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Verfahren zur Gewinnung von Wasserstoff durch teilweise Verfliissigung von zuvor gereinigten Koksofen-oder ähnlichen Gasen.
Das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren betrifft eine Anwendung des in der öster- reichischen Patentschrift Nr. 84708 beschriebenen Verfahrens zur Gewinnung des Wasserstoffes aus einem Gemisch von zwei Gasen, die, wie z. B. Wasserstoff und Kohlenoxyd des Wassergases, sehr ver- schiedene Siedepunkte besitzen, auf Leuchtgas, Koksofengas oder ähnliche Gase, die durch eine Vorreinigung in ein reines Gemisch von Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenoxyd und Methan umgewandelt werden. Im wesentlichen beruht die Erfindung auf der Feststellung, dass Methan, Kohlenoxyd und Stickstoff in. flüssigem Zustand in weiten Grenzen ineinander mischbar sind.
Hiedurch gelingt es, die Schwierigkeiten zu überwinden, die durch das Gefrieren des Methans und selbst des Kohlenoxyds verursacht würden, wenn von diesem Gas vollkommen befreiter Wasserstoff gewonnen werden soll.
Betrachtet man zu dem genannten Zwecke einen austeigenden Strom des genannten Gasgemisches, das durch Zirkulation entgegen den abgeschiedenen Gasen zuvörderst bis in die Nähe der Temperatur, bei welcher die Verflüssigung des Gasgemisches beginnt, abgekühlt worden ist und bei seiner aufsteigenden Bewegung in den Röhren eines Bündels oder durch die Platten einer Kolonne einer gleichmässig abnehmenden Temperatur (von der Siedetemperatur des reinen Methans bis in Nähe der Erstarrungstemperatur des am schwersten verflüssigbaren dieser drei Gase, nämlich des Stickstoffes) unterworfen wird.
Der vorerwähnten Tatsache zufolge kondensieren unter diesen Bedingungen das Methan, das Kohlenoxyd und der Stickstoff nacheinander unter Bildung rückfliessende Flüssigkeitsgemisehe, die nach und nach immer weniger Methan, aber immer mehr Kohlenoxyd und schliesslich auch Stickstoff enthalten, also immer weniger gefrierbar sind. Dadurch wird jedes der Gase von dem ihm nachfolgenden gewaschen und rektifiziert, wodurch es daran gehindert wird, eine Zone zu erreichen, in der es gefrieren und den Apparat unwirksam machen könnte. Schliesslich bleibt also nur gasförmiger Wasserstoff übrig, der keine weitere Verunreinigung enthält als die sehr geringe Menge Stickstoff, die bei einer solchen Temperatur bestehen kann.
Da aber zwischen den äussersten Siede-und Gefrierpunkten dieser Flüssigkeiten (-195'5 und - 210-5 C für den Stickstoff,-164 und-184 C für das CH4) ein sehr grosser Unterschied besteht, erzielt man bessere Resultate, wenn man anstatt die rückfliessende Flüssigkeit als zusammenhängende
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Sammler voneinander getrennte Teile erfolgte, weil man es mit einem Gasgemisch zu tun hat, dessen einzelne Flüssigkeiten hinsichtlich ihrer Siedepunkte grosse Unterschiede aufweisen. Hätte man nämlich nur ein einziges Röhrenbündel, so würde einerseits der von den oberen Zonen zurückfallende flüssige Stickstoff beim Zurückfallen in die für ihn warme Siedezone des Methans energisch wieder verdampfen und dadurch den inneren Arbeitsgang stören.
Anderseits bekäme die unter diesen Bedingungen aufgefangene einzige Flüssigkeit (mischbare Gemenge von Stickstoff, Kohlenoxyd und Methan) eine weit über -1950 C liegende Temperatur, die der flüssige Stickstoff allein zu erreichen gestattet, so dass man
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So bleibt den schliesslich gasförmiger Wasserstoff zurück. Dieser noch verdichtete Wasserstoff liefert bei seiner Entspannung, unter gleichzeitiger Leistung äusserer Arbeit, die zur Ausführung des
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von möglichst viel Kälte vor sich gehe, der verdichtete Wasserstoff vor seiner Expansion erhitzt werden.
Gemäss der Erfindung kann diese Erhitzung dadurch bewirkt werden, dass man den Wasserstoff durch einen Verflüssiger leitet, zu dessen Speisung ein Teil des in den Abscheidungsapparat gelangenden kalten verdichteten Gases verwendet wird. Beim Durchgang durch den Verflüssiger bewirkt der Wasserstoff durch seine Kälte eine teilweise Verflüssigung dieses Teiles des behandelten Gases, wobei er sieh erwärmt. Die hiebei entstehende Flüssigkeit wird in den Apparat geschickt, in dem die Abscheidung des Gasgemisches erfolgt. Nach dieser Erhitzung wird der verdichtete Wasserstoff entspannt. Der ent- spannte und sonach sehr kalte Wasserstoff gelangt dann durch den Abscheider, um darin durch seine Kälte die Endabscheidung des behandelten Gases herbeizuführen.
