DE1007345B - Verfahren zum Zerlegen von verdichteter Luft durch Tiefkuehlen, Verfluessigen und Rektifizieren und Vorrichtung fuer das Verfahren - Google Patents

Verfahren zum Zerlegen von verdichteter Luft durch Tiefkuehlen, Verfluessigen und Rektifizieren und Vorrichtung fuer das Verfahren

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Description

DEUTSCHES
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zerlegen von verdichteter Luft durch Tiefkühlen, Verflüssigen und Rektifizieren und eine Vorrichtung für das Verfahren.
Bisher wird der am Kopf der sogenannten Drucksäule kondensierende Stickstoff, der bei der Vorzerlegung der Luft in unreinen Sauerstoff einerseits und Stickstoff andererseits gewonnen wird, zum Beheizen des reinen, in der sogenannten Niederdrucksäule siedenden Sauerstoffes verwendet.
Zum Kondensieren des Stickstoffes im Austausch mit reinem, bei Niederdruck verdampfendem Sauerstoff ist jedoch ein verhältnismäßig höherer Druck des Stickstoffes erforderlich, als er bei Verwendung von Luft im Austausch mit Sauerstoff benötigt würde. Alle Versuche, Luft in der erwähnten Weise und mit wirtschaftlichem Vorteil zu verwenden, scheiterten jedoch daran, daß der infolge der möglichen Drucksenkung in der Drucksäule erzielte Energiegewirm durch verringerte Ausbeute an Sauerstoff wieder verloren-
Erst das im folgenden zu beschreibende Verfahren erlaubt es, einen Energiegewinn von etwa 12%, bezogen auf den produzierten Sauerstoff, zu erzielen. Eine wesentliche Voraussetzung zur Erreichung dieses Ergebnisses ist es, die gesamte Luftmenge der Vorzerlegung zuzuführen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Zerlegen verdichteter Luft durch Tiefkühlen, Verflüssigen und Rektifizieren, wobei der eine Teil der im Wärmeaustausch gegen produzierten Sauerstoff und Stickstoff vorgekühlten Luftmenge zur Beheizung des in einer Niederdrucksäule erzeugten Sauerstoffes verwendet und der andere Teil in eine unter dem Verdichtungsenddruck stehende Drucksäule geleitet wird, in der durch Rektifizieren der als Waschflüssigkeit in dei Niederdrucksäule verwendete Waschstickstoff entsteht, und wobei durch eine der Niederdrucksäule vorgeschaltete Expansionsturbine Kälte erzeugt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile der Luftmenge etwa gleich große sind und der zur Beheizung verwendete Teil im Austausch gegen Sauerstoff in zwei Stufen in einen durch Anwendung der "Rektifizierwirkung einer Rücklaufkondensation sauerstoffreichen und in einen sauerstoffarmen Anteil kondensiert wird, worauf beide Anteile an entsprechenden Stellen in die Drucksäule geleitet werden, und daß der in der Drucksäule als Sumpfflüssigkeit entstehende unreine Sauerstoff mit produziertem Stickstoff gekühlt, teilentspannt, im Kopf der Drucksäule im Austausch gegen kondensierenden Waschstickstoff verdampft, im Austausch vornehmlich gegen Luft erwärmt und in der Expansionsturbine arbeitsleistend in die Niederdrucksäule entspannt wird.
Verfahren
zum Zerlegen von verdichteter Luft
durch Tiefkühlen, Verflüssigen
und Rektifizieren
und Vorrichtung für das Verfahren
Anmelder:
Gesellschaft für Linde's Eismaschinen
Aktiengesellschaft,
Höllriegelskreuth bei München
Fritz Jakob, Pullach bei München,
ist als Erfinder genannt worden
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei an Hand der Figur näher beschrieben. In dieser stellen dar: 1 und 2 die beiden sogenannten Sauerstoffgeneratoren und 3 und 4 die sogenannten Stickstoffgeneratoren. In den Regeneratoren wird Luft einmal gegen den erzeugten Sauerstoff (in 1 und 2), zum anderen gegen den erzeugten Stickstoff (in 3 und 4) im wesentlichen abgekühlt. Die den Regeneratoren mit einem Druck von etwa 4,3 ata zugeführte und aus ihnen mit etwa 4,15 ata entnommene Luft wird hinter den Regeneratoren in zwei etwa gleich große Teilströme aufgeteilt. Der ein Teilstrom dient zum Beheizen des reinen Sauerstoffes in der sogenannten Niederdrucksäule 8, der andere wird nach Passieren von zwei weitereu Gegenstromwärmeaustauschern 18 und 25 direkt bei 5 in die Drucksäule 6 eingeführt, in welcher die Luft in unreinen Sauerstoff einerseits und Stickstoff andererseits durch Rektifizieren vorzerlegt wird. Sowohl die Drucksäule als auch die Niederdrucksäule sind Rektifiziersäulen an sich bekannter Bauart mit Rektifikationsböden, die im vorliegenden Fall nicht gezeichnet sind.
Die λ^entile 31 und 32 bewirken die Verteilung der gesamten Luftmenge in dem gewünschten Verhältnis etwa 1:1. Der zum Beheizen des reinen Sauerstoffes in der Niederdrucksäule verwendete Teil der Luftmenge wird in einem ersten Austauscher 7 teilweise kondensiert, wobei von der Rektifizierwirkung eines Rücklaufkondensators Gebrauch gemacht wird. Der verflüssigte, mit einem Sauerstoffgehalt von etwa 30% angereicherte Anteil wird durch die Ableitung 9 entnommen und durch Ventil 13 in die Drucksäule geführt. Der nicht verflüssigte Anteil geht in einen
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zweiten Austauscher 10, in dem er im Austausch mit zu verdampfendem, durch Ventil 27 und Rohre 28 sowie Abscheider 29 zur Produktion gehendem Sauerstoff verflüssigt wird, um anschließend durch die Ableitung 11 und durch Ventil 12 entnommen und, da er relativ sauerstoffarm ist, an höherer Stelle in die Drucksäule 6 geführt zu werden. Der in den Rohren 33 verdampfende Sauerstoff geht in der Niederdrucksäule 8 einer Waschflüssigkeit entgegen, die als Waschstickstoff an dem Austauscher 17 im Kopfteil der Drucksäule 6 flüssig erzeugt, in der Sammelrinne 24 gesammelt, nach Entnahme aus dieser im Austauscher 23 mit abziehendem Stickstoff unterkühlt und im Ventil 26 auf den Druck der Niederdrucksäule entspannt und in diese geführt wird. Der produzierte Stickstoff wird bei 22 aus der Niederdrucksäule gasförmig entnommen und über Austauscher 23,15 und 25 zu dem jeweils mit Stickstoff abzukühlenden Regenerator, z. B. 4, geführt. Die Regeneratoren 1,2,3 und 4 werden, wie üblich, in regelmäßigen Zeitabschnitten umgeschaltet, wozu die am oberen Ende angedeuteten, nicht näher bezeichneten, gesteuerten Umschaltventile bzw. die am unteren Ende angedeuteten Rückschlagklappen dienen.-Der in der Drucksäule erzeugte unreine Sauerstoff wird bei 14 entnommen, im Austauscher 15 gegen produzierten Stickstoff aus der Niederdrucksäule unterkühlt, im Ventil 16 auf einen Zwischendruck von etwa 2,2 ata entspannt und unter diesem Druck in Austauscher 17 verdampft. Anschließend geht er durch den Austauscher 18, wo er dem durch Ventil 32 zur Drucksäule gehenden Teil der Luftmenge Wärme entzieht, und wird durch die Austauscher 19 und 20 der Stickstoffregeneratoren 3,4 entsprechend angewärmt der Entspannungsturbine 21 zugeführt. In entspanntem Zustand wird er in die Niederdrucksäule 8 an einer seiner Zusammensetzung entsprechenden Stelle eingeblasen. Die arbeitsleistende Entspannung von etwa 2,2 auf etwa 1,3 ata reicht aus, um die für den Zerlegungsvorgang benötigte Kälte zu erzeugen. .
Bevor der produzierte reine Sauerstoff einen der Regeneratoren 1,2 (im dargestellten Fall Regenerator 2) passiert, geht er durch einen Abscheider 29, wo ein bestimmter nicht verdampfter Rest zwecks Abführung des Acetylene bei 30 entnommen wird.
Der Erfolg des beschriebenen Verfahrens wird also im wesentlichen durch die Kombination folgender Maßnahmen erzielt: Vorzerlegen der gesamten Luftmenge, Beheizen des reinen Steuerstoffes mit einem Teil der Luftmenge, Verdampfen des unreinen Sauerstoffes bei einem Zwischendruck zum Erzeugen des Waschstickstoffes und Einblasen des verdampften unreinen Sauerstoffes nach arbeitsleistender Entspannung in die Niederdrucksäule.
Die Kondensation des einen Teils der Luftmenge kann anstatt in zwei Austauschern 7 und 10 auch in einem einzigen erfolgen, wenn die verflüssigten Anteile in verschiedenen Höhen des Austauschers entnommen werden, um sie in der jeweils erforderlichen Zusammensetzung der Drucksäule zuführen zu können.

