<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zum Verflüssigen und Trennen von Gasgemischen.
Die Erfindung betrifft eine Verbesserung der bekannten Verfahren zum Verflüssigen und Trennen von Gasgemischen in ihre verschiedene Siedepunkte besitzenden Bestandteile, u. zw. unter Druck und unter Führung von Leichtsiedendem und gegebenenfalls auch von Schwersiedendem im Kreislauf.
Nach diesem Verfahren wird das zu trennende Gasgemisch, z. B. Luft, unter höherem als Atmosphärendruck in seine Bestandteile getrennt und dann nach Durchgang durch einen Wärmeaustauscher unter Arbeitsleistung entspannt. Diese Entspannung erfolgt im Gegensatz zu den bekannten Verfahren nicht an der kältesten Stelle, d. h. unmittelbar hinter dem Trenner oder in diesen hinein, sondern erst nach teilweiser oder fast vollständiger Wiedererwärmung an beliebiger Stelle. Dadurch wird erreicht, die Regelung der Gasmenge nicht an der kältesten, sondern an einer wärmeren Stelle ausserhalb des Trenners mittels eines Drosselventils oder besser mittels einer Entspannungsmasehine vornehmen zu können.
Ausserdem wird auf diese Weise ein Eindringen von Schmiermitteln aus der Entspannungsmaschine in die Trennungssäule und in den Arbeitsgang wirksam vermieden, da solche Schmiermittelteilchen nach aussen abgeführt werden.
Die Erfindung besteht insbesondere darin, dass zur Entspannung unter äusserer Arbeitsleistung ein Teil des vom Trenner erzeugten Leiehtsiedenden (weiterhin Stickstoff genannt) verwendet wird, während ein anderer Teil des gleichfalls dem Trenner entnommenen Stickstoffes stets wieder in den Arbeitsgang zurückgeführt wird.
Um hiebei einen höheren Betrag an mechanischer Nutzleistung als bisher zu erzielen, wird der im Trenner gewonnene, für die technische Verwertung hinreichend reine Stickstoff unter dem Druck des Trenners durch den Wärmeaustauscher hindurehgeführt, hiedurch bis nahe auf die Temperatur der rmgebung wieder erwärmt und dann nach weiterer höherer Beheizung unter Arbeitsleistung in einer Expansionsn:aschine (Kolbenmaschine, Rundlaufmaschine oder Druckstickstoffturbine) oder Kraft-
EMI1.1
etwa bis auf minus 60-70"C. Man erhält neben der mechanischen Arbeit noch eine bemerkenswerte Kälteleistung, die ebenso wie die erhaltene Arbeit für beliebige Zwecke oder auch im Trennungsverfahren selbst nutzbar gemacht werden kann.
Der aus dem Wäreaustauscher austretende Stickstoff wird zu diesem Zweck noch weit über seine Austrittstemperatur durch Wärmezufuhr (Oberfläehenbeheizung) erwärmt. Zu dieser Erwärmung kann zweckmässig auch die Verdichtungswärme der zu trennenden Luft und des verdichteten Stickstoffes verwendet werden. Zur Erwärmung auf höhere Temperaturen (bis zu 3000 und darüber) dienen jedoch besondere Erhitzer, welche mit Abwärme höherer Temperaturen oder auch durch Feuergase beheizt werden. Dabei kann nahezu die gesamte Verdichtungsarbeit erspart werden.
Dieses Verfahren bietet den Vorteil, dass für die bekannten Stickstoffverbrennungsöfen mittels des elektrischen Flammenbogpns nicht nur der erforderliche Sauerstoff in gewünschtem Mischungverhältnis mit Stickstoff geliefert wird, sondern dass die abzuschreckenden, aus dem Verbrennungsofen austretenden nitrosen Gase infolge ihrer hohen Temperaturen in besonderen Winderhitzern den Druckstickstoff auf höhere Temperaturen als 300-400 erhitzen können. Dadurch kann Nutzarbeit über die Verdichtungsarbeit hinaus gewonnen werden.
Dieses Verfahren gewährt also unter günstigen Bedingungen den Vorteil, Sauerstoff und Stickstoff als Nebenerzeugnis gewinnen und daher billig liefern zu können.
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
der Verstärkungssäule g bei e oder auch in den mittleren Teil durch die Zweigleitung A, die durch das Ventil i mehr oder weniger geschlossen werden kann. Aus dem oberen Teil der Verstärkungssäule wird der Stickstoff durch Leitung I und den Wärmeaustauscher l", dessen Inhalt so gross bemessen wird, dass er als Druckausgleicher wirkt, von dem Hochdruckverdichter b abgesaugt. Ein Teil des aus dem Wärmeaustauscher i !" abziehenden Stickstoffes geht durch das Leitungsrohr ', wo er mittels des Ventiles'In
EMI2.2
Der vom Hochdruckverdichter b austretende Druckstickstoff gelangt durch den Reiniger Pli u1, den Wärmeaustauscher Z" und die Leitung n in den Sauerstoffverdampfer k, der unterhalb der Abtriebssäule f angeordnet ist, und schliesslich in den Kondensator p. Von hier wird der Stickstoff durch das Entspannungsventil o auf den Trennungsdruck in den Trenner hinein entspannt. Der flüssig gewordene Stickstoff fliesst auf die oberste Platte der Verstärkungssäule g, sammelt sich in dem Raume zwischen den Säulen f und g an und fliesst schliesslich als sauerstoffreiche Flüssigkeit durch das Überlaufrohr u in den obersten Teil der Abtriebssäule f über, an deren tiefstem Teil bei k sich flüssiger Sauerstoff ansammelt.
