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DE3032799A1 - Gas mixt. contg. hydrogen and nitrogen for ammonia synthesis - where hydrogen is purified in adsorbers which are desorbed by nitrogen, and some nitrogen is left in adsorbers - Google Patents

Gas mixt. contg. hydrogen and nitrogen for ammonia synthesis - where hydrogen is purified in adsorbers which are desorbed by nitrogen, and some nitrogen is left in adsorbers

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DE3032799A1
DE3032799A1 DE19803032799 DE3032799A DE3032799A1 DE 3032799 A1 DE3032799 A1 DE 3032799A1 DE 19803032799 DE19803032799 DE 19803032799 DE 3032799 A DE3032799 A DE 3032799A DE 3032799 A1 DE3032799 A1 DE 3032799A1
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Union Carbide Corp
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Abstract

A first gas mixt. contg. hydrogen and adsorbable impurities is fed through at least one adsorption bed to remove the impurities and obtain a gas rich in H2, which is fed through a second bed at a lower pressure. Nitrogen gas is then fed in the reverse direction through the first bed to remove the impurities by desorption. Some N2 is intentionally left in the first bed, and is compressed together with more gas. After further adsorption of the impurities, a prod. gas mixt. of H2 and N2 is obtd. The pref. plant uses a row of adsorber beds and alternating gas pressures; and the N2 required is pref. obtd. by the cryogenic treatment of air. The O2 obtd. from the air is pref. used in mfg. gas. Increased yield of H2, and lower energy consumption is provided.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Method and device for producing

Ammoniaksynthesegasgemischen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildung eines Wasserstoff und Stickstoff enthaltenden Gasgemischs für die Ammoniaksynthese, bei dem ein Wasserstoff und adsorbierbare Verunreinigungen enthaltendes Einsatzgasgemisch durch eine adiabatische Druckwechseladsorption zerlegt wird. Ammonia synthesis gas mixtures The invention relates to a method and a device for forming a gas mixture containing hydrogen and nitrogen for ammonia synthesis, in which a hydrogen and adsorbable impurities containing feed gas mixture decomposed by an adiabatic pressure swing adsorption will.

Bei der Bildung von Wasserstoff und Stickstoff enthaltenden Gasgemischen für die Ammoniaksynthese kann der einen Bestandteil des Synthesegasgemisches darstellende Wasserstoff auf verschiedenartige Weise erzeugt werden, beispielsweise durch Dampfreformieren von Erdgas oder Naphtha, durch Teiloxidation von Kohlenwasserstoffen oder durch Kohlevergasung. Unabhängig von der im Einzelfall angewendeten Art der Wasserstoffherstellung, enthält der anfallende wasserstoffhaltige Strom typischerweise eine Anzahl von Verunreinigungen, wie Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Methan und Wasser. Das wasserstoffreiche Gasgemisch der Wasserstoffgewinnungsstufe wird infolgedessen in der Regel weiteren Behandlungsstufen unterzogen, beispielsweise einer Kohlenmonoxid-Verschiebekonversion zur Beseitigung des Kohlenmonoxidgehalts des Gemischs, einer Kohlendioxidbeseitigung durch selektive Adsorption von Kohlendioxid aus dem Gasgemisch mittels eines zweckentsprechenden flüssigen Lösungsmittels in einer Waschkolonne, und einer letzten Reinigung des Gasgemischs durch selektive Adsorption zum Beseitigen von restlichen Verunreinigungen und zur Anlieferung eines Wasserstoffgoses hoher Reinheit . Danach kann das Wasserstoffgas hoher Reinheit mit von einer externen Quelle kommendem, verdichtetem Stickstoff unter Bildung des Ammoniaksynthesegasgemisches gemischt werden, das Wasserstoff und Stickstoff in den gewünschten Anteilen, beispielsweise einem stöchiometrischen Molverhältnis von Wasserstoff zu Stickstoff von 3:1, enthält.In the formation of gas mixtures containing hydrogen and nitrogen for the ammonia synthesis, the one that is a component of the synthesis gas mixture can be used Hydrogen can be generated in various ways, for example by steam reforming from natural gas or naphtha, through partial oxidation of hydrocarbons or through Coal gasification. Regardless of the type of hydrogen production used in the individual case, the resulting hydrogen-containing stream typically contains a number of impurities, such as carbon dioxide, carbon monoxide, methane, and water. The hydrogen-rich gas mixture the As a result, the hydrogen production stage is usually further treatment stages subjected, for example, to a carbon monoxide shift conversion for elimination the carbon monoxide content of the mixture, a carbon dioxide removal by selective Adsorption of carbon dioxide from the gas mixture by means of an appropriate liquid solvent in a washing column, and a final cleaning of the Gas mixture through selective adsorption to remove residual impurities and for the delivery of a hydrogen gas of high purity. After that, the hydrogen gas can high purity with compressed nitrogen from an external source mixed to form the ammonia synthesis gas mixture, the hydrogen and nitrogen in the desired proportions, for example a stoichiometric one 3: 1 molar ratio of hydrogen to nitrogen.

Bei der letzten Reinigungsstufe des vorstehend erläuterten Prozesses, in welcher restliche Verunreinigungen aus dem wasserstoffhaltigen Gasstrom durch selektive Adsorption beseitigt werden, kann zweckmäßig mit adiabatischen Druckwechseladsorptionsverfahren gearbeitet werden, wie sie aus der US-PS 3 430 418 oder der US-PS 3 986 849 bekannt sind. Bei dem einen dieser Verfahren (US-PS 3 430 418) werden vier Adsorberbetten niit7t; es kann ein Wasserstoffproduktgas mit einer Reinheit von 99,9999, das keine nachweisbaren Mengen der obengenannten Verunreinigungen aufweist, bei Ausbeuten in der Größenordnung von 75 bis 80 % gewonnen werden. Bei dem anderen bekannten Verfahren (US-PS 3 986 849) werden mindestens sieben Adsorberbetten eingesetzt, von denen mindestens zwei wdhrend des Prozeßzyklus jeweils Einsatzgas aufnehmen.In the last cleaning stage of the process explained above, in which residual impurities from the hydrogen-containing gas stream through Selective adsorption can be eliminated conveniently with adiabatic pressure swing adsorption processes as known from US Pat. No. 3,430,418 or US Pat. No. 3,986,849 are. In one of these processes (US Pat. No. 3,430,418), four adsorber beds are used niit7t; it can produce a hydrogen product gas with a purity of 99.9999, the has no detectable amounts of the above impurities, at yields in the order of 75 to 80% can be recovered. The other known one Process (US-PS 3,986,849) at least seven adsorber beds are used, at least two of which each receive feed gas during the process cycle.

Das Arbeitsspiel umfaßt mindestens drei Druckausgleichsphasen. Es kann ein Wasserstoffproduktgas mit einer Reinheit von 99,9999 % bei einer Wasserstoffausbeute in der Größenordnung von 85 bis 90 % erhalten werden.The work cycle includes at least three pressure equalization phases. It can produce a hydrogen product gas with a purity of 99.9999% with a hydrogen yield on the order of 85 to 90% can be obtained.

Obwohl mit Hilfe der obengenannten adiabdtischen Druckwechseladsorptionsprozesse ein Wasserstoffprodukt von.Although with the help of the above-mentioned adiabdic pressure swing adsorption processes a hydrogen product of.

extrem hoher Reinheit erzielt wird, geht ein beträchtlicher Betrag des Wasserstoffs, der in dem dem Druckwechselprozen zugeführten Einsatzgasgemisch enthalten ist, in dem Abgas, das heißt dem Gegenstromdruckminderungsgas und Spülgas, verloren, das aus dem Prozeß ausgetragen wird. Ein weiterer Nachteil der bekannten Druckwechseladsorptionsprozesse besteht bei derartigen Ammoniaksynthesegasanwendungen darin, daß in den Adsorberbetten der Adsorptionsanlage relativ große Mengen an Adsorptionsmittel erforderlich sind.extremely high purity is achieved, a considerable amount goes of the hydrogen in the feed gas mixture supplied to the pressure change process is contained in the exhaust gas, i.e. the countercurrent pressure reducing gas and purge gas, lost, which is discharged from the process. Another disadvantage of the known Pressure swing adsorption processes exist in such ammonia synthesis gas applications in that relatively large amounts of adsorbent in the adsorber beds of the adsorption system required are.

Innerhalb des Gesamtprozesses der Ammoniaksynthesegasherstellung unter Verwendung der oben erläuterten Prozeßstufen zum Erzeugen eines Wasserstoffgasstroms hoher Reinheit als Ausgangsbestandteil des Synthesegasgemischs kommt das Stickstoffgas, das mit dem Wasserstoffgas hoher Reinheit zur Anlieferung des endgültigen Synthesegasgemischs zusammengebracht wird, typischerweise von einer externen Quelle, beispielsweise einer Tieftemperat ur- oder Druckwechseladsorptions-Luftzerlegungsanlage, Verdampfungsanlagen für flüssigen Stickstoff und Stickstoffgas-Pipelines, mit relativ niedrigen Drücken in der Größenordnung von beispielsweise 69 bis 690 kPa.Within the overall process of ammonia synthesis gas production under Use of the process steps discussed above to generate a hydrogen gas stream high purity as the starting component of the synthesis gas mixture the nitrogen gas comes to the delivery with the hydrogen gas of high purity of the final synthesis gas mixture is brought together, typically by one external source, for example a cryogenic or pressure swing adsorption air separation plant, Evaporation systems for liquid nitrogen and nitrogen gas pipelines, with relative low pressures on the order of, for example, 69 to 690 kPa.

Weil der notwendige Druck des Synthesegasgemischs in der Regel über 2760 kPa liegt, muß in erheblichem Umfang Verdichtungsenergie aufgewendet werden, um den Niederdruckstickstoff auf die hohen Druckwerte zu komprimieren, die fUr die Bildung des Produktgasgemischs notwendig sind.Because the necessary pressure of the synthesis gas mixture is usually over 2760 kPa, a considerable amount of compression energy must be used, in order to compress the low-pressure nitrogen to the high pressure values required for the Formation of the product gas mixture are necessary.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Bildung eines Wasserstoff und Stickstoff enthaltenden Gas gemischs für die Ammoniaksynthese zu schaffen. Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung sollen sich durch eine höhere prozentuale Wasserstoffausbeute in der Endreinigungs-Druckwechseladsorptionsstufe auszeichnen, als sie bei bekannten Prozessen erreicht wird. Die Druckwechseladsorptionsphase soll weniger Adsorptionsmittel als bekannte Adsorptionsvorrichtungen erfordern. Der Aufwand an externer Verdichtung für das Komprimieren von Niederdruckstickstoffgas auf den Endproduktdruck soll im Vergleich zu bekannten Prozessen erheblich verringert sein.The invention is therefore based on the object of an improved method and an improved apparatus for forming a hydrogen and nitrogen containing one To create gas mixture for ammonia synthesis. The method and the device according to the invention should be characterized by a higher percentage hydrogen yield excel in the final cleaning pressure swing adsorption stage than they are known from Processes is achieved. The pressure swing adsorption phase should have less adsorbent than known adsorption devices. The effort of external compression for compressing Low pressure nitrogen gas to the final product pressure should be significantly reduced compared to known processes.

Gegenstand der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildung eines Wasserstoff und Stickstoff enthaltenden Gasgemischs für die Ammoniaksynthese, bei dem ein Wasserstoff und adsorbierbare Verunreinigungen enthaltendes Einsatzgasgemisch durch selektive Adsorption der Verunreinigungen in mindestens einem Adsorberbett entsprechend dem nachstehend genannten Arbeitsspiel zerlegt wird.The invention relates to a method and a device for Formation of a gas mixture containing hydrogen and nitrogen for ammonia synthesis, in which a feed gas mixture containing hydrogen and adsorbable impurities by selective adsorption of the impurities in at least one adsorber bed is dismantled according to the work cycle mentioned below.

Gemäß dem konventionellen Arbeitsspiel einer selektiven Adsorption wird zyklisch ein Einsatzgasgemisch dem Eintrittsende des Bettes mit einem ersten höchsten Überdruck zugeleitet, während nichtadsorbiertes, wasserstoffreiches Gas aus dem Austrittsende des Bettes ausgetragen wird. Anfängliches Lückenvolumengas (d.h. in den Adsorberbettzwischenräumen eingeschlossenes Gas) wird am Austrittsende des Bettes freigesetzt; das derart freigesetzte Gas wird dem Austrittsende eines anderen zuvor von den Verunreinigungen gereinigten und sich zunächst auf niedrigerem Druck befindlichen Betts zugeleitet, bis sich ein Druckausgleich zwischen den beiden Betten auf einem höheren Zwischendruck eingestellt hat. Zusätzliches Gas wird von dem Bett zwecks Druckminderung auf einen niedrigsten Druck freigesetzt, und Spülgas wird dem Austrittsende des Bettes zugeleitet, um Verunreinigungen zu desorbieren und durch das Eintritt sende des Bettes hindurch auszuspülen. Das gespülte Bett wird auf den ersten höchsten Überdruck wiederaufgedrückt, worauf das Arbeitsspiel wiederholt wird.According to the conventional work cycle of selective adsorption a feed gas mixture is cycled to the inlet end of the bed with a first highest overpressure supplied, while non-adsorbed, hydrogen-rich gas is discharged from the exit end of the bed. Initial void volume gas (i.e. gas trapped in the spaces between the adsorber beds) is released at the outlet end released of the bed; the gas released in this way becomes the outlet end of a others previously cleaned of the impurities and initially on lower ones Bed under pressure until there is a pressure equalization between the two Beds set to a higher intermediate pressure. Additional gas is supplied by the bed to reduce the pressure on one lowest pressure released, and purge gas is fed to the exit end of the bed to remove contaminants desorb and rinse through the inlet end of the bed. The rinsed The bed is repressed to the first highest overpressure, whereupon the work cycle is repeated.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß (a) das Adsorberbett während der Spülphase mit von einer externen Quelle kommendem Stickstoffgas derart gespült wird, daß nach Abschluß der Spülphase Stickstoffgas in dem Bett verbleibt, in der anschließenden Wiederaufdrückphcse des gespülten Bettes auf den ersten höchsten Überdruck komprimiert und anschließend in dem nichtadsorbierten wasserstoffreichen Gas ausgetragen wird, wobei das ausgetragene Gas das wasserstoff- und stickstoffhaltige Gasgemisch bildet, und/oder (b) das Adsorberbett während der Wiederaufdrückphase mit von einer externen Quelle kommendem Stickstoffgas derart wiederaufgedrückt wird, daß das eingeleitete Stickstoffgas auf den ersten höchsten Überdruck komprimiert und anschließend in dem nichtadsorbierten wasserstoffreichen Gas ausgetragen wird, wobei das ausgetragene Gas das wasserstoff- und stickstoffhaltige Gasgemisch bildet.The method according to the invention is characterized in that (a) the adsorber bed during the flushing phase with nitrogen gas coming from an external source it is purged in such a way that nitrogen gas remains in the bed after the purge phase is complete, in the subsequent re-pressing phase of the flushed bed to the first highest Overpressure compressed and then in the non-adsorbed hydrogen-rich Gas is discharged, the discharged gas being the hydrogen and nitrogen-containing Forms gas mixture, and / or (b) the adsorber bed during the repressurization phase is re-pressurized with nitrogen gas coming from an external source in such a way that that the introduced nitrogen gas is compressed to the first highest overpressure and then discharged in the non-adsorbed hydrogen-rich gas, wherein the discharged gas forms the gas mixture containing hydrogen and nitrogen.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird mit mindestens sechs Adsorberbetten gearbeitet, während der selektive Adsorptionszyklus ähnlich der aus der US-PS 3 986 849 bekannten Verfahrensweise durchgeführt wird, wie dies nachstehend näher erläutert ist.According to a preferred embodiment of the invention worked with at least six adsorber beds during the selective adsorption cycle is carried out similarly to the procedure known from US Pat. No. 3,986,849, as explained in more detail below.

