DE1003239B - Anlage mit einer Kuehlmaschine zum Trennen von Gasgemischen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich, auf eine Anlage mit einer Kaltgas-Kühlmaschine zum Trennen; von Gasgemischen, Eine bekannte Einrichtung dieser Art hat eine Gastrennkolonne, und die aus der Kolonne entweichende Fraktion mit dem niedrigsten Siedepunkt wird mittels einer Kaltgas-Kühlmaschine kondensiert. Ein Teil des Kondensats wird als Waschflüssigkeit der Kolonne zugeführt und ein anderer Teil wird als erhaltenes Produkt aus der Anlage abgeführt.

Dabei soll unter einer Kaltgas-Kühlmaschine eine sogenannte, nach dem umgekehrten Heißgasmotorprinzip arbeitende Kühlmaschine verstanden werden,. Solche Maschinen haben mindestens zwei Räume, deren Volumen, mittels kolbenartiger Körper veränderlich sind. Diese Räume mit veränderlichen Volumen, stehen durch einen ersten Wärmeaustauscher, einen Regenerator und einen zweiten, Wärmeaustauscher miteinander in Verbindung. In dem durch die Räume mit veränderlichen Volumen, die Wärmeaustauscher und den Regenerator gebildeten, Arbeiteraum der Maschine vollführt das Gas, das sich stets in demselben Aggregationszustand befindet, einen geschlossenen thermodynamischen Kreislauf. In einem Wärmeaustauscher, dem Gefrierer, wird dem Gas dabei Wärme zugesetzt, die dem zu kühlenden Mittel entzogen, wird. In dem anderen Wärmeaustauscher, dem Kühler, wird dem Gas durch ein, Kühlmittel, z. B. Wasser oder Luft, Wärme entzogen.

Als Gas wird in diesen. Maschinen oft Luft, Wasserstoff oder Helium verwendet in Abhängigkeit von der Temperatur, bei der die Kühlmaschine Kälte erzeugen soll.

Bekanntlich können diese Maschinen, auf verschiedene Weise ausgebildet werden, z. B. als Verdrängermaschine, als doppelt wirkende Maschine, als eine Maschine, deren Zylinder einen Winkel einschließen oder als eine Maschine, deren Arbeitsraum mit dem eines Heißgasmotors kombiniert ist.

Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß die Kühlmaschine auch bei anderen Anlagen, zum Trennen von Gasgemischen erfolgreich angewandt werden kann.

Gemäß der Erfindung ist die Einrichtung mit einem als Dephlegmator ausgebildeten Wärmeaustauscher versehen, in, dem das Gasgemisch in Fraktionen getrennt wird und dem mittels der Kaltgas-Kühlmaschine Wärme entzogen wird.

Unter einem Dephlegmator wird dabei ein Wärmeaustauscher verstanden, der mit einer Wand versehen ist, der Wärme entzogen wird, wodurch das Gasgemisch teilweise kondensiert, wobei das erzeugte Kondensat mit dem zugeführten Gasgemisch in Berührung ist.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann sich eine einfache Bauart dadurch ergeben, daß der Anlage mit einer Kühlmaschine
zum Trennen von Gasgemischen

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Zoepke, Patentanwalt,
München 5, Erhardtstr. 11

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 3. November 1954

Jacobus Albertus Louisa Ijzer, Eindhoven

(Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

Gefrierer der Kühlmaschine als Dephlegmator ausgebildet ist.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung steht der Wärmeaustauscher durch ein die Wärme übertragendes Zwischenmittel mit der Kühlmaschine in thermischem Kontakt. Als die Wärme übertragendes Zwischenmittel kann z. B. Stickstoff verwendet werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird dem Wärmeaustauscher die Wärme im wesentlichen, auf der kältesten Seite entzogen.

Wenn bei einer weiteren, Ausführungsform der Erfindung der Wärmeaustauscher . mit einem wärmeleitenden Element versehen ist, das mit dem Kopf der Kaltgas-Kühlmaschine verbunden ist, kann von diesem Element unmittelbar Wärme zur Kaltgas-Kühlmaschine abgeführt werden.

Wenn, die Anlage mit einem Dephlegmator versehen ist, in dem Luft in Fraktionen getrennt wird, könnte als Flüssigkeit ein Gemisch aus etwa 50% Sauerstoff und etwa 50% Stickstoff erzeugt werden, während außerdem praktisch reiner Stickstoff als Gas zurückbleibt. Gemäß der Erfindung kann die Flüssigkeit in einer Gastrennkolonne weiter in reinere Fraktionen getrennt werden. Dabei kann eine sehr einfach konstruierte Kolonne erfolgreich verwendet werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Gastrennkolonne als halbe Kolonne ausgebildet. Es soll dabei unter einer halben Kolonne eine Kolonne verstanden werden, bei der das zu trennende Gasgemisch am oberen Ende in die Kolonne eingeführt

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baispiel ζ. B. Luft, in Fraktionen getrennt wird. Dabei entsteht am oberen Ende des Dephlegmators praktisch reiner Stickstoff, während außerdem am unteren Ende eine sauerstoffhaltige Flüssigkeit erzeugt wird. 5 Diese Flüssigkeit wird, unter vorteilhaften Umständen, etwa 50% Sauerstoff enthalten,. Der im Dephlegmator erzeugte Stickstoff wird durch eine Leitung 25, die sich an den. Wärmeaustauscher 24 anschließt und weiter einen Ventilator 26 besitzt, aus

und eine der Fraktionen am. oberen Ende abgeführt
wird.

