Verfahren zum Verflüssigen und Trennen von Gasgemischen. Die bisher bekannt gewordenen Verfahren zur Rektifikation von Gasgemischen. wie Luft, Wasserglas oder dergleichen. gehen von der Voraussetzung aus, daf@ zur Durchführung der Trennung wenigstens eine Temperatur von -191 an der kältesten Stelle des Sauer- stofftrennungsapparates erforderlich ist, so dass für die Rektifikation nur ein Temperatur interwall von (-182-- (-191), beziehungs weise von (-182-(-193) oder im Vakuum höchstens von (--182 -(19b), d. h. von 9 bis höchstens 14' verfügbar ist.
Der bisherige Stand der Wissenschaft und der Technik hat es nicht als möglich erscheinen lassen, diese Grenzen bei der Sauerstoff- und Stickstoff gewinnung aus flüssiger Luft zu überschreiten.
Die Temperaturen bedingen aber bei der Rektifikation, gleichgültig, ob dieselbe durch die Rektifikation im engere Sinne oder durch sogenannte mehrfache fraktionierte Destil lation bewirkt wird, den nicht zu unter- schützenden Nachteil, dass die zu bewältigen den Volumina für Atmosphärendruck,
sowie auch für geringen Unterdruck sehr gross und daher auch Kälteverluste < lttt-cli Wärmeauf- nahme durch die Wandungen des T'emperatur- gefässes hindurch verhältnismässig bedeutend werden und sogar bis zu 20-25 ,'o ansteigen.
Ausserdem wird die Apparatur recht gross und teuer, was insbesondere für Anlagen kleiner Leistungen die Trennung unwirtschaft lich gestaltet.
Ferner ist auch für den thermodynamischen Wirkungsgrad dieser Verfahren der Umstand, dass man zu tiefen Temperaturen bis -191 und darunter hinabgehen muss, recht ungün stig und für den Dauerbetrieb bekanntlich recht störend.
Nach vorliegender Erfindung sollen diese Nachteile dadurch vermieden werden, dass die Trennung zurr Beispiel durch Rektifikation oder fraktionierte Destillation, bei Oberdruck und dementsprechend kleinem spezifischen Volumen des Gasgemisches in einer Tren nungskolonne vollständig durchgeführt wird.
Hierdurch unterscheidet sich das vor liegende Verfahren von den bekannten Tren nungsverfahren in zwei Stufen, bei denen es sich in der ersten Stufe um eine teilweise Trennung der Luft unter Druck und in der zweiten Stufe um eine vollkommene Trennung des auf Atmosphärendruck entspannten rest lichen Bestandteiles der Luft handelt. Nur für den letzteren Teil findet die Abkühlung der Luft unter dein Siedepunkt des Stick stoffes statt. Es handelt sich in diesen zwei Stufen um die endgültige Trennung von Luft bei einer niedrigsten Temperatur, die untei,- halb von -19l" liegt.
Zum Unterschied von den bekannten Verfahren handelt es sich hier nicht um die Unterkühlung mittelst flüssigen Stickstoffes oder verflüssigter Luft allein, sondern lediglich uni die Unterkühlung mit- telst kalter reiner (rase oder Dämpfe, oder eines Gemisches solcher Gase oder Dämpfe mit Flüssigkeit, also zum Beispiel bei der Trennung der Luft, um Unterkühlung mittelst mit Flüssigkeit gemischter Sauerstoff- und Stickstoffdämpfe.
Die Kühlung mittelst flüs siger Luft oder flüssigem Stickstoff allein erfordert mehr Energie als die Kühlung mit- telst entspannter (xase und beigemischter Flüssigkeit. Die entspannten Gase können durch ihre Entspannung eine Temperatur er halten, welche je nach dem Druck, auf wel chen die Entspannung erfolgt, bis auf -<B>196</B> oder darunter sinken kann, während die Flüs sigkeitskühlung an die Siedetemperatur bei Atmosphärendruck gebunden ist.
Nach dem neuen Verfahren kann die Sauerstoff- und - Stickstoff -Gewinnung arrs atmosphärischer Luft so durchgeführt werden, dass dabei beispielsweise die tiefste Tempera tur vom Innern der Trennungsvorrichtung -170 nicht unterschreitet.