Erfindungsgemäß wird also Stickstoff in das durch die selektive Adsorption hergestellte, nichtadsorbierfe, wasserstoffreiche Gas eingebracht, indem von einer externen Quelle kommendes Stickstoffgas als Spülmittel und/oder als Wiederavfdrückmittel verwendet wird. Dies erlaubt es, den Bedarf der Anlage an externer Verdichtungsenergie im Vergleich zu bekannten Systemen wesentlich heabzusetzen, bei denen das gesamte von einer externen Quelle kommende Stickstoffgas extern komprimiert wird, das heißt außerhalb der Adsorberbetten verdichtet wird, bevor dieses Gas mit dem wasserstoffreichen Produktgas der Adsorberbetten gemischt wird, um das Produktsynthesegasgemisch zu bilden. Dadurch, daß entsprechend der vorliegenden Erfindung das von einer externen Quelle stammende Stickstoffgas benutzt wird, um die Adsorberbetten zu spülen und/oder mindestens teilweise wiederaufzudrücken, erfolgt eine interne Verdichtung dieses Gases innerhalb des Bettes, so daß das Gas, nachdem das Bett gespült und voll wiederaufgedrückt ist, zusammen mit dem nichtadsorbierten wasserstoffreichen Gas mit dem hohen Produktdruck ausgetragen wird. Auf diese Weise wird der Bedarf an externer Verdichtungsenergie für das von der externen Quelle kommende Stickstoffspülgas und/oder StickstoffwiederaufdrUckgas wesentlich herabgesetzt oder gar zu Null gemacht.According to the invention, therefore, nitrogen is introduced into the through selective adsorption produced, nichtadsorbierfe, hydrogen-rich gas introduced by a Nitrogen gas coming from an external source as a flushing agent and / or as a repressurizing agent is used. This makes it possible to meet the requirements of the system for external compression energy compared to known systems significantly heabhaben, in which the entire nitrogen gas coming from an external source is externally compressed, i.e. outside the adsorber beds is compressed before this gas with the hydrogen-rich Product gas of the adsorber beds is mixed to the product synthesis gas mixture form. In that, according to the present invention, from an external Source-derived nitrogen gas is used to purge and / or purge the adsorber beds to push back at least partially, an internal compression takes place this Gas within the bed so that the gas after the bed has been purged and fully repressed is, along with the non-adsorbed hydrogen-rich gas with the high product pressure is carried out. This increases the need for external compression energy for the nitrogen purge gas and / or nitrogen repressurization gas coming from the external source substantially reduced or even made to zero.

Infolgedessen handelt es sich bei dem im vorliegenden Verfahren benutzten, von einer externen Quelle kommenden Stickstoffgas zweckmäßig um ein Gas, das mit niedrigem Druck angeliefert wird, das heißt einem Druck, der niedriger als der erste höchste Überdruck des Verfahrens ist und beispielsweise in der Größenordnung von 69 bis 690 kPa liegen kann, wenn das Stickstoffgas beispielsweise von einer Luftzerlegungsanlage, einer Pipeline oder einer Verdampfungsanlage für flüssigen Stickstoff kommt.As a result, the one used in the present proceedings is Coming from an external source nitrogen gas expediently to a gas that with low pressure is delivered, that is, a pressure lower than the first highest overpressure of the process and for example in the order of magnitude of 69 to 690 kPa if the nitrogen gas, for example, from an air separation plant, a pipeline or evaporation plant for liquid nitrogen.

Um für einen vorteilhaften Ausgleich zwischen der Wirtschaftlichkeit des Betriebs und dem Leistungsgrad des Verfahrens zu sorgen, liegt vorzugsweise das Verhältnis zwischen dem Druck des ausgetragenen wasserstoffreichen Gases und dem Druck des von einer externen Quelle kommenden Stickstoffgases zwischen 3 und 30.In order for a beneficial balance between the economy The operation and efficiency of the process is preferred the ratio between the pressure of the discharged hydrogen-rich gas and the pressure of the nitrogen gas coming from an external source between 3 and 30th

Wenn das bei dem selektiven Adsorptionsverfahren anfallende, wasserstoff- und stickstoffhaltige Gasgemisch ein Molverhältnis von Wasserstoff zu Stickstoff von größer als 3 hat und es notwendig oder erwünscht ist, einem Ammoniaksynthesereaktor ein Synthesegasgemisch mit einem stöchimetrischen 3:1-Molverhältnis von Wasserstoff zu Stickstoff zuzuleiten, wird zweckmäßig von einer externen Quelle kommendes Stickstoffgas extern auf den Druck des nichtadsorbierten, wasserstoff- und stickstoffhaltigen Gases komprimiert, das aus dem Adsorptionsprozeß ausgetragen wird, und mit letzterem gemischt, um ein Produktsynthesegasgemisch zu bilden, das ein Molverhältnis von Wasserstoff zu Stickstoff von etwa 3 hat.If the hydrogen- and nitrogen-containing gas mixture has a molar ratio of hydrogen to nitrogen of greater than 3 and it is necessary or desirable to use an ammonia synthesis reactor a synthesis gas mixture with a 3: 1 stoichimetric molar ratio of hydrogen to feed nitrogen is expedient from an external source incoming nitrogen gas externally to the pressure of the non-adsorbed, hydrogen and compressed nitrogen-containing gas that is discharged from the adsorption process is, and mixed with the latter to form a product synthesis gas mixture which has a hydrogen to nitrogen molar ratio of about 3.

Wenn das Verfahren nach der Erfindung derart durchge-.führt wird, daß von einer externen Quelle kommendes Stickstoffgas in zwei Teile aufgeteilt wird, von denen der erste Teil als Spülgas für die Spülphase verwendet wird, während der zweite Teil extern verdichtet und danach mit dem ausgetragenen wasserstoffreichen Gas des selektiven Adsorptionsprozesses unter Bildung eines Synthesegasgemischs gemischt wird, das ein Molverhältnis von Wasserstoff zu Stickstoff von etwa 3 hat, liegt das Molverhältnis zwischen dem in das Adsorberbett während der Spülphase eingeleiteten gesamten ersten Teil des Stickstoffgases und dem gesamten zweiten Teil des Niederdruckstickstoffgases, das gemischt mit dem wasserstoffreichen Gas aus dem Bett ausgetragen wird, vorzugsweise über 0,6, um für einen hoch wirkungsvollen und wirtschaftlichen Betrieb hinsichtlich der Ausnutzung des von einer externen Quelle kommenden Stickstoffgases und des damit verbundenen Bedarfs an externer Kompression zu sorgen.If the method according to the invention is carried out in such a way, that nitrogen gas coming from an external source is divided into two parts, of which the first part is used as purging gas for the purging phase, during the second part compressed externally and then with the discharged hydrogen-rich Gas of the selective adsorption process with the formation of a synthesis gas mixture is mixed, which has a molar ratio of hydrogen to nitrogen of about 3, is the molar ratio between that introduced into the adsorber bed during the flushing phase all of the first part of the nitrogen gas and all of the second part of the low-pressure nitrogen gas, which is discharged from the bed mixed with the hydrogen-rich gas, preferably over 0.6, in terms of a highly efficient and economical operation the utilization of the nitrogen gas coming from an external source and the with it the associated need for external compression.

Unter einem von einer externen Quelle kommenden Stickstoffgas wird vorliegend Stickstoffgas verstanden, das von einer anderen Quelle als das dem selektiven Adsorptionssystem zugeführte Einsatzgasgemisch kommt. Bei der externen Quelle für Stickstoffgas kann es sich beispielsweise um eine Tieftemperatur- oder Druckwechseladsorptions-Luftzerlegungsanlage, eine Stickstoffgas-Pipeline oder eine Verdsmpfungseinrichtun-g für kryogenen flüssigen Stickstoff handeln.Under a nitrogen gas coming from an external source In the present case, nitrogen gas is understood from a source other than that of the selective Adsorption system supplied feed gas mixture comes. With the external source for For example, nitrogen gas can be a cryogenic or pressure swing adsorption air separation plant, a nitrogen gas pipeline or a cryogenic liquid evaporation facility Act nitrogen.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand von bevorzugten AusfUhrungsbeispielen näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen: Fig. 1 ein vereinfachtes Fließschema einer zur Durchführung der Reinigung von wasserstoffhaltigem Gas im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Anlage mit zehn Adsorberbetten, Fig. 2 ein Zeitprogramm für die verschiedenen Phasen eines selektiven Adsorptionszyklus, der entsprechend dem Verfahren nach der Erfindung in der 10-Bett-Anloge nach Fig. 1 abläuft, Fig. 3 ein vereinfachtes Fließschema einer zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeigneten Adsorptionsanlage mit vier Adsorberbetten, Fig. 4 ein Zeitprogramm für die verschiedenen Phasen einer abgewandelten Ausführungsform des Adsorptionsverfahrens nach der Erfindung, das sich beispielsweise bei Anwendung der Vorrichtung nach Fig. 3 eignet, und Fig. 5 ein Zeitprogramm einer weiteren Ausführungsform des selektiven Adsorptionsverfahrens ach der Erfindung, die sich mit der Anlage nach Fig. 1 durchführen läßt.The invention is illustrated below with reference to preferred exemplary embodiments explained in more detail. In the accompanying drawings: FIG. 1 shows a simplified one Flow diagram of a for carrying out the cleaning of hydrogen-containing gas in A system suitable for the process according to the invention with ten adsorber beds, 2 shows a time program for the various phases of a selective adsorption cycle, which according to the method according to the invention in the 10-bed facility according to Fig. 1 expires, 3 shows a simplified flow diagram of an implementation the process according to the invention suitable adsorption system with four adsorber beds, 4 shows a time program for the various phases of a modified embodiment of the adsorption process according to the invention, which is, for example, when applying of the device according to FIG. 3, and FIG. 5 shows a time program of a further embodiment of the selective adsorption process according to the invention, which deals with the plant according to Fig. 1 can be carried out.

Die Anlage nach Fig. 1 weist zehn Adsorberbetten 1 bis 10 auf, die über Einlaßventile 11 bis 20 und Produktventile 21 bis 30 parallel zwischen eine Einsatzgasleitung F und eine Produktgasleitung E geschaltet sind. Die selektive Adsorptionsanlage gemäß Fig. 1 ist so aufgebaut, daß eine adiabatische Druckwechseladsorption im wesentlichen entsprechend dem aus der US-PS 3 986 849 bekannten Verfahren durchgeführt werden kann, wobei jedoch von einer externen Quelle kommendes Stickstoffgas benutzt wird, um die verschiedenen Adsorberbetten der Druckwechseladsorptionszone zu spUlen. Bei dem bekannten Verfahren gemäß US-PS 3 986 849 werden mindestens sieben Adsorberbetten eingesetzt, wobei jedes Adsorberbett während des Adsorptionszyklus eine Druckminderung in mindestens drei Druckousgleichsstufen erfährt und wobei zu jedem Zeitpunkt während des Zyklus mindestens zwei Adsorberbetten Gasgemisch aufnehmen. Die Anwendung einer solchen Verfahrensweise, modifiziert durch den Einsatz von von einer externen Quelle kommendem Stickstoffgas zum Spülen und/ oder Wiederaufdrücken der Adsorberbetten wird vorliegend bevorzugt weil es auf diese Weise möglich wird, hohe Produktgasreinheitsgrade zu erzielen und weil eine derartige Verfahrensführung sich insbesondere fUr Einsatzgasgemische eignet, bei denen Wasserstoff die Houptkomponente darstellt, die schwach adsorbierte Verunreinigungen, wie Methan und Kohlenmonoxid, enthält, wie dies bei der Herstellung von Ammoniaksynthesegasgemischen der Fall ist.The system of Fig. 1 has ten adsorber beds 1 to 10, the Via inlet valves 11 to 20 and product valves 21 to 30 in parallel between one Feed gas line F and a product gas line E are connected. The selective one Adsorption system according to FIG. 1 is constructed so that an adiabatic pressure swing adsorption carried out essentially in accordance with the process known from US Pat. No. 3,986,849 but using nitrogen gas from an external source to flush the various adsorber beds in the pressure swing adsorption zone. In the known method according to U.S. Patent 3,986,849 are at least seven adsorber beds are used, with each adsorber bed being used during the adsorption cycle experiences a pressure reduction in at least three pressure equalization stages and where to Take up at least two adsorber beds of gas mixture at every point in time during the cycle. The application of such a procedure modified by the use of an external source of nitrogen gas for purging and / or repressurization the adsorber beds is preferred here because it is possible in this way, to achieve high levels of product gas purity and because such a process management is particularly suitable for feed gas mixtures in which hydrogen is the main component represents poorly adsorbed impurities such as methane and carbon monoxide, contains, as is the case in the production of ammonia synthesis gas mixtures is.