Auf der Zeichnung ist eine zur Ausübung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung schematisch dargestellt. Die Temperaturaustauscher sind dabei weggelassen, in denen das zu behandelnde verdichtet Gasgemisch durch die vom Abscheidungsapparat kommenden kalten Gase abgekühlt wird.
Das verdichtete, zuerst gereinigte und demzufolge nur aus Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenoxyd und Methan bestehende Gemisch strömt durch das Rohr A zu und sein grösster Teil tritt durch das Ventil B in den eigentlichen Abscheider. Dieser besteht aus einer Kolonne C, die z. B. zwei übereinander ange- ordnete Verflüssiglngsrohrbündel D, D'enthält, die mit Sammelräumen E, E'versehen sind. Das durch B zuströmende Gas steigt zunächst durch die Rohre des Bündels D, durchzieht dann den zweiten Sammler E'und hierauf die Rohre des Bündels D'. Bei diesem Emporsteigen begegnet es in einer noch näher zu erläuternden Weise immer tieferen Temperaturen, bis es schliesslich im oberen Teil von D' eine Temperatur erreicht, die nahe dem Gefrierpunkt des flüssigen Stickstoffes liegt.
Dabei verflüssigen sich Methan, Kohlenoxyd und Stickstoff nacheinander in der bereits erläuterten Weise und die Flüssigkeiten strömen nach unten zurück in die Sammler E, E'.
In E sammelt sich flüssiges Methan, das etwas Kohlenoxyd enthält. Diese Flüssigkeit wird durch das mit einem Ventil versehene Rohr F umgeleitet und ergiesst sich etwa in halber Höhe der Kolonne 0, in der annähernd atmosphärischer Druck herrscht. Sie fliesst dann nacheinander auf die Platten G, (7, q'usw. herab, verdampft hiebei zufolge der inneren Verflüssigung und verliert zunächst das in ihr enthaltene Kohlenoxyd, wodurch um das Röhrenbündel D herun eine Temperaturabstufung bewirkt wird. Was im unteren Teil der Kolonne bei H verdampft, ist fast reines Methan, das aufgefangen werden kann.
In E'wird im wesentlichen ein Gemisch von Kohlenoxyd und Stickstoff aufgefangen. Diese Flüssigkeit, die bedeutend kälter ist als das vorerwähnte Methan, wird durch das mit einem Hahn versehene Rohr I nach oben geleitet und fällt nacheinander auf die Platten J, J', J"usw. herab, wobei sie zunächst insbesondere Stickstoff, sodann Kohlenoxyd verliert und um das Röhrenbündel D'herum die erstrebte Temperaturabstufung hervorbringt. Auf den Platten a vereinigt sie sich mit der aus E kommenden Flüssigkeit.
Ordnet man die Röhre, in denen die so umgeleiteten Flüssigkeiten emporsteigen, im Inneren der Kolonne 0, so lassen sich diese Flüssigkeiten unter Druck abkühlen.
Die in der Kolonne 0 verdunsteten Gase entweichen durch die Rohre K, Z'und L und können als ein Gemisch von Stickstoff, Kohlenoxyd und Methan in der einen Innenkammer eines Wärmeaustauschers aufgefangen werden, wo man sie auf die Aussentemperatur zurückbringt, um sie dann zu benutzen. Das Methan des Rohres J kann auch in eine besondere, im Wärmeaustauscher angeordnete Kammer geleitet und gesondert aufgefangen werden.
Da eine möglichste Herabsetzung der Kälteverluste wichtig ist, macht man sich die im oberen Teil des Apparates schwächere Zirkulation der Flüssigkeiten und der Gase zunutze, indem man den Durchmesser des oberhalb E'befindliehen Teiles der Kolonne 0, sowie den Durchmesser oder die Zahl der Rohre des Bündels D'verringert.
Oberhalb der die Platten J enthaltenden oberen Verdampfungskammer der Kolonne 0 ragen die Rohre des Bündels D'in den Kolonnenraum M hinein, in dem sie, stets unter dem Anfangsdruck stehend, der Einwirkung einer Temperatur unterworfen werden, die in der nachfolgend beschriebenen Weise erzeugt wird und noch tiefer liegt als die Temperatur des unter atmosphärischem Druck siedenden Stickstoffes, so dass die Entfernung des Kohlenoxyds durch die Waschung, der es zufolge der letzten Stickstoffmengen unterworfen wird, zu Ende geführt wird.
Zu diesem Zwecke können-die in den oberen Teil von D'gelangenden restlichen Gase, die aus praktisch reinem Wasserstoff bestehen, z. B. in eine Verbundentspannungsmaschine geleitet werden, in der sie unter Leistung äusserer Arbeit so vollständig als möglich entspannt werden. Dabei gelangen sie auf eine sehr niedrige Temperatur und werden in den Raum M geführt, in dem sie die Rohre des Bündels D'umspülen. Wie zuvor erwähnt, fällt diese Entspannung, wenn nicht hinsichtlich der Schlusstemperatur, so doch hinsichtlich der erzeugten Kältemenge nur dann vollkommen befriedigend aus, wenn die Gase vorher vorgewärmt wurden. Hiezu werden die beispielsweise und erfindungsgemäss durch
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