Diese Tempera tur entspricht einer Spannung des Stickstoff- dampfes von zirka 15 Atmosphären. Der Siede punkt des Sauerstoffes liegt für 15 Atino- sphä.ren bei zirka -140 . Man erhält auf diese Weise ein Nutztemperaturgefälle von zirka 170 -1d0 - 30 .
Die vorstehende Temperaturerhöhung von -191 auf -170 hat aber ausserdem noch die neue technische Wirkung, dass der Stick stoffdampf für die Gewichtseinheit bedeutend weniger Sauerstoff gesättigt aufnimmt, als bei den niedrigen Temperaturen und Spannun- gen der älteren Verfahren.
Man hat es bei dem vorliegenden Ver fahren sogar in der Hand, den Sättigungs grad des unter Druck stehenden Stickstoff dampfes an Sauerstoff beliebig klein dadurch zu machen, dass man in einiger Entfernung vor der Stelle, an welcher der Stickstoff ab geführt werden soll, durch besondere Kühl elemente, an welchen der Stickstoffdampf vorüberströmt, eine teilweise starke Unter kühlung desselben unter<B>-1701</B> vornimmt und dadurch die letzten Spuren des Sauer stoffes niederschlägt und daraus fortnimmt.
Mit andern Worten soll dies heissen, dass be kannte, für tiefe Temperaturen und Unter druck bestimmte Verfahren auf höhere Drücke und Temperaturen übertragen und im vor liegenden Verfahren angewendet werden, zum Beispiel zur Entfernung der letzten Spuren des Sauerstoffes ini Stickstoffdampf, wobei der Sauerstoff gewissermassen daraus aas gesiebt wird und weiter zurück in die Tren- nungsvorrichtung fortgeleitet werden kann.
Die wissenschaftliche (Trundlage des neuen Arbeitsverfahrens beruht auf der vom Erfin der gefundenen Tatsache, da(2', gasförmiger Stickstoff bei gleicher Temperatur in der Volumeinheit immer nur dieselbe Menge ge sättigten Sauerstoff aufzunehmen vermag; ganz gleich, unter welchem Druck der Stickstoff steht.
Aus Analogien über die Sättigung der Luft mit Wasserdampf, bei verschiedenen Drücken und au, dem Gesetz der Partial volumina hat der Annielder nämlich gefunden, dass auch für (Teenische von Stickstoff- und Sauerstoffdampf die gleiche Beziehung be steht wie für Wasserdampf.
Bei der vorliegenden F,r,findring lzairn zwecl@- mässig die im Schweiz. Patent f>5414 beschrie bene Trennung durch abwechselnde Konden sation und Verdampfung durchgeführt werden.
Ein Ausführungsbeispiel einer zur Durch führung des vorliegenden Verfahrens dienen den Trennungskolof)ne ist irr der Zeichnung schematisch dargestellt. Aus einem nicht ge zeichneten Reiniger strömt die hochgespannte Frischluft durch einen Wärnreaustauscher, in dem dieselbe in bekannter Weise vorgekühlt und teilweise verflüssigt wird.
Vor Eintritt in die Trennungskolonne a wird die hochge- spannte Frischluft durch Ventil g nahezu auf den Cberdi#uek entspannt, welcher in der Welonne a- herrscht,
und strömt zwecks wei terer Abkühlung und gleichzeitiger Beheizung von in d befindlicher Flüssigkeit durch eiere Heizspirale f und aus dieser durch eine Lei tun- f ' in den mittleren Teil der Kolonne a. Die kalten Dämpfe steigen von diesem Teil in den obern Teil der Kolonne a auf,
wäh rend die gebildete Flüssigkeit nach dem Bo den d der Kolonne a hinabsinkt. Auf diesem Wege erfolgt in bekannter Weise durch Sauer- stoffdiittipfe, welche im untern Teile durch Beheizung erzeugt werden und nach oben steigen, die Rektifikation der herabfliessenden Flüssigkeit. indem letztere ihren Stickstoff gegen Sauerstoffdämpfe austauscht.
Inn Dauer betriebe sammelt sieh seliliel,ilich in d ledig lich reiner flüssiger Sauerstoff an, welcher durch Leitring h; in der eire Drosselventil z -in geordnet ist, irr einen Sauerstoffvergaser e t;(@leitet wird.