Bei der Anlage nach Fig. 1 ist die Leitung 4EQ fUr die vierte (niedrigste) Druckausgleichsstufe mit Ventilen 70 bis 79 versehen. Der Abgasleitung W sind Abgasventile 41 bis 50 zugeordnet. Die Leitung M fUr die erste (höchste) Druckausgleichs-Wiederaufdrückstufe ist mit Ventilen 51 bis 60 für die erste und die dritte Ausgleichsstufe ausgestattet. Gasstromregelventile 81 und 82 liegen in den Leitungen, welche die Druckausgleichs-Wiederoufdrückleitung M und die Produktgasleitung E verbinden. Wenn das Ventil 81 geschlossen und das Ventil 82 offen ist, wird die erste Druckausgleichsphase mit geradzahligen Betten durchgeführt, während gleichzeitig die dritte Druckausgleichsphase zwischen zwei ungeradzahlig bezifferten Betten abläuft. Wenn umgekehrt das Ventil 81 offen und das Ventil 82 geschlossen ist, findet der erste Druckausgleich zwischen ungeradzahlig bezifferten Betten statt, während gleichlaufend die dritte Druckausgleichsphase zwischen geradzahlig bezifferten Betten abläuft.In the system according to Fig. 1, the line 4EQ is for the fourth (lowest) Provide pressure compensation stage with valves 70 to 79. The exhaust pipe W are exhaust valves 41 to 50 assigned. The line M for the first (highest) pressure equalization repressurization stage is equipped with valves 51 to 60 for the first and third equalization stages. Gas flow control valves 81 and 82 are located in the lines that make up the pressure equalization / repressurization line Connect M and the product gas line E. When the valve 81 is closed and the Valve 82 is open the first pressure equalization phase with even-numbered Beds carried out while at the same time the third pressure equalization phase between two odd-numbered beds expires. Conversely, when valve 81 is open and the valve 82 is closed, the first pressure equalization takes place between odd numbered beds, while the third pressure equalization phase runs concurrently between beds with even numbers.

Eine gemeinsame Sammelleitung für die zweite (mittlere) Druckausgleichsstufe ist nicht vorgesehen. Statt dessen sind einzelne Leitungen vorhanden, die die Austrittsenden der Adsorberbetten miteinander verbinden. So befindet sich eine Leitung mit einem Ventil 61 zwischen den Betten 2 und 7. Eine Leitung mit einem Ventil 62 verbindet die Betten 4 und 9. Die Betten 1 und 6 sind über eine Leitung mit einem Ventil 63 verbunden. Eine Leitung, in der ein Ventil 64 sitzt, verbindet die Betten 3 und 8. Die Betten 5 und 10 stehen über eine Leitung mit einem Ventil 65 in Verbindung.A common manifold for the second (middle) pressure equalization stage is not scheduled. Instead, there are individual lines that form the exit ends connect the adsorber beds with each other. So there is a line with a Valve 61 between beds 2 and 7. A line with a valve 62 connects the beds 4 and 9. The beds 1 and 6 are via a line with a valve 63 tied together. A line in which a valve 64 is seated connects beds 3 and 4 8. The beds 5 and 10 are in communication with a valve 65 via a line.

Um die Zuordnung zwischen den Betten 1 bis 10 und den Ventilen 11 bis 60 und 70 bis 79 leicht zu machen, sind den Ventilen Bezugszeichen zugeordnet, deren Endziffer dem Bezugszeichen des Adsorberbettes entspricht, das mittels der betreffenden Ventile unmittelbar gesteuert wird.To make the assignment between beds 1 to 10 and valves 11 to 60 and 70 to 79 easy to make, the valves are assigned reference numerals, the final number of which corresponds to the reference number of the adsorber bed, which by means of the relevant valves is controlled directly.

Beispielsweise erfolgt die unmittelbare Steuerung des Betriebs des Bettes 3 über die Ventile 13, 23, 33, 43, 53 und 73. Eine einzige Ausnahme gilt hinsichtlich der Zuordnung der Ventile, die das Arbeiten des Bettes 10 unmittelbar beeinflussen. Es handelt sich dabei um die Ventile 20, 30, 40, 50, 60 und 70.For example, the operation is controlled directly of Bed 3 via valves 13, 23, 33, 43, 53 and 73. There is only one exception with regard to the assignment of the valves that make the bed 10 work immediately influence. These are valves 20, 30, 40, 50, 60 and 70.

Fig. 2 zeigt ein bevorzugtes Taktprogramm für die Anlage nach Fig. 1 zur Durchfuhrung einer selektiven Adsorption entsprechend einer ersten Ausführungsform. Die Reihenfolge der Phasen des Arbeitsspiels und ihre Bezeichnungen in dem Programm sind die folgenden: Adsorption (A), erste Druckausgleichs-Druckminderungsphase (E1D), zweite Druckausgleichs-Druckminderungsphase (E2D), dritte Druckausgleichs-Druckminderungsphase (E3D), vierte Druckausgleichs-Druckminderungsphase (E4D), Gegenstromdruckminderungsphase (BD), Gegenstromspülphase mit extern angeliefertem Niederdruckstickstoffspülgas (P), vierte Druckausgleichs-Wiederaufdruckphase (E4R), dritte Druckausgleichs-WiederaufdrUckphase (E3R), zweite Druckausgleichs-Wiederaufdruckphase (E2R), erste Druckausgleichs-Wiederaufdrückphase (EIR) und endgültiges Wiederaufdrükken auf den Einsatzgasdruck durch Einleiten von Produktgas am Produktaustrittsende (FR).Fig. 2 shows a preferred cycle program for the system according to Fig. 1 for carrying out a selective adsorption according to a first embodiment. The order of the phases of the work cycle and their names in the program are the following: adsorption (A), first pressure equalization-pressure reduction phase (E1D), second pressure equalization pressure reduction phase (E2D), third pressure equalization pressure reduction phase (E3D), fourth pressure equalization pressure reduction phase (E4D), countercurrent pressure reduction phase (BD), countercurrent purging phase with externally supplied low-pressure nitrogen purging gas (P), fourth pressure equalization reprint phase (E4R), third pressure equalization reprint phase (E3R), second pressure equalization repressure phase (E2R), first pressure equalization repressure phase (EIR) and finally repressing the feed gas pressure by introducing Product gas at the product outlet end (FR).

Es ist festzuhalten, daß zu jedem Zeitpunkt innerhalb des Arbeitsspiels drei Adsorberbetten Einsatzgasgemisch aufnehmen und nichtadsorbiertes Produktgas mit dem Einsatzdruck abgeben. Beispielsweise erfolgt in der siebten Zeiteinheit eine Verarbeitung des Einsatzgasgemisches in jedem der Adsorber 2, 3 und 4.It should be noted that at every point in time within the work cycle three adsorber beds take up feed gas mixture and non-adsorbed product gas with the operational pressure hand over. For example, in the seventh Time unit a processing of the feed gas mixture in each of the adsorbers 2, 3 and 4.

Im Betrieb der Anlage nach Fig. 1 durchläuft jedes der Adsorberbetten 1 bis 10 die nachstehende Folge von Arbeitsschritten: Adsorption, bei welcher Einsatzgasgemisch dem Eintritt sende des Bettes mit einem ersten höchsten Überdruck zugeführt wird, während aus dem Austrittsende des Bettes nichtadsorbiertes, wasserstoffreiches Gas (einschließlich restlichen Stickstoffgases, das in dem Bett bei Abschluß der zuvor durchgeführten Spülphase mit von einer externen Quelle kommendem Stickstoffgas verbleibt) ausgetragen wird; Freisetzung von anfänglichem Lückenvolumengas am Austritt sende des Bettes und Einleiten des derart freigesetzten anfänglichen Gases in' das Austrittsende eines zuvor durch Spülen von den adsorbierbaren Verunreinigungen befreiten und zunächst auf einem niedrigeren Druck befindlichen anderen Adsorberbettes, bis sich ein Druckausgleich zwischen den beiden Betten auf einem höheren Zwischendruck eingestellt hat, wobei im Falle dieser Anlage die Freisetzung von anfänglichem Lückenvolumengos und der Druckausgleich in vier gesonderten Phasen durchgeführt werden, nämlich einem ersten Druckausgleich des Adsorberbettes, das seine Adsorptionsphase abgeschlossen hat, mit einem anderen zuvor gespülten und mindestens vierthöher bezifferten Bett, das sich anfänglich auf Zwischendruck befindet, so daß die beiden Betten schließlich einen ersten Gleichgewichtsdruck erreichen, einem zweiten Druckausgleich des anfänglich auf dem ersten Gleichgewichtsdruck liegenden Adsorberbettes mit einem weiteren, zuvor gespülten, mindestens fünfthöher bezifferten Bett, das sich anfänglich auf niedrigerem Zwischendruck befindet, so daß die beiden Betten schließlich einen zweiten Gleichgewichtsdruck annehmen, einem dritten Druckausgleich des anfänglich auf dem zweiten Gleichgewichtsdruck liegenden Adsorber bettes mit einem anderen zuvor gespülten und mindestens sechsthöher bezifferten Bett, das zunächst auf einem noch niedrigeren Zwischendruck liegt, so daß die beiden Betten schließlich einen dritten Gleichgewichtsdruck erreichen, und einem vierten Druckausgleich des sich anfänglich auf dem dritten Gleichgewichtsdruck befindlichen Adsorberbettes mit einem weiteren zuvor gespülten und mindestens siebthöher bezifferten Bett, das zunächst auf einem niedrigsten Druck liegt, so daß die beiden Betten schließlich einen vierten Gleichgewichtsdruck annehmen; Freisetzung von zusätzlichem Gas von dem Bett zwecks Druckminderung auf niedrigeren Druck (Gegenstromabblasen); Einleiten von von einer externen Quelle kommendem Niederdruck-Stickstoffspülgas in das Austrittsende des Bettes zwecks Desorption von Verunreinigungen und Ausspülen durch das Eintrittsende des Bettes hindurch; und WiederaufdrUcken des gespUlten Bettes auf den ersten höchsten Überdruck in vier aufeinanderfolgenden Druckausgleichs-Wiedercufdrückphasen und einer endgültigen Produktwiederaufdrückphose, worauf das Arbeitsspiel wiederholt wird.In operation of the system according to FIG. 1, each of the adsorber beds passes through 1 to 10 the following sequence of work steps: Adsorption, with which feed gas mixture is fed to the inlet end of the bed with a first highest overpressure, while from the exit end of the bed, non-adsorbed, hydrogen-rich gas (Including residual nitrogen gas in the bed at the end of the previous carried out purging phase with nitrogen gas coming from an external source remains) is carried out; Release of initial void volume gas at the exit end of the bed and introducing the thus released initial gas into the outlet end one previously freed from the adsorbable impurities by rinsing and first another adsorber bed at a lower pressure until the pressure is equalized has set to a higher intermediate pressure between the two beds, whereby in the case of this system, the release of initial gap volume gos and the Pressure equalization can be carried out in four separate phases, namely a first Pressure equalization of the adsorber bed that has completed its adsorption phase, with another previously flushed and at least four higher numbered bed, the themselves is initially at intermediate pressure, so that the two beds eventually one reach the first equilibrium pressure, a second pressure equalization of the initial one adsorber bed lying on the first equilibrium pressure with another, previously flushed, at least five-higher numbered bed, which is initially on lower intermediate pressure is, so that the two beds eventually a second Assume equilibrium pressure, a third pressure equalization of the initially on the second equilibrium pressure lying adsorber bed with another previously flushed and at least sixth higher numbered bed, initially on an even lower Intermediate pressure is so that the two beds finally have a third equilibrium pressure reach, and a fourth equalization of the pressure initially on the third Equilibrium pressure located adsorber bed with another previously flushed and at least the seventh higher numbered bed, initially at a lowest pressure so that the two beds finally assume a fourth equilibrium pressure; Release of additional gas from the bed to reduce the pressure to lower levels Pressure (countercurrent blowdown); Introducing low pressure nitrogen purge gas from an external source into the exit end of the bed for contaminant desorption and flushing through the entry end of the bed; and pressing the purged Bed at first highest overpressure in four consecutive Pressure equalization repressurization phases and a final product repressurization phase, whereupon the work cycle is repeated.

Im Vergleich zu dem bekannten Verfahren der Herstellung von Ammoniaksynthesegas unter Anwendung des selektiven Adsorptionsprozesses gemäß der US-PS 3 986 849 erlaubt es das vorliegende Verfahren, eine wesentlich höhere Wasserstoffausbeute zu erzielen, während der Aufwand für eine Verdichtung von externem Stickstoff vermindert ist und mit einer reduzierten Adsorptionsmittelmenge gearbeitet werden kann. Es ist überraschend, daß das vorliegend erläuterte Spülen der Adsorberbetten mit von einer externen Quelle kommendem Stickstoffgas die Wasserstoffausbeute in dem die Adsorptionsanlage verlassenden Produktgas gegenüber den bekannten Prozessen erhöht, bei denen ein internes Spülen erfolgt, indem ein an Verunreinigungen verarmtes Gas dem zu spülenden Bett von einem anderen Bett aus zugeführt wird. Auf Grund von allgemeinen Erwangungen würde man im Gegenteil erwarten, daß die Wasserstoffausbeute, die mit einem SpUlen mit Hilfe eines von einer externen Quelle stammenden Stickstoffgases erreicht werden kann, im Vergleich zu bekannten Verfahren wesentlich niedriger ist. Dies ist darauf zurückzuführen, daß in einem Adsorberbett, das die Adsorptionsphase abgeschlossen hat, eine erhebliche Menge an nichtadsorbiertem Wasserstoff in den Adsorberbett-Zwischenräumen eingeschlossen ist. Dieses wasserstoffhaltige Lückenvolumengos kann zweckmäßig herangezogen werden, um andere Adsorberbetten der Anlage im Verlauf einer oder mehrerer Druckausgleichsphasen wiederaufzudrücken. Nachdem jedoch der letzte Druckausgleich abgeschlossen ist, verbleibt noch immer eine beachtliche Menge an Wasserstoff in dem Adsorberbett. Bei bekannten Anlagen wird dieses im Adsorberbett befindliche, wasserstoffhaltige Gas zum Spülen eines anderen Bettes genutzt. Im Gegensatz dazu wird bei dieser Ausführungsform des.Adsorptionsverfahrens nach der Erfindung der Wasserstoff, der in dem Adsorberbett nach der letzten Druckausgleichsphase verbleibt, während der anschließenden Gegenstromdruckminderungs-(Abblase-) und Spülphasen aus dem Bett entfernt und nicht zurückgewonnen. Am Ende der Spülphase, die mit von einer externen Quelle kommendem Stickstoffgas durchgeführt wird, befindet sich daher im wesentlichen.kein Wasserstoff in dem Adsorberbett. Infolgedessen wäre anzunehmen, daß bei dieser Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung die Wasserstoffausbeute wesentlich niedriger als bei dem bekannten Prozeß ist. Überraschend wurde jedoch gefunden, daß die Werte der Wasserstoffausbeute, die sich bei dieser Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung erreichen lassen, tatsächlich höher sind als diejenigen des bekannten Verfahrens, bei dem ein internes Spülen durchgeführt wird, d.h.Compared to the known method of producing ammonia synthesis gas using the selective adsorption process of US Pat. No. 3,986,849 it is the present process to achieve a significantly higher hydrogen yield, while the cost of compressing external nitrogen is reduced and can be operated with a reduced amount of adsorbent. It is Surprisingly, that the presently explained purging of the adsorber beds with one external source of incoming nitrogen gas the hydrogen yield in which the adsorption system leaving product gas increased compared to the known processes in which a Internal purging takes place by adding a gas depleted in impurities to the purging Bed is fed from another bed. Due to general requirements on the contrary, one would expect the hydrogen yield to be that with a flushing can be achieved with the aid of nitrogen gas from an external source can, compared to known methods, is significantly lower. This is upon it attributed to that in an adsorber bed that completed the adsorption phase has a significant amount of unadsorbed Hydrogen in the adsorber bed interstices is included. This hydrogen-containing gap volume gos can expediently be used for other adsorber beds of the plant in the course to repress one or more pressure equalization phases. However, after the the last pressure equalization is completed, there is still a considerable amount left of hydrogen in the adsorber bed. In known systems, this is in the adsorber bed used hydrogen-containing gas to flush another bed. in the In contrast, in this embodiment of the adsorption process according to the Invention of the hydrogen in the adsorber bed after the last pressure equalization phase remains during the subsequent countercurrent pressure reduction (blow-off) and rinsing phases removed from bed and not recovered. At the end of the rinsing phase with von nitrogen gas coming from an external source is therefore located essentially no hydrogen in the adsorbent bed. As a result one would assume that in this embodiment of the process according to the invention, the hydrogen yield is much lower than in the known process. However, it was surprising found that the values of hydrogen yield that are obtained in this embodiment of the method according to the invention are actually higher than those the known method in which an internal flush is carried out, i.

