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Luftaufbereitungsanlage
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deckt werden soll, muss die Menge der in der Luftaufbereitungsanlage erzeugten Kältemenge entsprechend vergrössert werden, so dass der Expansionsturbine natürlich eine entsprechend grössere Menge des Mediums zugeführt werden muss. Zur Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades der Anlage als Ganzes ist es wichtig, dass die Expansionsturbine unter Bedingungen arbeitet, die den höchsten Wirkungsgrad dieser Turbine ge- währleisten. Der Wirkungsgrad der Expansionsturbine ist jedoch von der Strömungsmenge und der Tempe- raturdifferenz abhängig. Dabei muss zur Schonung der Turbine eine übermässig grosse Temperaturdifferenz bei der Expansion vermieden werden.
In einer derartigen Luftaufbereitungsanlage wird ein Teil der ge- sättigten Luft dem unteren Teil eines Verbund-Fraktionierturmes entnommen und zur Kälteerzeugung mit auf relativ hoher Temperatur befindlicher Luft gemischt und der Expansionsturbine zugeführt. Als
Luft, die sich auf einer relativ hohen Temperatur befindet, wird einer Zwischenstufe des Regenerators entnommeneRohluft verwendet, die natürlich nur in begrenzten Mengen zur Verfügung steht. Wenn daher die Strömungsmenge zur Erzeugung einer grösseren Kältemenge vergrössert wird, muss dem unteren Teil des. Verbund-Fraktionierturmes eine grössere Luftmenge entnommen werden.
Dadurch wird die Temperatur des der Expansionsturbine zuzuführenden Mediums herabgesetzt, so dass deren Wirkungsgrad ebenfalls herabgesetzt wird und die Temperatur am Ausgang der Turbine beträchtlich sinkt, so dass das Medium kondensiert und eine zerstörende Wirkung auf die Turbine ausübt. Bei der Verwendung von in einer Luft- aufbereitungsanlage erzeugter Überschusskälte zur Deckung des Kältebedarfes einer andern Einrichtung haben sich in der Praxis Schwierigkeiten ergeben, so dass dieses Verfahren keine praktische Anwendung gefunden hat.
Durch die erfindungsgemässe Anlage wird dieses Problem gelöst. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Luftaufbereitungsanlage, bei welcher verflüssigte Luft verwendet und ein Medium, wie z. B. Stickstoff, zur Anwendung in einer weiteren Kälteverwertungsanlage erzeugt wird, bestehend aus einem Regenerator zur Aufnahme der zu behandelnden Luft, einem Fraktionierturm zur Aufnahme der gekühlten Luft aus dem Regenerator und aus einer Einrichtung zur Kühlung des erzeugten Mediums, in welchem Fraktionierturm die Luft in die sie bildenden Elementargase destilliert wird, sowie aus einer Expansionsturbine zur Erzeugung von Kälte, welche dadurch gekennzeichnet ist,
dass sie aus einem zwischen dem unteren kalten Ende eines Verbund-Fraktionierturmes und der mit ihrem Auslass mit dem oberen Ende des letzteren in Verbindung stehenden Expansionsturbine einerseits und im Gegenstrom hiezu zwischen dem warmen Ende- des Regenerators und einem im mittleren Bereich des Verbund-Fraktionier- turmes angeordneten Kondensators anderseits geschalteten Wärmetauscher, einem in der Leitung vom warmen Ende des Regenerators zum Wärmetauscher angeordneten, mit einem Weg mit der Leitung vom Wärmeaustauscher zum Kondensator in Verbindung stehenden Dreiwegventil, einer im mittleren Bereich des Regenerators zwischen dem Einlass der zu verflüssigenden Luft und deren Auslass vorgesehene Abzweigung nach der Leitung vom vorerwähnten Wärmeaustauscher zur Expansionsturbine und einem dem Kondensator nachgeschalteten,
im Gegenstrom zum aus dem oberen Ende des Verbund-Fraktionierturmes austretenden, über den Regenerator dem vorerwähnten Wärmeaustauscher zugeführten Gas befindlichen Unterkühler besteht, in welch letzterem das aus dem Kondensator strömende Gas weiter abgekühlt und einer weiteren Kälteverwertungseinrichtung, beispielsweise einem Waschturm, zugeführt wird.
Zum besseren Verständnis der Erfindung sei auf die Zeichnung Bezug genommen, deren einzige Figur schematisch eine erfindungsgemässe Anordnung zeigt.
In der Zeichnung ist 1 ein Reflektor, 2 ein Verbund-Fraktionierturm und 3 eine Expansionsturbine.
Dies sind die Hauptteile der Luftaufbereitungsanlage. Die Temperatur der verdichteten Rohluft wird in dem Regenerator 1 annähernd auf den Sättigungspunkt herabgesetzt. Dann wird die Luft dem unteren Teil 2'des Verbund-Fraktionierturmes 2 zugeführt, in dem sie einer groben fraktionierten Destillation unterworfen wird. Die beiden in dem unteren Teil des Fraktionierturmes abdestillierten Medien werden getrennt über Expansionsventile dem oberen Teil 2" des Verbund-Fraktionierturmes zugeführt, um dort auf einen höheren Reinheitsgrad fraktioniert zu werden. Zur Erzeugung der zur Unterstützung der fraktionierten Destillation in dem oberen Teil des Turmes erforderlichen Kälte wird dem unteren Ende des unteren Teiles 2'des Fraktionierturmes eine Teilluftmenge entnommen und über einen Wärmeaustauscher 6 der Expansionsturbine 3 zugeführt.
