AT138743B - Verbundverfahren zum Zerlegen von Gasgemischen, insbesondere Luft. - Google Patents

Verbundverfahren zum Zerlegen von Gasgemischen, insbesondere Luft.

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    Verbnndverfahren   zum Zerlegen von Gasgemisehen,   insbesondere Mt.   



   Um ein Gasgemisch z. B. Luft in ihre Hauptbestandteile Sauerstoff und Stickstoff zu zerlegen oder auch nur einen Teil des Stickstoffes aus derselben auszuscheiden, muss man bekanntlich je nach der auszuscheidenden   Stiekstoffmenge     45-60"o der   Luft verflüssigen, diese Flüssigkeit durch Rektifikation mit Sauerstoff anreichern und sie dann wieder verdampfen. 



   Für die   Durchführung   dieses Prozesses ist in der österr. Patentschrift Nr. 135454 ein sehr wirtschaftliches Verfahren angegeben, das aber praktisch nur für die Gewinnung eines Rohsauerstoffs von   45-, 50 % 02-Gehalt,   d. h. für die Ausscheidung von etwa zwei Drittel des Stickstoffgehaltes der Luft in Betracht kommt. 



   Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verbundverfahren, bei welchem bis zu 90% des Gehaltes an Leiehtsiedendem aus einem Gasgemisch, aus der Luft also der Stickstoff, noch wirtschaftlicher ausgeschieden werden können, als dies nach dem Verfahren des Patentes Nr. 135454 der Fall ist. 



   In beiliegender Zeichnung Fig. 1 ist in einem   Ausführungsbeispiel   eine Einrichtung für die Durchführung des neuen Verfahrens schematisch angegeben. 



   Die Ausscheidung des Stickstoffgehaltes der Luft wird hier bis zu etwa 65% durch fraktionierte Kondensation derselben in zwei hintereinandergeschalteten Kondensatoren und Verdampfern dergestalt bewirkt, dass im ersten Kondensator I der gesamte Sauerstoffgehalt der Luft unter Mitnahme von einer annähernd gleich grossen Stiekstoffmenge in Form von 45% igem Rohsauerstoff auskondensiert und im Kondensator   II   ein Teil des verbleibenden Stickstoffes verflüssigt wird, während der andere Teil des gasförmig verbleibenden Stickstoffes in einer Expansionsmasehine oder Turbine entspannt wird, um damit die Kälteverluste der Anlage zu decken.

   Der Rohsauerstoff wird nun auf die Verdampferseite a des Kondensators I übergeleitet und dort unter gleichzeitiger Rektifikation etwa zur Hälfte verdampft, wobei eine Flüssigkeit mit etwa   80%     02-Gehalt   entsteht, die sodann in die Verdampferseite b des Kondensators II geleitet und dort durch Absaugen des Sauerstoffes bei einem Unterdruck von etwa 0'5 Ala verdampft wird. 



   Der Kondensator   I   umfasst den Verdampfer a vollständig und den Verdampfer b noch etwa zu zwei Fünftel, während der restliche Teil des Verdampfers b dem Kondensator   11   zugehörig ist. 
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 zur Hälfte verdampft und dabei auch gleichzeitig durch Rektifikation mit Hilfe der Rektifikationseinsätze m bis zu etwa 80% angereichert wird, indem die Dämpfe von unten nach oben durch die Rektifikationseinsätzem strömen und bei p in den Rektifikator qu geleitet werden, auf dessen Kopf der flüssige, im   Kondensator 77   kondensierte Waschstickstoff (etwa ein Sechstel der Zerlegungsluftmenge ausmachen) ausgegossen wird, um den Sauerstoff aus den Dämpfen auszuwaschen, die vom Verdampfer   a   in den Rektifikator qu geleitet werden. Dabei werden weitere 25% Stickstoff ausgeschieden. 



   Aus dem Rektifikator qu fliesst dann die auf etwa   50% 02-Gehalt angereieherte   Flüssigkeit zusammen mit der Flüssigkeit aus Kondensator I in den Verdampfer a, aus welchem die Dämpfe stammen. 
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 eingeleitet. 



   Dieser Druck genügt, um die Kondensation im Kondensator   I   zu bewerkstelligen, denn hier wird im Gegenstrom zu der auf der Verdampferseite abfliessenden Flüssigkeit der leichter zu verflüssigende 

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 Sauerstoff auskondensiert, im Kondensator II hingegen, wo nur noch der schwerer zu verflüssigende Stickstoff kondensieren soll, wird ein grösserer   Druekunterschied   zwischen der   Verdampfer-'und   Kondensatorseite erforderlich, u. zw. etwa 1 : 4 gegen 1 : 2 im Kondensator   1.   
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 erforderliche   Druckverhältnis     2 : 0-5=4   ergibt. 