ein Spülen mit von einem anderen Adsorberbett kommendem Gas.purging with gas coming from another adsorber bed.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform, für die das Taktprogramm nach Fig. 2 ein Beispiel darstellt, sind mindestens neun Adsorberbetten vorgesehen, die in einander Uberlappenden, identischen Arbeitsspielen derart betrieben werden, daß während des anfänglichen Teils der Adsorptionsphase des Bettes die beiden unmittelbar vorhergehenden, niedriger bezifferten Betten gleichfalls die Adsorptionsphase durchlaufen. Während des mittleren Teils der Adsorptionsphase des Bettes befinden sich das unmittelbar vorhergehende, niedriger bezifferte und das unmittelbar folgende, höher bezifferte Bett in der Adsorptionsphase. Während des letzten Teils der Adsorptionsphase des Bettes durchlaufen auch die beiden unmittelbar folgenden, höher bezifferten Betten ihre Adsorptionsphase. Beispielsweise umfaßt im Falle der Taktfolge gemäß Fig. 2 die Adsorptionsphase des Bettes 1 sechs Zeiteinheiten, wobei die Einheiten 1 und 2 die Anfangsperiode und die Einheiten 5 und 6 die Endperiode der Adsorptionsphase darstellen. Während der Anfangsperiode läuft die Adsorptionsphase auch in den Betten 9 und 10 (den beiden dem Bett 1 unmittelbar vorausgehenden Betten) ab. Während des mittleren Teils durchlaufen das unmittelbar vorhergehende Bett 10 und das unmittelbar folgende Bett 2 die Adsorptionsphase. Während der Endperiode sind auch die Betten 2 und 3 (die beiden unmittelbar folgenden höher bezifferten Betten) auf Adsorption geschaltet.According to a preferred embodiment for which the clock program shows an example according to Fig. 2, at least nine adsorber beds are provided, the overlapping, identical work cycles are operated in such a way, that during the initial part of the bed's adsorption phase the two immediately previous, lower numbered beds also go through the adsorption phase. These are immediately in the middle of the bed's adsorption phase previous, lower numbered and the immediately following, higher numbered Bed in the adsorption phase. During the last part of the adsorption phase of the The bed also goes through the two immediately following, higher-numbered beds their adsorption phase. For example, in the case of the clock sequence according to FIG the adsorption phase of the bed 1 six time units, the units 1 and 2 the initial period and units 5 and 6 the final period of the adsorption phase represent. During the initial period, the adsorption phase also takes place in the beds 9 and 10 (the two beds immediately preceding bed 1). During the middle part pass through the immediately preceding bed 10 and that immediately following bed 2 the adsorption phase. During the end period are also the Beds 2 and 3 (the two immediately following beds with higher numbers) for adsorption switched.

Entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, für die das Taktprogramm gemäß Fig. 2 gleichfalls ein Beispiel darstellt, erfolgen das Freisetzen von anfänglichem Lückenvolumengas und der zugehörige Druckausgleich in mindestens drei gesonderten Phasen. Dabei wird zunächst ein Druckausgleich eines Adsorberbettes, das seine Adsorptionsphase abgeschlossen hat, mit dem vierthöher bezifferten Adsorberbett durchgeführt, das sich anfänglich auf einem zweiten Gleichgewichtsdruck befindet, bis sich schließlich beide Betten auf einem ersten Gleichgewichtsdruck befinden. Das gleiche Adsorberbett, bei dem eine Druckminderung auf den ersten Gleichgewichtsdruck erfolgt ist, wird jetzt zu einem zweiten Druckausgleich mit dem fünfthöher bezifferten Adsorberbett gebracht, das sich zunächst auf dem dritten Gleichgewichtsdruck befindet, bis die beiden Betten schließlich den zweiten Gleichgewichtsdruck annehmen. Das gleiche Adsorberbett, dessen Druck auf den zweiten Gleichgewichtsdruck abgesenkt ist, wird dann mit dem sich anfänglich auf dem niedrigsten Verfahrensdruck befindlichen, sechsthöher bezifferten Adsorberbett zu einem dritten Druckausgleich gebracht, bis sich ein Druckausgleich zwischen diesen beiden Betten auf den dritten Gleichgewichtsdruck eingestellt hat. Das auf den dritten Gleichgewichtsdruck entspannte Adsorberbett erfährt anschließend eine weitere Druckminderung entweder durch Abblasen im Gegenstrom oder durch eine weitere Druckausgleichs-Druckminderungsstufe und Gegenstromabblasen, bis am Ende der Gegenstromabblasephase der niedrigste Prozeßdruck erreicht ist. Nach dem Abschluß der Gegenstromabblasephase, bei welcher das Bett schließlich durch Freisetzen von Gas am Eintrittsende des Bettes entspannt wird, wird das Bett mit von einer externen Quelle kommendem Niederdruckstickstoffgas gespült. Im Anschluß daran wird das Bett in aufeinanderfolgenden Druckousgleichs-Wiederoufdrückphosen und einer abschließenden Wiedercufdrückphase, bei welcher unter dem ersten höchsten Überdruck stehendes Produktgas in das Bett eingeleitet wird, wiederaufgedrückt, bevor das Arbeitsspiel wiederholt wird.According to a further preferred embodiment for which the Clock program according to FIG. 2 also represents an example, the release takes place of initial void volume gas and the associated pressure equalization in at least three separate phases. First, a pressure equalization of an adsorber bed, that has completed its adsorption phase, with the fourth higher numbered adsorber bed carried out, which is initially at a second equilibrium pressure, until finally both beds are at a first equilibrium pressure. The same adsorber bed in which a pressure reduction to the first equilibrium pressure has taken place, now becomes a second pressure equalization with the fifth higher numbered one Brought adsorber bed, which is initially at the third equilibrium pressure, until the two beds finally assume the second equilibrium pressure. That same adsorber bed, the pressure of which is lowered to the second equilibrium pressure is then with the process pressure initially at the lowest, sixth higher numbered adsorber bed brought to a third pressure equalization until a pressure equalization between these two beds to the third equilibrium pressure has set. That on the third equilibrium pressure relaxed The adsorber bed is then further reduced in pressure either by blowing it off in countercurrent or by a further pressure equalization / pressure reduction stage and countercurrent blow-off, until the lowest process pressure is reached at the end of the countercurrent blow-off phase. After the completion of the countercurrent blowdown phase, in which the bed finally through Releasing gas at the entry end of the bed is relaxed, the bed is too purged from an external source of low pressure nitrogen gas. In connection on it the bed is in successive pressure-equalizing re-cover trousers and a final repress phase, which is the highest among the first Excess pressure product gas is introduced into the bed, pressurized again, before the work cycle is repeated.

Macht man sich an Hand der Fig. 2 die Beziehungen zwischen dem Bett, bei dem anfängliches Lückenvolumengas freigesetzt wird und den anderen Betten klar, die damit (durch WiederaufdrUcken) zum Druckausgleich gebracht werden, so ist zu erkennen, daß die erste Phase der Freisetzung von anfänglichem Lückenvolumengas durch das Bett 1 (E1D) während der Zeiteinheit 7 abläuft und mit dem Bett 5, das heißt dem vierthöher bezifferten Adsorptionsbett, während dessen höchster Druckausgleichs-WiederaufdrUckphase (E1R) erfolgt. Die zweite Phase (E2D) der Freisetzung von anfänglichem Luckenvolumengas durch das Bett 1 fällt in die Zeiteinheit 8; sie wird mit dem Bett 6, dem fünfthöher bezifferten Adsorberbett, während dessen zweiter Druckausgleichs-Wiederaufdruckphase (E2R) durchgeführt. Die dritte Phase (E3D) der Freisetzung von anfänglichem Lückenvolumengas durch das Bett 1 läuft während der Zeiteinheit 9 in Verbindung mit dem Bett 7, dem sechsthöher bezifferten Adsorberbett, während dessen Druckausgleichs-Wiederaufdruckphase (E3R) ab. Die vierte Phase (E4D) der Freisetzung von anfänglichem Lückenvolumengas durch das Bett 1 fällt in die Zeiteinheit 10; sie erfolgt mit dem Bett 8, dem siebthöher bezifferten Adsorberbett, während dessen niedrigster Druckausgleichs-Wiederaufdruckphase (E4R). Die abschließende Gegenstromdruckminderung (BD) findet während der Zeiteinheit 11 statt. Daran schließt sich das Spülen (P) des Bettes 1 mit von einer externen Quelle kommendem Niederdruckstickstoffgas während der Zeiteinheiten 12 bis 15 an.If one uses FIG. 2 to look at the relationships between the bed, in which initial void volume gas is released and clears to the other beds, which are brought to pressure equalization (by pressing again), so is closed recognize that the first phase is the release of initial void volume gas through bed 1 (E1D) expires during unit time 7 and with bed 5, the is called the fourth higher numbered adsorption bed, during its highest pressure equalization and repressurization phase (E1R) takes place. The second phase (E2D) of the initial gap volume gas release through bed 1 falls within time unit 8; she will be with the bed 6, the fifth higher numbered adsorber bed, during its second pressure equalization repressurization phase (E2R) carried out. The third phase (E3D) of the initial void volume gas release runs through the bed 1 during the time unit 9 in connection with the bed 7, the sixth higher numbered adsorber bed, during its pressure equalization repressurization phase (E3R). The fourth phase (E4D) of the release of initial void volume gas through bed 1 falls into time unit 10; it takes place with bed 8, the seventh higher numbered adsorber bed, during its lowest pressure equalization reprint phase (E4R). The final countercurrent pressure reduction (BD) takes place during the unit of time 11 instead. This is followed by flushing (P) of bed 1 from an external one Source of incoming low pressure nitrogen gas during time units 12-15.

Wenn bei der oben definierten Beziehung die auf diese Weise berechnete höhere Bettziffer die tatsächlich vorhandene Anzahl an Adsorberbetten bei einem vorgegebenen System übertrifft, muß die vorhandene Bettenanzahl von der berechneten Zahl subtrahiert werden, um das jeweilige "höher bezifferte Adsorberbett" zu erhalten Beispielsweise sei die dritte Druckausgleichsphase des Bettes 6 betrachtet, die während der Zeiteinheit 19 mit dem sechsthöher bezifferten Adsorberbett erfolgt. Da bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 zehn Adsorberbetten vorhanden sind, ist das für die Phase E3R vorgesehene Bett das Bett 12-10, d. h. das Bett 2.If, in the relationship defined above, the one calculated in this way higher bed number the actual number of adsorber beds in one exceeds the specified system, the existing number of beds must differ from the calculated Number are subtracted in order to obtain the respective "higher numbered adsorber bed" For example, consider the third pressure equalization phase of the bed 6, which takes place during the time unit 19 with the sixth higher numbered adsorber bed. Since the Embodiment according to FIGS. 1 and 2 ten adsorber beds are present, the bed intended for phase E3R is bed 12-10; H. the bed 2.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer zur DurchfUhrung des vorliegenden Verfahrens geeigneten Adsorptionsanlage, die ähnlich der aus der US-PS 3 430 418 bekannten Anlage aufgebaut ist. Es sind vier Adsorberbetten 1, 2, 3 und 4 vorhanden, die strömungsmäßig parallel zwischen eine Einsatzgasleitung 410 und eine Produktgasleitung 411 geschaltet sind. Über automatische Ventile 11, 12, 13 und 14 wird dem Bett 1, dem Bett 2, dem Bett 3 bzw. dem Bett 4 das Einsatzgasgemisch zugeführt. Die automatischen Ventile 21, 22, 23 und 24 leiten Produktgas aus diesen Betten in die Produktgasleitung 411.Fig. 3 shows a further embodiment of an implementation of the present process suitable adsorption system, which is similar to that from US-PS 3,430,418 known plant is constructed. There are four adsorber beds 1, 2, 3 and 4 are present, the flow in parallel between a feed gas line 410 and a product gas line 411 are connected. Via automatic valves 11, 12, 13 and 14 become the feed gas mixture to bed 1, bed 2, bed 3 and bed 4, respectively fed. The automatic valves 21, 22, 23 and 24 direct product gas therefrom Beds in product gas line 411.