Bei Verwendung der vorerwähnten Kolonne entweicht am oberen Ende ein Gasgemisch, das noch eine
gewisse Menge der Komponente mit dem höheren
Siedepunkt besitzt. Bei einer Ausführungsform der
Erfindung wird die am oberen Ende aus der Kolonne
austretende Fraktion wieder dem Dephlegmator zugeführt.

Die Einrichtung nach der Erfindung kann, auch er- io der Anlage abgeführt.

folgreich zum Trennen anderer Gasgemische als Luft Die im Dephlegmator erzeugte Flüssigkeit wird

verwendet werden, Es ist wichtig, daß die Siede- durch eine Leitung 27 zum oberen, Ende der Kolonne temperaturen der Komponenten verhältnismäßig große 22 geführt. Diese Kolonne kann mit Füllmaterial, Unterschiede aufweisen. Die Anlage kann z. B. ver- z. B. Sätteln oder Raschigringen, ausgefüllt sein, kann wendet werden, wenn Wasserstoff aus Leuchtgas ge- 15 jedoch auch mit Schüsseln versehen, sein. In der Kotrennt werden soll. lonne wird die sauerstoffreiche Flüssigkeit weiter in Die Erfindung wird an Hand zweier Ausführungs- Fraktionen getrennt, wobei sich am oberen Ende der beispiele näher erläutert. Kolonne ein, stickstoffreiches Gasgemisch sammelt. Fig. 1 zeigt eine Anlage, bei der der Dephlegmator Dieses stickstoffreiche Gasgemisch kann entweder unmittelbar mit dem Kopf der Kaltgas-Kühlmaschine 20 durch eine Leitung 28 zum Wärmeaustauscher 24 gein thermischer Berührung ist, während die erzeugte führt werden, wo es gemeinsam mit dem im Dephleg-Flüssigkeit durch eine halbe Kolonne weiter in Frak- mator erzeugten Stickstoff die zu trennende Luft abtionen getrennt wird; in kühlt, oder durch eine Leitung 29 und eine Leitung 19 Fig. 2 ist der Dephlegmator in einem gewissen Ab- zur Kaltgas-Kühlmaschine geführt werden, wo es im stand von der Kühlmaschine angeordnet, und mittels 25 Dephlegmator in Fraktionen, getrennt wird. Die Abeines die Wärme übertragenden Zwischenmittels wird führungsleitung 28 besitzt noch einen Ventilator 30, dem Dephlegmator Wärme entzogen. der das Gasgemisch aus der Kolonne saugen kann.

Fig. 1 zeigt eine Anlage mit einer Kaltgas-Kühl- Fig. 2 zeigt eine Kaltgas-Kühlmaschine 31 in