Die in den obern Teil der Kolonne a auf- @teigendcn stickstoffreichen Dämpfe werden durch Kühlschlangen b und c so stark unter- kühlt. dass sich ein Teil derselben an den Arrhenwandungen von b und c verflüssigt.
Die gebildete Flüssigkeit enthält, da sieh Sauerstoff leichter als Stickstoff verflüssigt, verhältnismässig mehr von dein in den auf steigenden Diinpfen enthaltenden Sauerstoff als von dein Stickstof. 1)i:
3 Folge davon ist bekanntlich, dass ini obersten Teil von a. schliel.',lich nahezu reiner Stickstoff erhalten wird, der durch eitre L nigangsleitung ein die Verflüssigungsspirale h' gelangt.
Dort wird durch die Kühlwirkung des in r unter etwa Atniosphärendrtiek verdampfenden flüssigen Sauerstoffes eine entsprechende Menge Stick- stoff verflüssigt und durch Ventil k in die Verdampfer- oder Kühlschlange b entspannt und durch den nicht gezeichneten Wä rnneaus- tauscher
abgeführt. Wesentlich für die gleieli- zeitige Trennung in Sauerstoff und Stickstoff ist, dah von der Frischluft in der Heiz schlange f nur ein kleiner Teil verflüssigt wird,
damit beim Eintritt der Frischluft in den mittleren Teil der Kolonne a die auf steigenden Dämpfe noch genügend Sauerstoff zum Austausch mit denn an den Kühlbclilati- gen b und c aussen sich bildenden flüssige n Stickstoff besitzen. In welcher Vorin sonst die Trennung erfolgt, ist nicht von Belang.
Die kondensierte Flüssigkeit und die kühlen dem Dämpfe siri;inen im Gegensatz zu der bisher gebräuchlichem Arbeitsweise in glei cher Richtung, und zwar zweckmässig mehr fach unterteilt, also ein i.#leichsironi;
denn das Kondensat, das im obern Teil des Tren- nuingsranmes a oder überhaupt im Trennungs- raum an den von den expandierten kalten Dämpfen gekühlten Kühlelementen b und c sieh verflüssigt, flielät an dein Aussenflächen dieser, infolge seines höheren spezifischen Gewichtes herab:
das Kondensat fliesst. also in gleicher Richtung wie die Dämpfe inner halb der Kühlleitungen b und _r. Die Tren nung wird in einem Arbeitsgang in der Tren nungskolonne bewirkt. Weder der in der Kühlschlange b' gebildete flüssige Stickstoff,
noch der aus dein untern Teil<I>d</I> der Kolonne a durelr Leitung h und Ventil i hindureli nach dein Sauerstoffverdampfer r, geführte flüssige Sauerstoff, welcher in Dampfform durch die Kühlleitung c hindurchströmt, werden in das Innere der Kolonne a eingeführt.
Das be- schriebene Verfahren ei-niüglicht es bei jedem Druck für Trennungsrauen, den Sauerstoff und den Stickstoff technisch rein zti erhalten.
Der Druck kann bis zum kritischen Druck des Stickstoffes oder des Sauerstoffes gesteigert werden, ohne da1', das Verfahren gestört wird.
Man erhält in dein Boden der Kolonne a bei d reinen flüssigen Sauerstoff und ein oberer Teil reinen Stickstoff, dessen Danipfwärnie nach Austritt aus < lern Treiirei# ini Gegen- strom tun Verfahren nutzbar gemacht wird.
Die vorliegende Arbeitsweise gestattet ohne weiteres die Vereinigung jedes beliebigen Luftverflüssigungsvurfahrens finit der Tren- nungskolonne in der Weise, da( man vor dein Eintritt der frischen Druckluft in die untere Verflüssigungsspirale f' entweder das erwähnte Entspannungsventil g (Drosselvor richtung)
oder eine Entspannungsmaschine ein- schaltet und hierdurch beim Entspannen auf den Druck der Verflüssigririgsspirale die Er satzkälte zum Dauerbetrieb der Anlage er zeugt. Die aus der Kolonne a austretenden kalten Dämpfe oder Gase geben für Gegen strom ihre Kälte an das frische Druckmittel in bekannter Weise ab.