Die adsorbierten Verunreinigungen, die in den Gegenstromdruckminderungs- und Spülphasen ausgeschieden werden, verlassen die Anlage über eine Abgasleitung 412; die mit den Eintrittsenden der Adsorberbetten über die Ventile 41, 42, 43 und 44 verbunden ist. Für einen Druckausgleich über eine Leitung 423 und für das abschließende Wiederaufdrücke mit nichtadsorbiertem Produktgas Uber Leitungen 427 und 428 werden die Ventile 51, 52, 53 und 54 herangezogen. Die Durchflußmenge des Gases für die abschließende Wiederavfdrückphase wird mittels eines in der Leitung 427 liegenden Ventils 60' geregelt.The adsorbed impurities that are in the counterflow pressure reducing and rinsing phases are eliminated, leave the system via an exhaust pipe 412; with the inlet ends of the adsorber beds via the valves 41, 42, 43 and 44 is connected. For pressure equalization via a line 423 and for the final Re-pressurization with non-adsorbed product gas via lines 427 and 428 the valves 51, 52, 53 and 54 are used. The flow rate of the gas for the The final repressurization phase is carried out by means of an in line 427 Valve 60 'regulated.

In der Spülphase wird von einer externen Quelle kommendes Stickstoffspülgas über eine Leitung 421 und die Ventile 31, 32, 33 und 34 eingespeist, während abgehendes Spülgas aus den Adsorberbetten über die Ventile 41, 42, 43 und 44 zur Abgasleitung 412 ausget-ragen wird. Aus der Abblas-(Druckminderungs-)phcse kommendes Gas gelangt über die Ventile 61, 62, 63 und 64 in die Leitung 413.In the purging phase, nitrogen purging gas coming from an external source is used fed via line 421 and valves 31, 32, 33 and 34, while outgoing Purge gas from the adsorber beds via valves 41, 42, 43 and 44 to the exhaust line 412 is carried out. Gas coming from the blow-off (pressure reducing) phase escapes Via valves 61, 62, 63 and 64 into line 413.

Das von der Leitung 413 kommende Abblasgas kann wieder verdichtet und zurückgeführt werden; es kann auch teilweise oder vollständig in den abgehenden Spülgasstrom eingeleitet werden.The blow-off gas coming from line 413 can be compressed again and be returned; it can also be partially or fully in the outgoing Purge gas flow are introduced.

Nachdem die auf niedrigstem Druck ablaufende Spülphase des Adsorberbettes 2 beendet ist, schließt das Ventil 31; die Druckausgleichsventile 51 und 53 werden geöffnet.After the flushing phase of the adsorber bed running at the lowest pressure 2 has ended, the valve 31 closes; the pressure equalizing valves 51 and 53 become opened.

Entweder gleichzeitig mit oder nach dem Erreichen des Druckausgleichs wird ein Teil des von dem Adsorberbett 3 kommenden Produktgases in der Produktgasleitung 411 über die Leitung 427, das Ventil 60', die Leitung 423 und das Ventil 51 zum Austrittsende des Adsorbers 1 umgeleitet.Either at the same time as or after the pressure equalization has been achieved becomes part of the product gas coming from the adsorber bed 3 in the product gas line 411 via line 427, valve 60 ', line 423 and valve 51 to The outlet end of the adsorber 1 is diverted.

Dieser Produktgasstrom dauert an, bis das Adsorberbett 1 auf etwa den Produktdruck wiederaufgedrückt ist. Das Einlaßventil 11 und das Produktventil 21 sind während des Wiederaufdrückens geschlossen. Das Wiederaufdrücken läßt sich statt dessen auch durchfuhren, -indem als Wiederaufdruckgas das Einsatzgasgemisch beispielsweise während des letzten Teils der Wiederaufdrückphase herangezogen wird, um das Adsorberbett auf den ersten, höchsten Überdruck zu bringen.This product gas flow continues until the adsorber bed 1 to about the product pressure is reapplied. The inlet valve 11 and the product valve 21 are closed during re-opening. That lets you push again themselves instead also carry out the feed gas mixture as repressurization gas is used, for example, during the last part of the repressing phase, to bring the adsorber bed to the first, highest overpressure.

Fig. 4 zeigt ein Taktprogramm für die Vorrichtung nach Fig. 3. Wie aus dem Taktprogramm hervorgeht, durchläuft jedes der vier Adsorberbetten der Anlage gemäß Fig. 3 nacheinander die Phasen der Adsorption, eines Druckausgleichs mit einem anderen Bett, einer Gegenstromdruckminderung, eines Spülens mit von einer externen Quelle kommendem Niederdrucks tickstoffgas, eines Wiederaufdrückens durch Druckausgleich mit einem eine Druckminderung erfahrenden Bett der Anlage und eines abschließenden Wiedersufdrückens mit Produktgas, worauf das Arbeitsspiel wiederholt wird. Die 4-Bett-Anlage nach den Fig. 3 und 4 eignet sich insbesondere für Anlagen, mittels denen im Vergleich zu den Polybettsystemen der Fig. 1 und 2 kleinere Volumen an Ammoniaksynthesegas hergestellt werden sollen.FIG. 4 shows a clock program for the device according to FIG. 3. How As can be seen from the cycle program, each of the four adsorber beds runs through the system 3 successively the phases of adsorption, a pressure equalization with a another bed, a countercurrent pressure reduction, a flush with an external one Source of incoming low pressure nitrogen gas, repressurization through pressure equalization with a depressurized bed of the system and a final one Repressurization with product gas, whereupon the work cycle is repeated. The 4-bed facility 3 and 4 is particularly suitable for systems by means of which in comparison to the polybed systems of FIGS. 1 and 2, smaller volumes of ammonia synthesis gas should be produced.

Fig. 5 zeigt ein Taktprogramm für eine selektive Adsorption entsprechend einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens. Das Taktprogramm gemäß Fig. 5 läßt sich bei einer 10-Bett-Anlage entsprechend Fig. 1 anwenden. Das Arbeitsspiel gemäß Fig. 5 unterscheidet sich von demjenigen der Fig. 2 dadurch, daß unmittelbar im Anschluß an die Adsorptionsphase und vor den Druckausgleichs-Druckminderungsphasen eine Gleichstromspülphase vorgesehen wird. Während dieser Gleichstromspülphase wird dem Bett am Eintrittsende ein extern angeliefertes Spülfluid zugeleitet, während vom Austrittsende des Bettes weiterhin Produktgas abgezogen wird. Für diesen Zweck wird das Gleichstromspülmedium mit dem ersten höchsten Überdruck des Einsatzgases angeliefert, so daß das während der Gleichstromspülphase aus dem Adsorberbett ausgetragene Gas den gleichen Druck wie das Produktgas hat, das während der vorangehenden Adsorptionsphase das Bett verläßt. Die Gleichstromspülphase hat die Aufgabe, das in dem Adsorberbett verbliebene Wasserstofflückenvolumengas in die Produktgasleitung zu verdrängen.Fig. 5 shows a clock program for a selective adsorption accordingly a further embodiment of the present method. The clock program according to FIG. 5 can be used in a 10-bed system according to FIG. The work cycle according to FIG. 5 differs from that of Fig. 2 in that that immediately following the adsorption phase and before the pressure equalization-pressure reduction phases a co-current purging phase is provided. During this cocurrent purging phase an externally supplied flushing fluid is fed to the bed at the inlet end, while product gas continues to be withdrawn from the exit end of the bed. For this purpose becomes the cocurrent purging medium with the first highest overpressure of the feed gas delivered so that that discharged from the adsorber bed during the cocurrent purging phase Gas has the same pressure as the product gas that during the preceding adsorption phase gets out of bed. The task of the cocurrent purging phase is that of the adsorber bed to displace remaining hydrogen void volume gas into the product gas line.

Das für die Gleichstromspülphase der Verfahrensführung gemäß Fig. 5 verwendete, extern angelieferte Spülfluid kann Stickstoffgas oder aber ein anderes Gas, beispielsweise Methan oder Erdgas, sein. Welches spezielle Spülfluid für die Gleichstromspülphase ausgewählt wird, hängt von verschiedenen Faktoren ab, unter anderem der erforderlichen Spülgasmenge, der Qualität des bei der Druckwechseladsorptionsanlage anfallenden Abgases und der Qualität des Einsatzgasgemisches, das der Druckwechseladsorptionsanlage zugeleitet wird. Die Qualität des die Druckwechseladsorptionsanlage verlassenden Abgases wird wichtig, wenn das Abgas, das heißt das im Gegenstrom abgeblasene und ausgespülte Desorbatgas, innerhalb der Anlage als Brennstoff genutzt werden soll. Die adsorbierbaren Komponenten des in der Druckwechseladsorptionsanlage für eine Ammoniaksynthese zerlegten Gasgemischs können Kohlenmonoxid und Methan umfassen, so daß das Abgas der Druckwechseladsorptionsanlage einen mäßigen Heizwert hat und zweckmäßig als Brenngas verwendet werden kann.The for the cocurrent purging phase of the procedure according to FIG. 5 externally supplied flushing fluid used can be nitrogen gas or another Gas, for example methane or natural gas. Which special flushing fluid for the Choosing a concurrent flush phase depends on several factors, below Among other things, the required amount of purging gas, the quality of the pressure swing adsorption system resulting exhaust gas and the quality of the feed gas mixture that the pressure swing adsorption system is forwarded. The quality of the pressure swing adsorption system Exhaust gas is important when the exhaust gas, that is, in countercurrent Desorbate gas blown off and flushed out, used as fuel within the system shall be. The adsorbable components of the pressure swing adsorption system A gas mixture decomposed for ammonia synthesis can use carbon monoxide and methane include, so that the exhaust gas of the pressure swing adsorption system has a moderate calorific value and can conveniently be used as fuel gas.

Wenn der Heizwert des Abgases der Adsorptionsanlage zu einem wesentlichen Faktor wird, kann es zweckmäßig sein, ein Fluid wie Erdgas als Gleichstromspülmedium heranzuziehen. In diesem Zusammenhang ist die Qualität des der Adsorpti-onsanloge zugehenden Einsatzgasgemisches wichtig, wenn nämlich das Einsatzgasgemisch große Mengen an Kohlendioxid enthält, wird die Nutzung des Abgases als Brenngas beeinträchtigt oder unmöglich gemacht, falls Stickstoff als Gleichstromspülmedium verwendet würde.When the calorific value of the exhaust gas from the adsorption system becomes substantial Factor, it may be appropriate to use a fluid such as natural gas as the cocurrent purging medium to use. In this context, the quality of the Adsorpti-onsanloge incoming feed gas mixture important, namely if the feed gas mixture is large Contains amounts of carbon dioxide, the use of the exhaust gas as fuel gas is impaired or made impossible if nitrogen were used as the cocurrent purging medium.

Dies ist darauf zurückzuführen, daß das Gleichstromspülgas am Ende der Gleichstromdruckminderungs-Druckausgleichsphasen einen großen Teil der Adsorberbettzwischenräume einnimmt, so daß Gleichstromspülgas zusammen mit den Desorbatverunreinigungen in dem Abgasabgezogen wird. Wenn daher die Eignung des Abgases als Brenngas von Wichtigkeit ist, wird vorzugsweise ein Spülfluid wie Erdgas verwendet.This is due to the fact that the cocurrent purge gas ended up the co-current pressure reduction pressure equalization phases a large part of the adsorber bed interstices occupies, so that cocurrent purge gas along with the desorbate impurities in is withdrawn from the exhaust gas. Therefore, when the suitability of the exhaust gas as a fuel gas is of importance a flushing fluid such as natural gas is preferably used.

Bei dem Arbeitsspiel der Fig. 5 ist zwischen die Adsorptionsphase und die anschließenden Druckausgleichsphasen die Gleichstromspülphase geschoben. Jedes Adsorberbett durchläuft infolgedessen der Reihe nach die folgenden Phasen: Adsorption, Gleichstromspülen, drei aufeinanderfolgende Druckausgleichs-Druckminderungsphasen, Gegenstromabblasen auf den niedrigsten Verfahrensdruck, Spülen mit von einer externen Quelle kommendem Niederdruckstickstoffgas, drei aufeinanderfolgende Druckausgleichs-Wiederaufdruckphasen und abschließendes Wiederaufdrücken unter Verwendung von nichtadsorbiertem, wasserstoffreichem Produktgas. In diesem Arbeitsspiel wird ebenso wie bei dem Arbeitsspiel nach Fig. 2 Einsatzgasgemisch während jedes Zeitpunkte des Arbeitsspiels gleichzeitig drei Betten der Adsorptionsanlage zugeführt.In the working cycle of FIG. 5, the adsorption phase is between and the subsequent pressure equalization phases pushed the concurrent purging phase. Each As a result, adsorber bed goes through the following phases in sequence: adsorption, Direct current purging, three successive pressure equalization / pressure reduction phases, Countercurrent blowdown to the lowest process pressure, flushing with from an external one Source of incoming low-pressure nitrogen gas, three successive pressure equalization-repressurization phases and final repressurization using unadsorbed, hydrogen-rich Product gas. In this working cycle, as in the working cycle according to Fig. 2 feed gas mixture simultaneously three during each point in time of the work cycle Beds fed to the adsorption system.

