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Verfahren zur Zerlegung von Luft und ähnlichen Gasgemischen.
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Druck, bei welchem sie gebildet wird, erreicht nämlich die an Saueistoff reiche Flüssigkeit einen höheren Anreicherungsgrad, da es wohl bekannt ist, dass, je niedriger der Druck ist, desto grösser der Sauerstoffgehalt der im Gleichgewicht mit der Luft befindlichen Flüssigkeit ist.
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wird an einem Beispiel durch die anliegende Zeichnung schematisch erläutert.
Nach dieser Zeichnung tritt das zu zerlegende Gasgemisch, z. B. Luft, durch die Leitung 1 in die Vorrichtung ein und geht durch einen Ventilator 2 in die Leitung 3, die sich in die Leitungen 4 und 5 verzweigt. Ein ganz kleiner Teil der Luft geht durch die Leitung 5 und den Kompressor 6, wo er verdichtet und durch die Leitung 7 einem Verflüssiger 8 zugeführt wird. Ein Teil der Luft. verlässt den Verflüssiger in mittlerer Höhe durch die Leitung 9 und tritt. in eine Entspannungsvorriehtung 10 ein, wo sie unter Leistung äusserer Arbeit entspannt wird. Die Luft verlässt die Entspannungsvorrichtung und tritt durch eine Leitung 11 von neuem in den Verflüssiger 8 ein.
Nachdem sie den Verflüssiger im Gegenstrom zu der eintretenden komprimierten Luft durchstrichen hat, fliesst sie durch eine Leitung 12 und vereinigt sich wieder mit einem andern Teil der Luft des Ventilators. Der andere Teil der komprimierten Luft setzt seinen Weg durch den Verflüssiger 8 fort, wo er verdichtet wird und im flüssigen Zustande durch die Leitung 13 weitergeht, um zugleich mit der kalten Luft des Austauschers 31 am Boden der Rektifizier- kolonne 14 eingeführt zu werden.
Der Teil der Luft, der durch die Leitung 4 geht, wird geteilt : ein Teil geht durch die Leitung 15 und der Rest durch die Leitung 16. Aus der Leitung 16 tritt die Luft in den Kompressor 17, in welchem sie auf den Druck komprimiert wird, der notwendig ist für die Verdichtung in den Rohren des ersten Rohrverdiohters, der hierunter beschrieben wird. Die komprimierte Luft verlässt den Kompressor durch die Leitung 18 und wird von neuem geteilt, indem ein Teil durch die Leitung 19 und das Ventil 19 a geht, während der andere Teil durch die Leitung 20 und das Ventil 21 geht. Dieser letzte Teil tritt in einen Wärmeaustauscher 22, in dessen Innerem er durch den abgeschiedenen gasförmigen Sauerstoff gekühlt wird.
Dieser Teil der komprimierten und gekühlten Luft verlässt den Austauscher 22 durch eine Leitung 23 und-tritt unten in die Rektifizierkolonne-M durch die Leitung 24 ein.
Der Teil der Luft, der in die Leitung gelangt, geht durch das Ventil 25 und die Leitung 26 und tritt nach Zufügung der Luft aus der Leitung 12 in einen Temperaturaustauscher 27 ein, wo er durch
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die Leitung 28 und tritt in einen Wärmeaustauscher 29 ein, wo sie von neuem durch die Gesamtmenge des unmittelbar aus der Rekitifizierkolonne 14 kommenden Stickstoffs gekühlt wird. Von dem Austauscher 29 geht diese Luft durch die Leitung 30 und tritt in einer mittleren-Höhe'in die Hauptrektifizierkolonne ein. Der Teil der Luft aus dem Kompressor 17, der in die Leitung 19 geht, wird in einem Temperaturaustauscher 31 durch einen Teil des gasförmigen Stickstoffs gekühlt.
Dieser gekühlte Teil von Luft geht durch eine Leitung 32, dann durch die Leitung 33, wo sie mit der flüssigen, aus der Leitung 13- kommenden Luft vereinigt wird. Die gekühlte und die flüssige Luft fliessen durch die Leitung 33 nach der Leitung-24, wo sie sich mit dem Teil der komprimierten und gekühlten Luft des Austauschers 22 vereinigen, und von da durch die Leitung 24 in den unteren Teil der Rektifizierkolonne 14.
Eine Zwischenwand 34 teilt in der Rektifizierkolonne 14 einen Raum 35 ab, der mit einem Verdichterverdampfer 36 in Verbindung steht. Die komprimierte und abgekühlte Luft, die in den Raum 35 eintritt, wird teilweise in dem Rohrverdampfer 36 durch den die Rohre umgebenden flüssigen Sauerstoff verflüssigt. Der durch die Rohre 37 aufsteigende Dampf des Verdampfers 36 verlässt dessen oberen Teil durch eine Leitung 38 und geht in den unteren Teil eines zweiten Verdichters 39. Während das Gasgemisch durch die Rohre 40- des Rückführungsverdichters 39 aufsteigt, unterliegt es einer auswählenden Verflüssigung und infolgedessen einer- Abscheidung des weniger flüchtigen Bestandteiles, des Sauerstoffs.