maschine 1. Diese Kaltgas-Kühlmaschine hat einen Außenansicht. Diese Maschine, ähnlich wie die Ma-Zylinder 2, in dem ein Verdränger 3 und ein Kolben 430 schine nach Fig. 1, kann als Verdrängermaschine aussieh mit nahezu konstantem Phasenunterschied auf- gebildet sein. Es kann jedoch auch eine andere Art und abbewegen. Dazu ist der Verdränger 3 mittels von Kühlmaschinen, z. B. eine doppelt wirkende Maeines Triebstangenmechanismus 5 mit einer Kurbel schine, verwendet werden, die also mehrere nebenr einer Kurbelwelle 6 gekuppelt, während der Kolben 4 einander angeordnete Zylinder besitzt. Die Kühlmittels eines Triebstangenmechanismus 7 mit einer 35 maschine hat einen Kondensraum 32, der mit einer anderen Kurbel derselben Kurbelwelle gekuppelt ist. Abführungsleitung 33 versehen ist. Diese Abführungs-Die Kaltgas-Kühlmaschine wird mittels eines Motors, leitung führt zu einem Raum 34 und von diesem Raum z. B. eines Elektromotors 8, angetrieben. Der Ver- durch eine Leitung 35 zurück zu der Kaltgas-Kühldränger 3 beinfiußt das Volumen eines Raumes 9, der maschine. Die Leitung 33 hat eine Flüssigkeitspumpe über einen ersten Wärmeaustauscher 10, einen Rege- 40 36. In dem vorstehend geschilderten Leitungssystem nerator 11 und einen zweiten Wärmeaustauscher 12 kann ein die Wärme übertragendes Zwischenmittel, mit einem Raum 13 in Verbindung steht. In der Kühl- z. B. Stickstoff, umlaufen. Dieser Stickstoff wird im maschine vollführt ein Gasmittel einen geschlossenen Kondensraum 32 kondensiert und die auf diese Weise thermodynamischen Kreislauf, wobei es stets in dem- erzeugte Flüssigkeit wird mittels der Pumpe 36 zu selben Aggregationszustand bleibt. Als Mittel kann 45 dem Raum 34 geführt, in dem die Flüssigkeit verz. B. Luft, oder wenn sehr niedrige Temperaturen er- dampft, während das erzeugte Gas durch die Leitung reicht werden sollen, Wasserstoff oder Helium dienen. 35 zur Kaltgas-Kühlmaschine zurückströmt. Der Im vorliegenden Falle, bei dem die Kühlmaschine auf Raum 34 hat am unteren Ende ein Rohr 37, das auf etwa —187° arbeiten soll, kann Wasserstoff ver- der Außenseite mit sich in senkrechter Richtung erwendet werden. Der Raum 9 ist der Raum mit nie- 50 streckenden Rippen 38 versehen und von einem Rohr driger Temperatur, und auch der erste Wärmeaus- 39 umgeben ist. Am unteren Ende des auf diese Weise tauscher 10 hat eine niedrige Temperatur und wird gebildeten Wärmeaustauschers, der als Dephlegmator daher meistens Gefrierer genannt. Der Wärmeaus- arbeiten kann, befinden sich ein Sammelraum 40 für tauscher 12 wird im allgemeinen als Kühler bezeichnet, die erzeugte Flüssigkeit mit einer Abführungsleitung und der Raum 13 ist der Raum mit höherer Tempe- 55 41 und einem Flüssigkeitsverschluß 42 und eine Zuratur. Der Gefrierer 10 trägt auf der Außenseite Rip- führungsleitung 43 für das zu trennende Gasgemisch, pen 14, die sich in dem Kondensraum 15 befinden. Der Am oberen Ende hat der Dephlegmator eine Abfüh-Kopf der Kaltgas-Kühlmaschine hat ein Element 16 rungsleitung 44 mit einem Ventilator 45. Das Gasaus die Wärme gut leitendem Material, das auf der gemisch, das dem Dephlegmator zugeführt wird, wird oberen Seite mit einem Zylinder 17 in thermischer 60 darin in Fraktionen getrennt. Wird z. B. Leuchtgas Berührung ist, der mit sich in lotrechter Richtung er- getrennt, um Wasserstoff zu erhalten, so wird eine streckenden Rippen 18 versehen ist. Flüssigkeit erzeugt, die im wesentlichen CO—CH₄

Der Kondensraum hat eine Zuführungsleitung 19, enthält. Diese Flüssigkeit wird am unteren Ende des die mit einem Wärmeaustauscher 20 verbunden ist. Dephlegmators abgeführt. Am oberen Ende sammelt Dieser Wärmeaustauscher 20 liegt in einem Koch- 65 sich Wasserstoff, der durch die Leitung 44 abgeführt gefäß 21 einer Halbkolonne 22. An den Wärmeaus- werden kann. tauscher 20 schließt eine Leitung 23 an, die einen
Wärmeaustauscher 24 enthält. Der Zylinder 17 mit
den Rippen 18 dient als Dephlegmator, in dem das zu
trennende Gasgemisch, -■ bei diesem Ausführungs- 70

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Eine Kaltgas-Kühlmaschine enthaltende Einrichtung zum Trennen von Gasgemischen·, dadurch

gekennzeichnet, daß die Einrichtung mit einem als Dephlegmator ausgebildeten Wärmeaustauscher versehen ist, in dem das Gasgemisch in Fraktionen getrennt wird und dem mittels der Kaltgas-Kühlmaschine Wärme entzogen wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gefrierer der Kaltgas-Kühlmaschine als Dephlegmator ausgebildet ist.

3. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher durch ein die Wärme übertragendes Zwischenmittel mit der Kühlmaschine in thermischer Berührung ist.

4. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Wärmeaustauscher die Wärme im wesentlichen an der kältesten Seite abgeführt wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge-

kennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher mit einem die Wärme leitenden Element versehen ist, das mit dem Kopf der Kaltgas-Kühlmaschine verbunden ist, so daß Wärme unmittelbar von, diesem Element zur Kaltgas-Kühlmaschine abgeführt werden kann.

6. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter mit einer Gastrennkolonne versehen ist, in der das im Dephlegmator erzeugte Kondensat in Fraktionen getrennt wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gastrennkolonne als eine Halbkolonne ausgebildet ist.

8. Einrichtung nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die am oberen Ende der Kolonne entweichende Fraktion wieder dem Dephlegmator zugeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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