Es zeigte sich, daß dann, wenn in gewissen Ausführungsformen das Bett entspannt wird, indem Gas aus dem Adsorberbett an einer zwischen dem Eintritts- und dem Austritt sende des Bettes liegenden Stelle ausgetragen wird, die folgenden Vorteile erzielt werden: (a) der Austrittsendteil des Adsorberbettes wird im Gegenstrom entspannt, was dazu beiträgt, am Austrittsende des Bettes eine niedrige Reinheitskonzentration aufrechtzuerhalten; (b) der Eintrittsendbereich des Adsorberbettes wird im Gleichstrom entspannt, was dazu beiträgt, eine maximale Menge an Wasserstoff aus dem Eintrittsende des Adsorberbettes zu verdrängen; (c) ein erheblicher Teil des in dem Lückenvolumengas des Adsorberbettes vorhandenen Kohlenmonoxids läßt sich zusammen mit Wasserstoff in dem Nebenstromdruckminderungsgas zurückgewinnen. Weil das einen erheblichen Anteil an Kohlenmonoxid enthaltende Nebens tromdruckminderungsgas zu dem Kohlenmonoxid-Verschiebekonverter der Anlage zurückgeleitet werden kann, wo sich aus dem zurückgeleiteten Kohlenmonoxid mehr Wasserstoff bilden läßt, ist es auf diese Weise möglich, die Wasserstoffausbeute im Vergleich zu einem Verfahren zu verbessern, bei dem die Druckminderung des gesamten Adsorberbettes auf den niedrigsten Druck durch Gegenstromabblasen erfolgt. Außerdem werden die Mengen an Kohlendioxid und Methan in dem Nebenstromdruckminderungsgas gegenüber dem Gegenstromdruckminderungsgas des Adsorberbettes erheblich vermindert. Die Nebenstromdruckminderung des Adsorberbettes auf den niedrigsten Druck ist daher vorzuziehen, um die Belastung des Kompressors für zurückgeleitetes Gas und des Kohlenmonoxid-Verschiebekonverters gegenüber einem Prozeß zu senken, bei dem im Gegenstrom abgeblasenes Gas verdichtet und als Rückführgas zu dem Verschiebekonverter zurückgeleitet wird.It was found that when in certain embodiments the bed is expanded by gas from the adsorber bed at a point between the inlet and the discharge end of the bed lying position is discharged, the following Advantages are achieved: (a) The outlet end part of the adsorber bed is countercurrent relaxes, which contributes to a low concentration of purity at the exit end of the bed maintain; (b) the inlet end region of the adsorber bed is in cocurrent relaxes, which helps keep a maximum amount of hydrogen from the inlet end to displace the adsorber bed; (c) a significant part of the in to the Gap volume gas of the carbon monoxide present in the adsorber bed can be combined recover with hydrogen in the sidestream depressurization gas. Because the one significant proportion of carbon monoxide-containing secondary flow pressure reducing gas to can be fed back to the carbon monoxide shift converter of the system, where if more hydrogen can be formed from the returned carbon monoxide, it is in this way possible the hydrogen yield compared to a process to improve, in which the pressure reduction of the entire adsorber bed to the lowest Pressure is done by countercurrent blow-off. It also reduces the amounts of carbon dioxide and methane in the sidestream depressurization gas versus the counterflow depressurization gas of the adsorber bed considerably reduced. The bypass pressure reduction of the adsorber bed The lowest pressure is therefore preferable to the load on the compressor for returned gas and the carbon monoxide shift converter versus one Lower the process in which gas blown off in countercurrent is compressed and used as recycle gas is passed back to the shift converter.

Beispiel I Dieses Beispiel beruht auf einem Verfahren zum Erzeugen eines Ammoniaksynthesegasgemisches aus Wasserstoff und Stickstoff entsprechend dem Stand der Technik, wobei das Einsatzgasgemisch eine Druckwechseladsorption erfährt, um Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Methan abzutrennen und zur Bildung des Ammoniaksynthesegasgemisches ein wasserstoffreiches Gas zu gewinnen. Die selektive Adsorption erfolgt mittels einer 10-Bett-Adsorptionsanlage der aus Fig. 1 der US-PS 3 986 849 bekannten Art. Die Anlage wird entsprechend dem Taktprogramm der Fig. 2 der US-PS 3 986 849 betrieben, wobei das Adsorberbett nach der Adsorptionsphase drei aufeinanderfolgende Druckausgleichs-Druckminderungsphasen unmittelbar vor einer Spülgasbereitstellungsphase durchläuft, während deren wasserstoffhaltiges Gas von dem Austrittsende des Bettes freigesetzt und zum Spülen eines anderen Adsorberbettes auf dem niedrigsten Verfahrensdruck genutzt wird. Im Anschluß an die Spülgasbereitstellungsphase wird das Adsorberbett im Gegenstrom auf den niedrigsten Verfahrensdruck entspannt und seinerseits mit wasserstoffhaltigem Gas von einem anderen Bett der Adsorptionsanlage gespült, das die Spulgasbereitstellungsphase durchläuft.Example I This example is based on a method of generating an ammonia synthesis gas mixture of hydrogen and nitrogen according to the State of the art, whereby the Feed gas mixture a pressure swing adsorption learns to separate carbon monoxide, carbon dioxide and methane and to form the Ammonia synthesis gas mixture to win a hydrogen-rich gas. The selective one Adsorption takes place by means of a 10-bed adsorption system from FIG. 1 of the US-PS 3 986 849 known type. The system is according to the clock program of Fig. 2 of US Pat. No. 3,986,849, the adsorber bed after the adsorption phase three successive pressure equalization / pressure reduction phases immediately before one Purge gas supply phase passes through, during the hydrogen-containing gas of released at the exit end of the bed and used to flush another adsorber bed is used at the lowest process pressure. Following the purge gas supply phase the adsorber bed is depressurized in countercurrent to the lowest process pressure and in turn with hydrogen-containing gas from another bed of the adsorption unit purged, which goes through the purge gas supply phase.

Nach dem Spülen wird das Adsorberbett in drei aufeinanderfolgenden Druckausgleichs-Wiederaufdrückphasen wiederaufgedrückt, woran sich ein abschließendes Wiederaufdrücken mit Produktgas anschließt. Dabei wird das gesamte von einer externen Quelle kommende Niederdruckstickstoffgas auf den Synthesegasdruckwert von 3400 kPa verdichtet, bevor es mit dem wasserstoffreichen Gas gemischt wird, dos als Produktgas der Druckwechseladsorptionsanlage anfällt. Die Betriebsbedingungen und die Leistungskennwerte sind in der nachfolgenden Tabelle I zusammengestellt.After purging the adsorber bed in three consecutive Pressure equalization re-pressurization phases, followed by a final Repressing with product gas follows. The whole thing is done by an external Source coming low pressure nitrogen gas to the synthesis gas pressure value of 3400 kPa compressed before it is mixed with the hydrogen-rich gas, dos as product gas the pressure swing adsorption system accrues. The operating conditions and the performance characteristics are summarized in Table I below.

TABELLE I Betriebsbedingungen und Leistungskennwerte eines Verfahrens unter Anwendung einer 10-Bett-Druckwechseladsorptionsanlage gemäß US-PS 3 986 849 Parameter Einsatzgasgemisch 1 2 Durchflußmenge des Einsatzgasgemischs der Druckwechseladsorptionsanlage, kg Mol/h 5910 4520 Durchflußmenge des die Druckwechseladsorptionsanlage verpassenden, wasserstoffreichen Produktgases, kg Mol/h 3690 4520 Zusammensetzung des wasserstoffreichen Produktgases der Druckwechseladsorptionsanlage: Wasserstoff (Mol%) 99,9 99,9 Stickstoff (Mol%) 0,1 0,1 Durchflußmenge des zur Bildung des Synthesegasgemisches zugesetzten Stickstoffgases, kg Mol/h 1230 1230 TABELLE 1 (Fortsetzung) Parameter Einsatzgasgemisch 1 2 Durchflußmenge des Synthesegasgemisches, kg Mol/h 4920 4920 Adsorptionsmittelvolumen je Bett, willkürliche Einheiten 100 65 Anzahl der Adsorberbetten der Druckwechseladsorptionsanlage 10 10 Wasserstoffausbeute aus dem der Druckwechseladsorptionsanlage zugeführten Einsatzgasgemisch, ausgedrückt als Prozentsatz des in dem ausgetragenen Produktgasstrom enthaltenen Wasserstoffanteils des Einsatzgasgemisches, % 87,9 88,7 Aufwand an Verdichtungsenergie für das zur Bildung des Synthesegasgemisches zugegebene Stickstoffgas, willkurliche Einheiten 100 100 Die vorstehend in Tabellenform wiedergegebenen Daten dienen in den nachstehenden Beispielen als Grundlage für einen Vergleich verschiedener Ausführungsformen des vorliegenden Verfahrens mit der bekannten Verfahrensweise. TABLE I Operating conditions and performance characteristics of a process using a 10-bed pressure swing adsorption system in accordance with US Pat. No. 3,986,849 Parameter feed gas mixture 1 2 Flow rate of the feed gas mixture of the pressure swing adsorption system, kg mol / h 5910 4520 flow rate of the missing pressure swing adsorption, hydrogen-rich product gas, kg mol / h 3690 4520 Composition of the hydrogen-rich Pressure swing adsorption system product gas: hydrogen (mol%) 99.9 99.9 nitrogen (Mol%) 0.1 0.1 flow rate of the added to form the synthesis gas mixture Nitrogen gas, kg mol / h 1230 1230 TABLE 1 (continued) Parameters Feed gas mixture 1 2 Flow rate of the synthesis gas mixture, kg mol / h 4920 4920 Adsorbent volume per bed, arbitrary units 100 65 Number of adsorber beds the pressure swing adsorption system 10 10 hydrogen yield from the pressure swing adsorption system fed feed gas mixture, expressed as a percentage of the discharged Hydrogen content of the feed gas mixture contained in the product gas stream,% 87.9 88.7 Expenditure of compression energy for that added to form the synthesis gas mixture Nitrogen gas, arbitrary units 100 100 Those tabulated above In the examples below, data serve as the basis for a comparison of various Embodiments of the present method using the known procedure.

Beispiel II Dieses Beispiel beruht auf einem Verfahren zur Herstellung eines Ammoniaksynthesegasgemischs aus Wasserstoff und Stickstoff entsprechend der Ausführungsform der Figuren 1 und 2. GegenUber dem Beispiel I ist bei der selektiven Adsorption keine interne Spülgasbereitstellungsphase vorgesehen. Statt dessen wird ein erster Teil eines Niederdruckstickstoffgases von einer externen Quelle in Form einer Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage als Spülgas benutzt, während ein zweiter Teil des von der externen Quelle angelieferten Niederdruckstickstoffgases extern verdichtet und dann mit dem ausgetragenen, wasserstoffreichen Produktgas der selektiven Adsorptionsanlage gemischt wird, um das Endprodukt in Form des Synthesegasgemisches zu bilden. Wegen des Wegfalls der Spülgasbereitstellungsphase kann in diesem Fall mit einer weiteren, vierten Druckausgleichsphase gearbeitet werden, während die gleiche Anzahl von Adsorberbetten wie im Beispiel I vorgesehen ist. Alternativ dazu erlaubt es der Wegfall der internen Spulgasbereitstellungsphase die Gesamtanzahl der Adsorber der Adsorptionsanlage zu vermindern, wenn mit der gleichen Anzahl von Druckausgleichsphasen wie im Vergleichsbeispiel I gearbeitet wird. Die zweite Alternative der Verminderung der Gesamtzahl der Adsorber bei Beibehaltung der Anzahl der Druckausgleichsphasen der bekannten Verfahrensführung wird in einem späteren Beispiel ausführlicher erörtert.Example II This example is based on a method of manufacture an ammonia synthesis gas mixture of hydrogen and nitrogen according to Embodiment of Figures 1 and 2. Compared to Example I is in the selective Adsorption no internal purge gas supply phase provided. Instead, will in the form of a first portion of low pressure nitrogen gas from an external source a cryogenic air separation unit is used as the purge gas, while a second Part of the low pressure nitrogen gas supplied from the external source external compressed and then with the discharged, hydrogen-rich product gas of the selective Adsorption system is mixed to produce the end product in the form of the synthesis gas mixture to build. Because of the omission of the purge gas supply phase, in this case work with a further, fourth pressure equalization phase, while the the same number of adsorber beds as in Example I is provided. Alternatively the omission of the internal purge gas supply phase allows the total number the adsorber of the adsorption plant diminish if with the same number of Pressure equalization phases as in Comparative Example I is carried out. The second alternative the reduction of the total number of adsorbers while maintaining the number of pressure equalization phases the known procedure will be discussed in a later example discussed in more detail.

Die Betriebsbedingungen und die Leistungskennwerte des Ammoniaksynthesegas-Herstellungsverfahrens unter Anwendung einer 10-Bett-Druckwechseladsorptionsanlage gemäß den Fig. 1 und 2 sind in der nachstehenden Tabelle II zusammengestellt.The operating conditions and performance characteristics of the ammonia synthesis gas manufacturing process using a 10-bed pressure swing adsorption system according to FIGS. 1 and 2 are compiled in Table II below.

TABELLE II Betriebsbedingungen und Leistungskennwerte des Ammonicksynthesegas-Herstellungsverfohrens unter Anwendung der 10-Bett-Druckwechseladsorptionsanlage der Fig. 1 und 2 Parameter Einsatzgasgemisch 1 2 Durchflußmenge des Einsatzgasgemischs der Druckwechseladsorptionsanlage, kg Mol/h 5630 4380 Durchflußmenge des die Druckwechseladsorptionsanlage verlastenden, wasserstoffreichen Produktgases, kg Mol/h 4165 4110 Zusammensetzung des wasserstoffreichen Produktgases der Druckwechseladsorptionsanlage: Wasserstoff (Mol%) 88,6 89,8 Stickstoff (Mol%) 11,4 10,2 TABELLE II (Fortsetzung) Parameter Einsatzgasgemisch 1 2 Durchflußmenge des extern verdichteten, zur Bildung des Synthesegasgemisches zugesetzten Stickstoffgases, kg Mol/h 755 810 Durchflußmenge des Synthesegasgemisches, kg Mol/h 4920 4920 Adsorptionsmittelvolumen je Bett, willkürliche Einheiten 75 41 Anzahl der Adsorberbetten der Druckwechseladsorptionsanlage 10 > 10 Wasserstoffausbeute aus dem der Druckwechseladsorptionsanlage zugeführten Einsatzgasgemisch, ausgedrückt als Prozentsatz des in dem ausgetragenen Produktgasstrom enthaltenen Wasserstoffanteils des Einsatzgasgemisches, % 92,2 91,6 Aufwand an Verdichtungsenergie für das zur Bildung des Synthesegasgemisches zugegebene Stickstoffgas (externe Verdichtung), willkürliche Einheiten 60 65 Vergleicht man die Tabellendaten für dieses Beispiel mit denjenigen der Tabelle I des Beispiels I, zeigt sich, daß das vorliegende Verfahren zu einer wesentlich höheren Wasserstoffausbeute führt. Bei dem Einsatzgasgemisch der Spalte 1 wird mit dem vorliegenden Verfahren eine Wasserstoffausbeute von 92,2 % gegenüber einer Ausbeute von nur 87,9 % des bekannten Verfahrens des Beispiels I erzielt. TABLE II Operating conditions and performance characteristics of the ammonium synthesis gas production process using the 10 bed pressure swing adsorption system of FIGS. 1 and 2 parameters Feed gas mixture 1 2 Flow rate of the feed gas mixture of the pressure swing adsorption system, kg mol / h 5630 4380 flow rate of the pressure swing adsorption system, hydrogen-rich product gas, kg mol / h 4165 4110 Composition of the hydrogen-rich Pressure swing adsorption system product gas: hydrogen (mol%) 88.6 89.8 nitrogen (Mol%) 11.4 10.2 TABLE II (continued) Parameters of the feed gas mixture 1 2 Flow rate of the externally compressed to form the synthesis gas mixture added nitrogen gas, kg mol / h 755 810 flow rate of the synthesis gas mixture, kg mol / h 4920 4920 volume of adsorbent per bed, arbitrary units 75 41 Number of adsorber beds in the pressure swing adsorption system 10> 10 hydrogen yield from the feed gas mixture fed to the pressure swing adsorption system as a percentage of the hydrogen content contained in the discharged product gas stream of the feed gas mixture,% 92.2 91.6 Compression energy expenditure for the Formation of the synthesis gas mixture, added nitrogen gas (external compression), arbitrary units 60 65 Comparing the table data for this example with those of Table I of Example I shows that the present process leads to a significantly higher hydrogen yield. at the feed gas mixture of column 1 is a hydrogen yield with the present process of 92.2% compared to a yield of only 87.9% of the known method of Example I scored.