Die aus dem Rückführungsapparat kommende Flüssigkeit geht durch eine Leitung 41'und das Druckminderventil 42 nach dem oberen Teil der Rektifizierkolonne, u. zw. in einer Höhe über der Stelle, wo die im unteren Teil des ersten Rohrverdichters 36 erzeugte angereicherte Flüssigkeit eintritt. Nicht verdichteter Stickstoff von grosser Reinheit. verlässt den oberen Teil des zweiten Rohrverdichters 39 durch eine Leitung 43 und geht in einen dritten Verdichter 44, in welchem er gänzlich durch mittelbare Berührung mit dem flüssigen Sauerstoff verflüssigt wird, der bei einem Druck unter dem atmosphärischen rings um die Rohre 45 des Verdichters 44 verdampft.
Der Stickstoff, der sich am Boden des Verdichters 44 verdichtet, wird durch die Leitung 46 und das Druckminderventil-47 nach-dem oberen Teil des Hauptrektifizierapparates geleitet, u. zw. an einer Stelle oberhalb des Eintrittes der Rückflussflüssigkeit des zweiten Verdichters 39. Die Flüssigkeit fliesst nach unten auf die Gruppe von Platten 48, 49 und 50 und unterliegt der Rektifizierung mit dem Ergebnis, dass der flüchtigste von den Bestandteilen, der Stickstoff, abgeschieden wird und sich schliesslich am Boden des Behälters 51, wo der Sauerstoff die Rohre 37 umgibt, eine Flüssigkeit anhäuft, die aus dem am wenigsten flüchtigen Bestandteil, dem Sauerstoff, besteht.
Der flüssige Sauerstoff wird durch die Leitung 52 und das Ventil 53 abgezogen und tritt in den unteren Teil des Verdichters 44, wo er unter Luftleere verdampft wird, um die Dämpfe von sehr reinem
Stickstoff in den Rohren 45 zu verdichten. Der rein gasförmige Sauerstoff verlässt den dritten Verdichter 44 durch die Leitung 54, geht durch den Temperaturaustauscher 22, wo er einen Teil der nicht abgeschiedenen
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komprimieiten Luft abkühlt, und verlässt die Vorrichtung durch die Leitung 55, die Vakuumpumpe 56 und die Leitung 57.
Die Flüssigkeit, die sich am Boden des Behälters 35 als Ergebnis der auswählenden Verdichtung in dem Rohrverdampfer 36 ansammelt, enthält eine Menge Sauerstoff, die soviel wie möglich gleich ist dem Gehalt der Flüssigkeit, die sich im Phasengleichgewicht mit der durch die Leitung 24 eintretenden Luft befindet. Diese angereicherte Flüssigkeit wird durch die Leitung 58 abgezogen und tritt in einen Temperaturaustauscher 59, in welchen sie durch den kalten, von dem Austauscher 29 herkommenden Stickstoff gekühlt wird.
Die angereicherte Flüssigkeit verlässt sodann den Austauscher 59 durch die Leitung 60 und das Druckminderventil 61, um in die Hauptrektifizierkolonne in einer mittleren Höhe einzutreten, die über derjenigen liegt, in welcher die zusätzliche nicht komprimierte Luft ankommt, und unterhalb derjenigen, in welcher die Rüekflussflüssigkeit des Verdichters 39 zugegeben wird. Der Stickstoff wird aus dem oberen Teil der Rektifizierkolonne durch eine Leitung 62 abgezogen und geht zunächst durch den Austauscher 29, wo er die unter schwachem Druck durch die Leitung 28 eintretende Luft abkühlt, und sodann durch die Leitung 63 und den Austauscher 59, wo er den angereicherten Sauerstoff des unteren Teiles der Kolonne abkühlt. Der Stickstoff verlässt den Austauscher 59 durch eine Leitung 64 und wird in zwei Teile geteilt.
Ein Teil geht durch eine Leitung 65 zum Austauscher 31, wo er einen Teil der eintretenden komprimierten Luft abkühlt, und verlässt sodann die Vorrichtung durch eine Leitung 66 und ein Ventil 67. Der andere Teil tritt durch eine Leitung 68 in den Austauscher 27 und kühlt den Teil der nicht komprimierten Luft ab, der durch die Leitung 26 eintritt, und den durch die Leitung 12 eintretenden Teil. Er verlässt sodann die Vorrichtung durch eine Leitung 69 und das Ventil 70.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Zerlegung von Luft und ähnlichen Gasgemischen in ihre Bestandteile durch Teilverflüssigung der Luft und Rektifikation mit nachfolgender Verflüssigung des rückständigen gasförmigen Stickstoffs, und sodann durch Rektifizierung der flüssigen Produkte, wobei der endliche flüssige Sauerstoff durch seine Verdampfung dazu dient, den rückständigen Stickstoff von der Teilverflüssigung zu verflüssigen, dadurch gekennzeichnet, dass man diese Verdampfung unter einem Druck vornimmt, der unter dem Druck des zur Rektifikation der flüssigen Produkte dienenden Sauerstoffes liegt.