   Der Verdampfer b ist ebenfalls als Ablaufverdampfer mit Rektifikationseinsätzen ausgeführt, und die Flüssigkeit läuft auch hier wie im Verdampfer a von oben nach unten ab, ohne dass dieser mit Flüssigkeit gefüllt ist, und muss auf diesem Wege nach unten vollkommen verdampfen. 



   Im Gegensatz zum Betriebe des Verdampfers a dagegen werden hier die Dämpfe im Gleichstrom zur ablaufenden Flüssigkeit geführt und unten bei   x   entnommen, wie in der Patentschrift Nr. 135.   454   angegeben, während auf der Kondensatorseite II der zu kondensierende Stickstoff von unten nach oben strömt. Diese   Gleichstromführung   der Dämpfe im Verdampfer b bringt zwar einige nicht unwesentliche Vorteile mit sich, ist aber keine unerlässliche Bedingung für die   Durchführung   des neuen Verfahrens.

   Es könnte für den Verdampfer b gegebenenfalls auch ein Verdampfer nach bekannter Bau-und Betriebsart, der mit Flüssigkeit gefüllt ist, Anwendung finden, wenn auf diese Vorteile verzichtet wird. 
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 strom zur Flüssigkeit von unten nach oben geleitet werden, d. h. im Gleichstrom zum Gasgemisch auf der Kondensatorseite, während die zu verdampfende Flüssigkeit im Gegenstrom zu letzterem von oben nach unten fliessen muss, denn nur auf diese Weise ist es möglich, mit einem Druck von nur 2 Ata die Verflüssigung des Rohsauerstoffs im Kondensator I zu betreiben, weil sich dadurch dieVerdampfungsund Kondensationstemperaturen sehr nahe kommen, welche für den erforderlichen Kondensationsdruck massgebend sind.

   Ausserdem aber muss die Flüssigkeit auch schon deshalb von oben noch durch den Verdampfer a fliessen, weil ein Teil davon unten entnommen und mit etwa   80%     02-Gehalt   in den Verdampfer b übergeleitet werden muss. Dieser Teil kann nicht etwa oben entnommen werden, weil dort die Flüssigkeit nur   45-50% 02-Gehalt   besitzt. Nach erfolgter Zerlegung der Luft wird der Sauerstoff aus dem Verdampfer b abwechselnd durch den Regenerator   B'und B"durch   Absaugen bei etwa 0'5 Atct herausgeleitet und der Stickstoff aus dem Rektifikator qu zusammen mit dem aus der Entspannungsturbine f kommenden Stickstoff abwechselnd durch den Regenerator   Ar und A".   



   Praktische Bedeutung kann das neue Verfahren jedoch nur in Verbindung mit dem   Kältespeieher-   Umsehalt-Wechselbetrieb erhalten, denn diese neue Verdampfungsart hat eine wesentliche Minderung des erforderlichen Druckes im Gefolge, auf den das Gasgemisch für die Kondensation verdichtet werden muss, während anderseits durch das Absaugen des Sauerstoffes das Volumen noch grösser wird. Mit abnehmendem Druck wächst aber der Bedarf an   Übertragungsfläche   für den Kältetausch zwischen dem Gasgemisch und den Zerlegungsprodukten bei der Abkühlung bis zur Verflüssigungstemperatur, welche der Zerlegung stets vorangehen muss. 



   Da es sich bei der Gewinnung von Sauerstoff mit etwa   70-90% 02-Gehalt   nur um Anlagen für sehr grosse Leistungen handeln kann, da sie für den Grossbetrieb der   Eisenhütten-und chemischen   Industrie und sonstige Zwecke des   Hoehtemperaturgebietes   der   Metallurgie   bestimmt sind, die Ansehaffungs- 
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 so ist eine Anwendung des neuen Verfahrens nur im Zusammenhang mit dem   Kältespeicher-Umsehalt-     Weehselbetrieb   zu denken, zumal der Wirkungsgrad des   Kältetausehers   auch für den Energiebedarf mitbestimmend ist und mit kontinuierlich wirkenden   Kältetausehern   diese Verluste nicht auf ein erträgliches Mass herabgesetzt werden können. 



   Dieses Verfahren ist   natürlich   auch für andere Gasgemische als Luft anwendbar, und es kann auch in der Weise   durchgeführt   werden, dass die zu zerlegende Luft unverdichtet in den Kondensator eingeblasen und dafür der Stickstoff mit 0'5 Ata Unterdruck, der Sauerstoff dagegen mit 0-25 Ata abgesaugt wird, da auch auf diese Weise die erforderlichen   Druckverhältnisse   von 1 : 2, bzw. 1 : 4 herbeigeführt werden können. 