Ein weiterer Vergleich der Werte der Spalte 1 der Tabellen I und II läßt erkennen, daß beim Beispiel II das je Bett'benötigte Adsorptionsmittelvolumen nur 75 % desjenigen des bekannten Verfahrens gemäß Beispiel I beträgt.Another comparison of the values in column 1 of Tables I and II shows that in Example II the adsorbent volume required per bed is only 75% of that of the known method according to Example I.

Des weiteren wird bei diesem Ausführungsbeispiel des vorliegenden Verfahrens die externe Verdichtungsenergie, die aufgewendet werden muß, um das zur Bildung des Synthesegasgemisches zugesetzte Stickstoffgas zu komprimieren,gegenüber dem Energieaufwand des bekannten Verfahrens für das Einsatzgasgemisch der Spalte 1 um 40 % und für das Einsatzgasgemisch der Spalte 2 um 35 % gesenkt.Furthermore, in this embodiment of the present Process the external compression energy that must be expended to the Formation of the synthesis gas mixture to compress added nitrogen gas, opposite the energy consumption of the known method for the feed gas mixture of the column 1 reduced by 40% and for the feed gas mixture in column 2 by 35%.

Beispiel III Bei diesem Beispiel wird eine 10-Bett-Adsorptionsanlege verwendet, wobei im Rahmen der Ammoniaksynthesegasherstellung die Druckwechseladsorptionsanlage entsprechend Fig. 5 betrieben wird. Bei dieser Ausführungsform ist unmittelbar nach der Adsorptionsphase eine Gleichstromspülphase vorgesehen, die bei dem gleichen Druck wie die Adsorptionsphase abläuft, um in dem Adsorberbett vorhandenes Wasserstoff-Lückenvolumengas in die Produktgasleitung der Druckwechseladsorptionsanlage zu treiben. Wie oben ausgeführt, kann mit verschiedenen Gleichstromspülmedien, beispielsweise Stickstoff oder Erdgas, gearbeitet werden, wobei die Auswahl von verschiedenen Erwägungen abhängt, beispielsweise der notwendigen Spülgasmenge sowie der Qualität des Einsatzgasgemisches und des Abgases der Druckwechseladsorptionsanlage im Hinblick auf die Anlieferung eines Abgases, das einen ausreichend hohen Heizwert hat, um innerhalb des Systems als Brenngas benutzt werden zu können. Die Betriebsbedingungen und die Leistungskennwerte für eine 10-Bett-Adsorptionsanlage, die mit dem Arbeitszyklus nach Fig. 5 arbeitet und bei der Erdgas mit einem Druck von 3450 kPa als Gleichstromspülfluid verwendet wird, sind in der Spalte 1 der untenstehenden Tabelle IV zusammengestellt, wobei das Einsatzgasgemisch die gleiche Zusammensetzung wie in den Beispielen der Spalte 1 der Tabellen I und II hat. In der Spalte 2 der Tabelle III sind die entsprechenden Werte für eine gemäß Fig. 5 betriebene 10-Bett-Adsorptionsanlage zusammengestellt, bei der als Spülmedium von einer externen Quelle kommendes Stickstoffgas benutzt wird, das auf einen Gleichstromspüldruck von 3450 kPa verdichtet ist. Das Einsatzgasgemisch hat die gleiche Zusammensetzung wie bei den Beispielen der Spalte 2,der Tabellen I und II.Example III This example uses a 10 bed adsorption rig used, with the pressure swing adsorption system as part of the ammonia synthesis gas production is operated according to FIG. In this embodiment is immediately after the adsorption phase provided a cocurrent purging phase, which is the same Pressure like that Adsorption phase expires in the adsorber bed existing hydrogen void volume gas in the product gas line of the pressure swing adsorption system to drift. As stated above, various co-current flushing media, for example Nitrogen or natural gas, with the choice of several considerations depends, for example, on the amount of flushing gas required and the quality of the feed gas mixture and the exhaust gas of the pressure swing adsorption system with a view to delivery an exhaust gas that has a sufficiently high calorific value to be within the system to be used as fuel gas. The operating conditions and the performance parameters for a 10-bed adsorption system which operates with the operating cycle according to FIG. 5 and when using natural gas at a pressure of 3450 kPa as the co-current purge fluid are listed in column 1 of Table IV below, where the feed gas mixture has the same composition as in the examples in the column 1 of Tables I and II. In column 2 of Table III are the corresponding Values for a 10-bed adsorption system operated according to FIG. 5 compiled, in which nitrogen gas coming from an external source is used as the flushing medium which is compressed to a co-current purge pressure of 3450 kPa. The feed gas mixture has the same composition as in the examples in column 2 of the tables I and II.

TABELLE III Betriebsbedingungen und Leistungskennwerte eines Verfahrens zur Ammoniaksynthesegaserzeugung unter Anwendung einer 10-Bett-Druckwechseladsorptionsanlage mit der Taktfolge gemäß Fig. 5 Parameter Einsatzgasgemisch 1 2 Durchflußmenge des Einsatzgasgemischs der Druckwechseladsorptionsanlage, kg Mol/h 5580 4280 Durchflußmenge des die Druckwechseladsorptionsanlage verlastenden, wasserstoffreichen Produktgases, kg Mol/h 4160 4210 Zusammensetzung des wasserstoffreichen Produktgases der Druckwechseladsorptionsanlage: Wasserstoff (Mol%) 88,7 88,1 Stickstoff (Mol%) 11,3 10,3 Gleichstromspulfluid Erdgas auf 3450 kPa mit verdichtetes, 3450-kPa von externer Quelle kommendes Stickstoffgas Durchflußmenge des Gleichstromspülgases, kg Mol/h 350 350 TABELLE III (Fortsetzung) Parameter Einsatzgasgemisch 1 2 Durchflußmenge des zur Bildung des Synthesegasgemisches zugesetzten Stickstoffgases, kg Mol/h 760 710 Durchflußmenge des Synthesegasgemisches, kg Mol/h 4920 4920 Adsorptionsmittelvolumen je Bett, willkürliche Einheiten 73 40 Anzahl der Adsorberbetten der Druckwechseladsorptionsanlage 10 10 Wasserstoffausbeute aus dem der Druckwechseladsorptionsanlage zugeführten Einsatzgasgemisch, ausgedrückt als Prozentsatz des in dem ausgetragenen Produktgasstrom enthaltenen Wasserstoffanteils des Einsatzgasgemisches, % 93,1 93,8 Aufwand an Verdichtungsenergie für das zur Bildung des Synthesegasgemisches zugegebene Stickstoffgas (externe Verdichtung), willkürliche Einheiten 61 90 Wenn die Werte in der Spalte 1 der Tabelle III, die auf einem Hochdruck-Gleichstromspülen mit Erdgas und anschließendem Gegenstromspülen mit von einer externen Quelle kommendem Stickstoffgas beruhen, mit den entsprechenden Werten in der Spalte 1 der Tabelle II des Beispiels II verglichen werden, wo die einzige Spülphase bei niedrigem Druck unter Verwendung von von einer externen Quelle kommendem Stickstoffgas durchgeführt wird, zeigt sich, daß die Ausbeute im ersten Falle um 0,9 % höher als im letztgenannten Falle ist, während alle anderen Parameter im wesentlichen die gleichen sind. Dabei ist im ersten Falle des vorliegenden Beispiels die Qualität (der Heizwert) des die Adsorptionsanlage verlassenden Abgases wesentlich verbessert, weil als Spülmedium Erdgas verwendet wird. Wenn die Werte in Spalte 2 der Tabelle III mit den entsprechenden Werten in Spalte 2 der Tabelle II verglichen werden, zeigt sich, daß im vorstehenden Beispiel die Wasserstoffausbeute auf 93,8 % gegenüber der Ausbeute von 91,6 % für die AusfUhrungsform entsprechend Tabelle II, Spalte 2, erhöht ist, wo kein Gleichstromspülen bei hohem Druck vorgesehen ist. TABLE III Operating conditions and performance characteristics of a process for the production of ammonia synthesis gas using a 10-bed pressure swing adsorption system with the clock sequence according to FIG. 5 parameters feed gas mixture 1 2 flow rate of the Feed gas mixture of the pressure swing adsorption system, kg mol / h 5580 4280 flow rate of the hydrogen-rich product gas loading the pressure swing adsorption system, kg Mol / h 4160 4210 Composition of the hydrogen-rich product gas of the pressure swing adsorption system: Hydrogen (mole%) 88.7 88.1 nitrogen (mole%) 11.3 10.3 cocurrent pulse fluid natural gas to 3450 kPa with compressed 3450-kPa from an external source nitrogen gas Flow rate of the cocurrent purging gas, kg mol / h 350 350 TABEL III (continued) Parameter feed gas mixture 1 2 Flow rate of the for formation nitrogen gas added to the synthesis gas mixture, kg mol / h 760 710 flow rate of the synthesis gas mixture, kg mol / h 4920 4920 adsorbent volume per bed, arbitrary Units 73 40 Number of adsorber beds in the pressure swing adsorption system 10 10 Hydrogen yield from the feed gas mixture fed to the pressure swing adsorption system, expressed as a percentage of that contained in the discharged product gas stream Hydrogen content of the feed gas mixture,% 93.1 93.8 Compression energy consumption for the nitrogen gas added to form the synthesis gas mixture (external compression), arbitrary units 61 90 If the values in column 1 of the Table III based on a high pressure co-current purging with natural gas and subsequent Counter-current purging with nitrogen gas from an external source, compared with the corresponding values in column 1 of Table II of Example II where the only flushing phase at low pressure using one external source of nitrogen gas is carried out, it is found that the yield in the first case it is 0.9% higher than in the latter case, while all others Parameters are essentially the same. This is in the first case of the present For example, the quality (the calorific value) of the exhaust gas leaving the adsorption system significantly improved because natural gas is used as the flushing medium. When the values in column 2 of table III with the corresponding values in column 2 of the table II are compared, it can be seen that the hydrogen yield in the previous example to 93.8% compared to the yield of 91.6% for the embodiment accordingly Table II, column 2, is increased where no high pressure co-current purging is provided is.

Der Energieaufwand für das externe Verdichten von Stickstoffgas ist gegenüber der Ausführungsform nach Tabelle II, Spalte 2, um 39 % gestiegen, was darauf zurückzuführen ist, daß bei der Ausführungsform des vorliegenden Beispiels von einer externen Quelle kommendes Stickstoffgas extern auf den erhöhten Druck von 3450 kPa verdichtet werden muß, der für das GleichstromspUlen der Adsorberbetten benötigt wird. Im Gegensatz zu dieser Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens weist das bekannte Verfahren gemäß Tabelle I, Spalte 2, eine Wasserstoffausbeute von nur 88,7 % bei einem Verdichtungsenergieaufwand für das zuzusetzende Stickstoffgas auf, der um 11 bis 64 % über demjenigen der Ausführungsform des vorliegenden Beispiels liegt. Daraus folgt, daß die Hochdruck-Gleichstromspülphase dieses Beispiels zu einer wesentlichen Verbesserung der Ausbeute gegenüber bekannten Verfahren bei mäßigen bis erheblichen Einsparungen hinsichtlich der Kompression des Einsatzgasgemisches führt, das in die Druckwechseladsorptionsanlage eingeleitet wird.The energy expenditure for the external compression of nitrogen gas is compared to the embodiment according to Table II, column 2, increased by 39%, which is due to the fact that in the embodiment of the present example nitrogen gas coming from an external source externally to the elevated pressure compressed by 3450 kPa must be used for direct current purging the adsorber beds is required. In contrast to this embodiment of the present Method, the known method according to Table I, column 2, has a hydrogen yield of only 88.7% with a compression energy expenditure for the nitrogen gas to be added which is 11 to 64% higher than that of the embodiment of the present example lies. It follows that the high pressure cocurrent purging phase of this example is too a substantial improvement in the yield over known processes with moderate to considerable savings in terms of the compression of the feed gas mixture leads, which is introduced into the pressure swing adsorption system.