Nach Kälteerzeugung durch adiabetische Expansion wird diese Luft dem oberen Teil 2" des Fraktionierturmes zugeführt. Der dem oberen Teil des Fraktionierturmes entnommene Sauerstoff und Stickstoff strömen zur Kälteabgabe für sich getrennt durch den Regenerator und werden dann dem jeweiligen Verwendungszweck zugeführt.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel stellt nun den Fall dar, in dem die in der Luftaufbereitungsanlage erzeugte Kälte an ein Waschmedium für einen Gaswaschturm abgegeben wird, wie dies vorstehend erwähnt wurde. Das zu waschende Medium, beispielsweise ein Wasserstoffgas, das Verunreinigungen wie
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CO usw., enthält, wird dem unteren Teil des Gaswaschturmes 4 zugeführt und strömt in dem Turm aufwärts. Das Waschmedium, beispielsweise Flüssigstickstoff, wird dem oberen Teil des Waschturmes zugeführt und strömt in Form von Nebeltröpfchen in dem Turm abwärts.
Bei der Berührung zwischen den Verunreinigungen enthaltenden Wasserstoffgas und dem Flüssigkeitsstoff erfolgt zwischen ihnen ein Wärmetausch, so dass Verunreinigungen, welche relativ hohe Kondensationstemperaturen haben, kondensieren und von dem Wasserstoffgas getrennt werden. Der gereinigte Wasserstoff wird am oberen Ende des Waschturmes 4 abgegeben, während Stickstoff und Verunreinigungen am unteren Ende des Waschturmes 4 abgezogen werden.
Erfindungsgemäss wird nun das dem Regenerator 1 entnommene und wie nachstehend beschrieben behandelte Stickstoffgas zur Kühlung des dem Waschturm zuzuführenden Stickstoffgases verwendet. Das dem Regenerator 1 entnommene Stickstoffgas befindet sich unter fast atmosphärischem Druck und etwa auf Zimmertemperatur. Zunächst wird das Stickstoffgas in dem Verdichter 5 entsprechend verdichtet und einem Wärmetauscher 6 zugeführt, in dem der Stickstoff einem Wärmetausch mit der dem unteren Teil 2' des Fraktionierturmes entnommenen und zur Weiterleitung an die Expansionsturbine 3 bestimmten Teilluftmenge unterworfen wird, wobei der Stickstoff gekühlt und die Luft erwärmt wird.
Der von dem Wärmetauscher 6 austretende Stickstoff wird durch den Kondensator 7 geführt, der an einer auf einer tiefen Temperatur befindlichen Stelie des Fraktionierturmes angeordnet ist, so dass der Stickstoff weiter gekühlt wird. Im dargestellten Fall wird nicht das ganze Stickstoffgas durch den Wärmetauscher 6 geführt, sondern ein Teil davon direkt dem Kondensator 7 zugeführt. Die in dem Wärmetauscher getauschte Wärme wird durch Einstellung des Verhältnisses zwischen der Menge des durch den Wärmetauscher 6 geführten Stickstoffes und der Menge des restlichen, direkt dem Kondensator 7 des Fraktionierturmes zugeführten Stickstoffes mit Hilfe des Dreiwegventils 8 geregelt, welcher in der zum Wärmetauscher 6 führenden Leitung vorgesehen ist.
Das durch den Kondensator des Fraktionierturmes geführte Stickstoffgas erhält bereits eine
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wurde. Das unterkühlte Stickstoffgas wird dann dem Waschturm 4 zugeführt.
Das Gemisch der dem, unteren Ende des unteren Teiles 2'des Fraktionierturmes und der dem mittleren Teil des Regenerators l entnommenen Luftmengen wird der Expansionsturbine 3 zugeführt. Dabei muss dem unteren Ende des unteren Teiles des Fraktionierturmes eine grössere als die für die Expansionsturbine befestigte Luftmenge entnommen werden, damit eine Kälteabgabe an eine andere Einrichtung, hier den Waschturm 4, erfolgen kann. Daher kann das zur Aufrechterhaltung der gewünschten Temperatur des der Expansionsturbine 3 zuzuführenden Mediums erforderliche Mischungsverhältnis der Luft nicht eingehalten werden, so dass die Expansionsturbine mit niedrigem Wirkungsgrad arbeiten würde oder andere Nachteile, wie vorstehend beschrieben, auftreten würden.
Der erfindungsgemäss vorgesehene Wärmetauscher 6 wirkt jedoch als eine Einrichtung zur Regelung der Temperatur des der Expansionsturbine zuzuführenden Mediums, so dass die Temperatur dieses Mediums auf dem gewünschten Wert gehalten werden kann, selbst wenn das Verhältnis zwischen dem Fraktionierturm und dem Regenerator entnommenen Luftmengen ver- ändert wird. Die an eine andere Einrichtung, beispielsweise den Waschturm 4 abzugebende Kältemenge ist der Menge des kalten Mediums, nämlich des Stickstoffgases proportional, so dass eine bestimmte Beziehung zwischen der in-dem Wärmetauscher 6 getauschten Wärme und der dem Fraktionierturm entnommenen, der abgegebenen Kältemenge proportionalen Luftmenge besteht.
Auf diese Weise wird die Temperatur des Mediums am Eintritt der Expansionsturbine trotz Schwankungen der an eine andere Einrichtung
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ten und auch das Wärmegleichgewicht durch die Abgabe von Kälte an andere Einrichtungen nicht gestört wird und ein äusserst stabiles Wärmegleichgewicht aufrecht erhalten werden kann. Erfindungsgemäss kann daher in der Luftaufbereitungsanlage erzeugte Kälte ohne weiteres an eine andere Einrichtung abgegeben werden, wobei die ganze Einrichtung vereinfacht und ein hoher Wirkungsgrad der Gesamtanlage erzielt wird.