在工作線路上減壓以形成處于比N2洗滌的工作壓力低的壓力的氮氣流。
4.根據權利要求
1所述的方法，其特征在于在處于氮洗滌的壓力下的壓力時輸送氮并首先部分地被冷卻，之后在工作線路上減壓，通過進一步與混合氣熱交換冷凝，然后泵到氮洗滌的壓力。
5.根據權利要求
1所述的方法，其特征在于循環(huán)中的工作介質在高壓下蒸發(fā)，在工作線路上減壓，在減壓下冷凝以及再泵到高壓，此時在與待加熱或者待冷卻的過程氣流發(fā)生熱交換使在熱交換器中的工作介質蒸發(fā)和冷凝。
6.根據權利要求
5所述的方法，其特征在于循環(huán)被閉合并把含有的氮或者氮洗滌的槽中以剩余氣體出現(xiàn)的混合物作為工作介質。
7.根據權利要求
5所述的方法，其特征在于自氮洗滌中來的剩余氣體用作敞開循環(huán)中的工作介質。
8.根據權利要求
7所述的方法，其特征在于使氮洗滌的剩余氣體蒸發(fā)，之后在工作線路上減壓，部分冷凝并且將此時形成的液相用泵泵到剩余氣體壓力，再與剩余氣體混合。
9.根據權利要求
8所述的方法，其特征在于液相在混合之前被蒸發(fā)。
10.根據權利要求
8或9所述的方法，其特征在于多余的剩余氣體在工作線路上減壓之后自循環(huán)中排出。
專利摘要
本發(fā)明提出一種高壓下經氮洗滌凈化氣流的方法。將待凈化的氣流和氮冷卻到低溫，然后氣流用液氮洗滌，經凈化的氣流與進一步冷卻的處于高壓下的氮混合形成混合物，其中氮部分呈液狀混合。此時形成的混合物最終再加熱，以蒸發(fā)其中所含的液氮。待冷卻氮氣流本身或者氮氣流的部分氣流或者其他過程中的氣流在作為氮洗滌的工作壓力的低壓下至少部分地被冷凝，然后泵到高壓。
文檔編號C01B3/50GK87105607SQ87105607
公開日1988年2月24日 申請日期1987年8月12日
發(fā)明者海因茨·鮑爾, 漢斯·貝克爾, 瓦爾特·朔爾茨 申請人:琳德股份公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan