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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.