Dieser verdampft teilweise ; der flüssig gebliebene Teil des Sauerstoffes fliesst durch die
EMI2.3
gelangt durch die Leitung s nach Durchströmung des Gegenstromaustauschers l" zum Verbrauchsort (z. B. Hochofen). Arbeitssäule f und Verstärkungssäule g stehen durch die Leitung t in Verbindung.
Statt zweier Verdichter a und b kann man einen richtig bemessenen Mehrstufenverdichter verwenden, dessen zweite oder dritte Stufe Niederdruckstickstoff aus dem Wärmeaustauscher l"ansaugt.
Bei diesem Sonderfall des Verfahrens erfolgt die Entspannung des einen abgetrennten Bestandteiles des Stickstoffes weder vor noch in der kältesten Stelle der Anlage, sondern hinter der kältesten Stelle, u. zw. nach teilweiser oder fast vollständiger, im Wärmeaustauscher "erfolgender Wieder- erwärmung und nach seiner Abzweigung an beliebiger Stelle des Austauschers. Die Entspannungsvorrichtung m wird zweckmässig ausserhalb des Austauschers angeordnet.
Die in der Entspannungsmaschine v entspann ten kalten Stickstoffgase werden in einen Vorkühler ? für den vom Hochdruckverdichter b kommenden hochgespannten Stickstoff geleitet. Ferner ist eine besondere Druckausgleichsvorrichtung vorgesehen, von der verschiedene Leitungsrohre s, s', z"zum Anschluss von Arbeitsmaschinen abzweigen. Der hochgespannte Stickstoff wird in einer Kühlschlange x zweckmässig im Gegenstrom von entspannten Stickstoffgasen, die eine Temperatur von etwa -60 bis -80 besitzen, stark abgekühlt und dann durch den Austauscher l" und gegebenenfalls durch die Leitung n in den Verdampfer k geleitet.
Diese Vorkühlung bewirkt einen günstigeren Wärmeausgleich und eine Entlastung des Entspannungsventiles o, so dass im Dauerbetrieb der Hochdruck sinkt und deshalb weniger Verdichtungsarbeit geleistet zu werden braucht.
Um die Ausbeute an mechanischer Arbeit zu steigern, die von dem aus dem Wärmeaustauscher abziehenden Stickstoff geleistet wird, kann der Druckstickstoffaustauscher durch eine besondere, an sich bekannte, zweckmässig aussen angeordnete Heizvorrichtung auf eine Temperatur von 1500 bis 3500C oder darüber erhitzt werden.
In der Fig. 2 ist noch eine zur Durchführung des Arbeitsverfahrens dienende Vorrichtung schematisch
EMI2.4
kühlung durch flüssigen Stickstoff allein oder auch zugleich durch flüssigen Stickstoff und an Sauerstoff reicher Flüssigkeit.
Der Arbeitsgang ist folgender : Der Niederdruckverdichter a, der einstufig oder zweistufig arbeiten kann, saugt gereinigte Luft an, verdichtet sie auf den Trennerdruck (etwa 2-10 Atm.), treibt sie nach möglichst vollkommener Reinigung und Vorkühlung durch den Wärmeaustauscher l" mittels des Rohres c, in dem sie sich entweder teilweise oder vollständig verflüssigt, in den mittleren Teil oder den unteren Teil des Raumes e, von wo aus die Flüssigkeit durch die Abtriebssäule t hindurch nach dem Boden k herabfliesst und dabei durch aufsteigende Sauerstoffdämpfe vom Stickstoff befreit wird. Die Dämpfe steigen aus dem Raume e nach oben in die Verstärkungssäule g und werden durch herabfliessenden flüssigen Stickstoff von ihrem Sauerstoff befreit.
Oben treten aus der Säule reine Stickstoffdämpfe aus und gelangen in die Leitung l, gehen durch den Wärmeaustauscher !"und dann teilweise zu dem mehrstufigen Stickstoffhochdruckverdichter b, der mit einer Zwischenleitung b'versehen ist. Der Wärmeaustauscher ist so gross, dass er als Druekausgleicher ähnlich dem in Fig. 1 dargestellten wirken kann. Von dem Stick-
EMI2.5
<Desc/Clms Page number 3>
stoff für die Zwecke der Rektifikation verdampfen. Der überschüssige flüssige Sauerstoff gelangt durch die Leitung q nach seiner Entspannung durch das Drosselventil r in den Kondensator p, wo er durch die aus der Rektifikationssäule g, i abzweigende Leitung t beheizt wird.
In dem Kondensator p verdampft der Sauerstoff ; die in dem Leitungsrohre t sich bildende Flüssigkeit, die reich an Sauerstoff ist, fliesst zusammen mit den Dämpfen durch das Rohr h'beI i'in die Rektifikationssäule. Von der Leitung n aus entspannt sich der Stickstoff hinter dem Verdampfer k durch das Drosselventil o auf den im obersten Teil der Verstärkungssäule gherrschenden Druck. Der herabfliessende flüssige Stickstoff dient zum Waschen der aufsteigenden Dämpfe. Der aus Leitung l herrührende Rest von Stickstoffdämpfen tritt in die Zweigleitung m'fiber, wird dann in einem Druckstickstofferhitzer m"erhitzt und dann erst zur Entspannungs- maschine !"'geführt.
Zum Schluss sei noch auf die Eignung dieses Verfahrens für das Hüttenwesen hingewiesen ; hier kann durch Abwärmeverwertung der erforderliche Sauerstoff sehr wirtschaftlich erzeugt werden.