   Eine Ergänzung dieses Verfahrens besteht darin, dass gemäss Fig. 2 in demselben Ausmass als Sauerstoff aus der Anlage durch die Regeneratoren   B'und B"abwechselnd   mit etwa   0'5 Ata'V'nter-   druck entnommen wird, Luft ohne Überdruck abwechselnd durch die Regeneratoren B'und B"in den Rektifikator qu eingeblasen und dort in Sauerstoff und Stickstoff unverflüssigt zerlegt wird. 



   In diesem Falle muss dann etwas mehr Stickstoff im Kondensator II als   Waschstickstoff   und weniger Rohsauerstoff   verflüssigt   werden, u. zw. beinahe die doppelte Menge Waschstickstoff, d.   It.   ein Betrag, der etwa   25%   des Luftumsatzes gleichkommt, während ohne Einblasebetrieb nur etwa   150 der   
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 Rohsauerstoff fraktioniert verflüssigt werden und im Kondensator   ! 11500 m3 Waschstiekstoff,   während mit Einblasebetrieb im Kondensator   I   nur 3500 m3 Rohsauerstoff verflüssigt werden müssen, im Kondensator 11 aber 2500 m3 Waschstickstoff. 



   In beiden Fällen sind daher 6000 m3 Luft auf 2 Ala zu verdichten und 2500 M Sauerstoff mit 
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 den Rektifikator einzublasen. 



   PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verbundverfahren zum Zerlegen von Gasgemischen, insbesondere Luft, dadurch gekennzeichnet, dass die fraktionierte Verflüssigung des Gasgemisches mit einem einheitlichen Kondensationsdruck in zwei hintereinandergeschalteten Kondensatorhälften und die Verdampfung der Flüssigkeit in zwei ebenfalls hintereinandergeschalteten Verdampferhälften bei unterschiedlichem Verdampferdruck dergestalt erfolgt, dass der schwersiedende Bestandteil absichtlich mit einem beträchtlichen Gehalt an leichtsiedendem Bestandteil im flüssigen Zustand in den Verdampfer (a)

   geleitet und das Gasgemisch durch fraktionierte Kondensation auf der Kondensatorseite des ersten Verdampfers bei gleichzeitiger Rektifikation der verdampfenden Flüssigkeit auf der Verdampferseite desselben im Gegenstrom zu dieser verflüssigt und anderseits die verdampfende Flüssigkeit bis zum   gewünschten   Gehalt an schwersiedendem Bestandteil durch Eindampfen bis auf den zu entnehmenden Anteil angereichert und dieser Teil dann in einem zweiten mit Unterdruck betriebenen Verdampfer vollends verdampft wird.

Claims (1)

  1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Verdampfungsstufe die Anreicherung der Flüssigkeit an Schwersiedendem unter teilweiser Verdampfung derselben durch Gegenstromführung der Dämpfe zur abwärts fliessenden Flüssigkeit erfolgt, während in einer zweiten Verdampfungsstufe die restliche Verdampfung derselben unter Gleichstromführung der Dämpfe mit der abwärts fliessenden Flüssigkeit betrieben wird.
    3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasgemiseh im Kondensator I im Gegenstrom zur Flussrichtung der verdampfenden Flüssigkeit der ersten und zweiten Verdampfungsstufe fraktioniert verflüssigt und dabei nahezu mit dem gesamten Gehalt des Gasgemisches an Schwersiedendem angereichert wird, während im Kondensator 11 nur noch ein kleiner Teil des Leichtsiedenden verflüssigt wird unter Verdampfung eines entsprechenden Teiles der Flüssigkeit in der zweiten Verdampferstufe.
    4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das gesamte Gasgemisch im verdichteten Zustand nacheinander durch die Kondensatoren I und 11 geleitet, durch fraktionierte Kondensation das Leichtsiedende aus demselben zum grössten Teil direkt gasförmig ausgeschieden und dann in der Expansionsturbine entspannt wird.
    5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Kältetausch *i) dem entnommenen Sauerstoff eine dieser Sauerstoffmenge äquivalente Menge des zu zerlegenden QMgemisches ohne Überdruck abwechselnd durch die Regeneratoren (B'und B") direkt in den R* fikator (qu) eingeblasen wird.
    6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dasselbe in Verbindung mit dem Kältespeieher-Umschalt-Wechselbetrieb für die Tiefkühlung des Gasgemisches durch den Kälteinhalt der Zerlegungsprodukte nach der österr. Patentschrift Nr. 120547 durchgeführt wird.
AT138743D 1933-02-01 1933-02-01 Verbundverfahren zum Zerlegen von Gasgemischen, insbesondere Luft. AT138743B (de)

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