Claims (21)

Ansprüche 1. Verfahren zur Bildung eines wasserstoff- und stickstoffhaltigen Gasgemischs für die Ammoniaksynthese, bei dem ein Wasserstoff und adsorbierbare Verunreinigungen enthaltendes Einsatzgasgemisch durch selektive Adsorption der Verunreinigungen in mindestens einem Adsorberbett dadurch zerlegt wird, daß zyklisch das Einsatzgasgemisch dem Eintrittsende des Bettes mit einem ersten höchsten Überdruck zugeleitet, nichtadsorbiertes, wasserstoffreiches Gas aus dem Austrittsende des Bettes ausgetragen, anfängliches Lückenvolumengas am Austrittsende des Bettes freigesetzt und das derart freigesetzte Gas dem Austrittsende eines anderen zuvor von den Verunreinigungen gereinigten und sich zunächst auf niedrigerem Druck befindlichen Betts zugeleitet wird, bis sich ein Druckausgleich zwischen den beiden Betten auf einem höheren Zwischendruck eingestellt hat, daß ferner zusätzliches Gas von dem Bett zwecks Druckminderung auf einen niedrigsten Druck freigesetzt und dem Austrittsende des Bettes Spülgas zugeleitet wird, um Verunreinigungen zu desorbieren und durch das Eintrittsende des Bettes hindurch auszuspülen, sowie daß das gespülte Bett auf den ersten höchsten Überdruck wiederaufgedruckt und danach das Arbeitsspiel wiederholt wird, dadurch gekennzeichnet, daß (a) das Adsorberbett während der Spülphase mit von einer externen Quelle kommendem Stickstoffgas derart gespült wird, daß nach Abschluß der Spülphase Stickstoffgas in dem Bett verbleibt, in der anschließenden Wiederaufdruckphase des gespülten Bettes auf den ersten höchsten Uberdruck komprimiert und anschließend in dem nichtadsorbierten wasserstoffreichen Gas ausgetragen wird, wobei das ausgetragene Gas das wasserstoff- und stickstoffhaltige Gasgemisch bildet, und/ oder (b) das Adsorberbett während der Wiederaufdruckphase mit von einer externen Quelle kommendem Stickstoffgas derart wiederavfgedrückt wird, daß das eingeleitete Stickstoffgas auf den ersten höchsten Überdruck komprimiert und anschließend in dem nichtadsorbierten wasserstoffreichen Gas ausgetragen wird, wobei das ausgetragene Gas das wasserstoff- und -stickstoffhaltige Gasgemisch bildet. Claims 1. A method for forming a hydrogen and nitrogen-containing Gas mixture for ammonia synthesis, in which a hydrogen and adsorbable Feed gas mixture containing impurities through selective adsorption of the impurities is broken down in at least one adsorber bed in that the feed gas mixture is cycled fed to the inlet end of the bed with a first highest overpressure, non-adsorbed, hydrogen-rich gas discharged from the exit end of the bed, initial Void volume gas released at the exit end of the bed and the so released Gas at the outlet end of another previously cleaned of the impurities and is initially fed to the bed at a lower pressure until it is a pressure equalization between the two beds is set at a higher intermediate pressure also has additional gas from the bed to reduce the pressure to a lowest level Pressure is released and purge gas is supplied to the exit end of the bed to remove impurities to desorb and through the entry end of the bed to rinse, as well as that the flushed bed is reprinted at the first highest overpressure and then the working cycle is repeated, characterized in that (a) the Adsorber bed during the flushing phase with nitrogen gas coming from an external source it is purged in such a way that nitrogen gas remains in the bed after the purge phase is complete, in the subsequent reprint phase of the flushed bed to the first highest Overpressure compressed and then in the non-adsorbed hydrogen-rich Gas is discharged, the discharged gas being the hydrogen and nitrogen-containing Forms gas mixture, and / or (b) the adsorber bed during the repressurization phase is repressed with nitrogen gas coming from an external source in such a way that that the introduced nitrogen gas is compressed to the first highest overpressure and then discharged in the non-adsorbed hydrogen-rich gas, wherein the discharged gas forms the gas mixture containing hydrogen and nitrogen. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gespülte Bett während der Wiederaufdrückphose mit dem Einsatzgasgemisch oder mit ausgetragenem, nichtadsorbiertem, wasserstoffreichem Gas wiederaufgedrückt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the rinsed Bed during the repressurization phase with the feed gas mixture or with discharged, non-adsorbed, hydrogen-rich gas will. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserstoff- und stickstoffhaltige Gasgemisch ein Molverhältnis von Wasserstoff zu Stickstoff von ungefähr 3 hat.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the hydrogen and nitrogen-containing gas mixture has a molar ratio of hydrogen has to nitrogen of about 3. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gespulte Bett während der Wiederaufdrückphcse mit von einer externen Quelle kommendem Stickstoffgas auf einen Zwischendruck teilweise wiederaufgedrückt wird, der zwischen dem 0,10- und dem 0,30fachen des ersten höchsten Überdrucks liegt.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that that the coiled bed comes from an external source during the repressurization phase incoming nitrogen gas is partially re-injected to an intermediate pressure, which is between 0.10 and 0.30 times the first highest overpressure. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von einer externen Quelle kommendes Stickstoffgas in zwei Teile aufgeteilt wird und ein erster Teil als Spülgas für die Spülphase verwendet wird, während ein zweiter Teil extern verdichtet und danach mit dem ausgetragenen wasserstoffreich-en Gas unter Bildung eines Synthesegasgemischs gemischt wird, das ein Molverhältnis von Waserstoff zu Stickstoff von etwa 3 hat.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in, that nitrogen gas coming from an external source is divided into two parts and a first part is used as purging gas for the purging phase, while a second Partly compressed externally and then with the discharged hydrogen-rich gas is mixed to form a synthesis gas mixture having a molar ratio of Has hydrogen to nitrogen of about 3. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Anspruche unter Verwendung von mindestens vier Adsorberbetten, dadurch gekennzeichnet, daß zum Wiederaufdrücken des gespülten Bettes auf den ersten höchsten Überdruck das gespülte Bett mit einem weiteren anderen Bett, das seine Adsorptionsphase gerade abgeschlossen hat, zum Druckausgleich gebracht wird, bei dem die beiden Betten schließlich einen höheren Zwischendruck annehmen, und darauf ein endgültiges Wiederaufdrucken auf den ersten höchsten Überdruck mit dem Einsatzgasgemisch erfolgt.6. The method according to any one of the preceding claims using of at least four adsorber beds, characterized in that to push the flushed bed back up to the first highest overpressure that flushed bed with another other bed that is currently in its adsorption phase has completed, is brought to the pressure equalization, at which the two beds finally accept a higher intermediate pressure, and then a final reprint takes place at the first highest overpressure with the feed gas mixture. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Einsatzgasgemischs Kohlenwasserstoff und Sauerstoffgas zwecks Teiloxidation des Kohlenwasserstoffes und Bildung eines Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid enthaltenden Teiloxidations-Produktgasgemischs umgesetzt werden, mindestens ein größerer Teil des Kohlenmonoxids in dem Teiloxidations-Produktgasgemisch mit Wasser zwecks Anlieferung von Wasserstoff und Kohlendioxid und Bildung eines weiteren Reaktions-Produktgasgemischs katalytisch umgesetzt wird, das Wasserstoff, Kohlendioxid und restliches Kohlenmonoxid enthält, sowie daß mindestens ein größerer Teil des in dem weiteren Reaktions-Produktgasgemisch enthaltenen Kohlendioxids durch selektive Adsorption unter Bildung des Einsatzgasgemischs abgetrennt wird, das Wasserstoff und adsorbierbare Verunreinigungen einschließlich restlichem Kohlenmonoxid und Kohlendioxid enthält.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that that for the purpose of forming the feed gas mixture hydrocarbon and oxygen gas Partial oxidation of the hydrocarbon and formation of a hydrogen, carbon monoxide and partial oxidation product gas mixture containing carbon dioxide are reacted, at least a major portion of the carbon monoxide in the partial oxidation product gas mixture with water for the purpose of supplying hydrogen and carbon dioxide and forming a further reaction product gas mixture is catalytically converted, the hydrogen, Contains carbon dioxide and residual carbon monoxide, as well as that at least one larger one Part of the carbon dioxide contained in the further reaction product gas mixture through selective adsorption is separated with formation of the feed gas mixture, the hydrogen and adsorbable contaminants including residual carbon monoxide and contains carbon dioxide. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Luft im Tieftemperaturtrennverfahren unter Bildung von Sauerstoffgas für die katalytische Teiloxidations-Reaktionsphase und Stickstoffgas zerlegt wird, wobei das Stickstoffgas mindestens teilweise das von einer externen Quelle kommende Stickstoffgas bildet.8. The method according to claim 7, characterized in that air in the Low-temperature separation process with the formation of oxygen gas for the catalytic Partial oxidation reaction phase and nitrogen gas is decomposed, with the nitrogen gas forms at least in part the nitrogen gas coming from an external source. 9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,daß das Molverhältnis zwischen dem in das Adsorberbett während der Spülphase eingeleiteten gesamten ersten Teil des Stickstoffgases und dem gesamten zweiten Teil des Niederdruckstickstoffgases, das gemischt mit dem wasserstoffreichen Gas aus dem Bett während der Adsorptionsphase ausgetragen wird, über 0,6 liegt. 9. The method according to claim 5, characterized in that the molar ratio between the total of the first introduced into the adsorber bed during the flushing phase Part of the nitrogen gas and all of the second part of the low pressure nitrogen gas, that mixed with the hydrogen-rich gas from the bed during the adsorption phase is carried out is above 0.6. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzgasgemisch durch Dampfreformieren von Kohlenwasserstoff gebildet wird.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in, that the feed gas mixture is formed by steam reforming of hydrocarbons will. 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem ersten höchsten Überdruck befindliches, von einer externen Quelle kommendes Stickstoffgas dem Eintrittsende des Adsorberbettes nach Abschluß der Adsorptionsphase zugeleitet und damit nichtadsorbiertes, wasserstoffreiches Lükkenvolumengas verdrängt sowie von dem Austrittsende des Bettes als weiterer Teil des ausgetragenen wasserstoffreichen Gases abgezogen wird.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in, that at a first highest overpressure, from an external source incoming nitrogen gas to the inlet end of the adsorber bed after completion of the adsorption phase forwarded and thus non-adsorbed, hydrogen-rich gap volume gas displaced as well as from the exit end of the bed as a further part of the discharged hydrogen-rich gas is withdrawn. 12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Freisetzung von zusätzlichem Gas zwecks Druckminderung des Adsorberbettes auf den niedrigsten Druck Gas an einer zwischen dem Eintritts- und dem Austrittsende des Bettes liegenden Stelle ausgetragen sowie das aus dem Bett ausgetragene Druckminderungsgas zwecks Rückgewinnung seines Wasserstoffgehalts zurückgeleitet und verarbeitet wird, wobei dieser Wasserstoff einen Teil des in dem Einsatzgasgemisch vorhandenen Wasserstoffs bereitstellt.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in, that with the release of additional gas for the purpose of reducing the pressure of the adsorber bed to the lowest pressure gas at one between the inlet and outlet ends of the bed and the pressure reducing gas discharged from the bed is returned and processed for the purpose of recovering its hydrogen content, this hydrogen being part of the hydrogen present in the feed gas mixture provides. 13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit mindestens einem Adsorberbett, dessen Eintrittsende das wasserstoffhaltige Einsatzgasgemisch zuleitbar ist und aus dessen Austrittsende gereinigtes Wasserstoffgas austragbar ist, einer Einrichtung zum Austragen von Lückenvolumengas über das Austritts- und/oder das Eintrittsende des Bettes zwecks Druckminderung dieses Bettes, einer Einrichtung zum Spülen des Bettes bei vermindertem Druck zwecks Beseitigung von aus dem Einsatzgasgemisch adsorbierten Verunreinigungen, und einer Einrichtung zum Wiederaufdrücken des Bettes auf den erhöhten Druck, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (P,31-40, 421) zur Beaufschlagung des Bettes (1-10) mit von einer externen Quelle kommendem Stickstoffgas zwecks Spülens und/oder mindestens teilweisen Wiederaufdrükkens des Bettes derart, daß das erhaltene Produktgas als ein für eine Ammoniakgassynthese geeignetes Gasgemisch aus gereinigtem Wasserstoff und Stickstoff anfällt.13. Device for performing the method according to one of the preceding Claims with at least one adsorber bed, the inlet end of which contains the hydrogen Feed gas mixture can be fed and purified hydrogen gas from its outlet end can be discharged, a device for discharging void volume gas via the outlet and / or the inlet end of the bed for the purpose of reducing the pressure of this bed, one Device for flushing the bed at reduced pressure for the purpose of removing from the feed gas mixture adsorbed impurities, and one Device for pushing the bed back up to the increased pressure, marked by a device (P, 31-40, 421) for acting on the bed (1-10) with from nitrogen gas coming from an external source for the purpose of purging and / or at least partial repressurization of the bed so that the product gas obtained as a gas mixture of purified hydrogen suitable for ammonia gas synthesis and nitrogen is produced. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (P, 31-40, 421) zur Beaufschlagung des Bettes (1-10) mit von einer externen Quelle kommendem Stickstoffgas derart steuerbar ist, daß dieses Gas zum Spülen des Bettes dient.14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the Device (P, 31-40, 421) to act on the bed (1-10) with from an external Source coming nitrogen gas is controllable so that this gas for purging the Serves the bed. 15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (P, 31-40, 421) zur Beaufschlagung des Bettes (1-10) mit von einer externen Quelle kommendem Stickstoffgas derart steuerbar ist, daß dieses Gas zum Wiederaufdrücken des Bettes dient.15. Apparatus according to claim 13 or 14, characterized in that that the device (P, 31-40, 421) for acting on the bed (1-10) with from an external source coming nitrogen gas is controllable such that this gas serves to push the bed back open. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Adsorberbetten (1-10), die jeweils der Reihe nach zyklisch eine Adsorptionsphase auf erhöhtem Druck, eine Desorptionsphase, eine SpUlphase auf vermindertem Druck und eine Wiederavfdrückphase auf den erhöhten Druck durchlaufen und von denen ständig mindestens eines mit dem Einsatzgasgemisch beaufschlagt ist.16. Device according to one of claims 13 to 15, characterized by a plurality of adsorber beds (1-10), each cyclically in sequence an adsorption phase at increased pressure, a desorption phase, one Rinse phase under reduced pressure and a repressurization phase under increased pressure run through and of which at least one is constantly exposed to the feed gas mixture is. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, gekennzeichnet durch mindestens vier Adsorberbetten.17. Device according to one of claims 13 to 16, characterized by at least four adsorber beds. 18. Vorrichtung nach einem der AnsprUche 13 bis 1, gekennzeichnet durch mindestens sechs Adsorberbetten.18. Device according to one of claims 13 to 1, characterized by at least six adsorber beds. 19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung zum Einleiten von von einer externen Quelle kommendem Stickstoff in das Eintrittsende des Bettes (1-10) nach Abschluß der Adsorptionsphase zwecks Verdrängung von nichtadsorbiertem wasserstoffreichem Lückenvolumengos und Austragen dieses Gases aus dem Austrittsende des Bettes.19. Device according to one of claims 13 to 18, characterized by a control device for introducing from an external source Nitrogen in the inlet end of the bed (1-10) after the adsorption phase has ended for the purpose of displacing non-adsorbed hydrogen-rich void volume gos and Discharge of this gas from the exit end of the bed. 20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Austragen von Gas aus dem Adsorberbett an einer zwischen dem Eintritts- und dem Austrittsende des Bettes liegenden Stelle sowie durch eine Einrichtung zum Zurückleiten dieses Gases zwecks Rückgewinnung seines Wasserstoffgehalts und Bereitstellung eines Teils des Wasserstoffes des Einsatzgasgemischs.20. Device according to one of claims 13 to 19, characterized by a device for discharging gas from the adsorber bed at an intermediate the entry and exit end of the bed and through a Device for returning this gas for the purpose of recovering its hydrogen content and providing some of the hydrogen of the feed gas mixture. 21. Vorrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch mindestens vier und vorzugsweise mindestens sechs Adsorberbetten und eine Steuereinrichtung, mittels deren ständig mindestens ein Bett mit dem Einsatzgasgemisch beaufschlagt ist.21. The device according to claim 19, characterized by at least four and preferably at least six adsorber beds and a control device, by means of which at least one bed is constantly exposed to the feed gas mixture is.
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