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Zerlegen verdichteter Luft durch Tiefkühlen, Verflüssigen und Rektifizieren, wobei ein Teil der im Wärmeaustausch gegen produzierten Sauerstoff und Stickstoff vorgekühlten Luftmenge zur Beheizung des in einer Niederdrucksäule erzeugten Sauerstoffes verwendet und ein anderer Teil in eine unter dem Verdichtungsenddruck stehende Drucksäule geleitet wird, in der durch Rektifizieren der als Waschflüssigkeit in der Niederdrucksäule verwendete Waschstickstoff entsteht, und wobei durch eine der Niederdrucksäule vorgeschaltete Expansionsturbine Kälte erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile der Luftmenge etwa gleich groß sind und der zur Beheizung verwendete Teil im Austausch gegen Sauerstoff in zwei Stufen in einen sauerstoffreichen und in einen sauerstoffarmen Anteil kondensiert wird, worauf beide Anteile an entsprechenden Stellen in die Drucksäule geleitet werden, und daß der in der Drucksäule als Sumpfflüssigkeit entstehende unreine Sauerstoff mit produziertem Stickstoff gekühlt, teilentspannt, im Kopf der Drucksäule im Austausch gegen kondensierenden Waschstickstoff verdampft, im Austausch vornehmlich gegen Luft erwärmt und in der Expansionsturbine arbeitsleistend in die Niederdrucksäule entspannt wird.
2. Vorrichtung für das Verfahren nach Anspruch 1, mit Wärmeaustauschern, z.B. Regeneratoren zur Vorkühlung der zu zerlegenden Luftmenge, mit als Rektifikationssäulen arbeitender Drucksäule und Niederdrucksäule, mit einer Expansionsturbine, mit einer Waschstickstoffleitung von der Sammelrinne im Kopf der Drucksäule durch einen an die Stickstoffleitung angeschlossenen Austauscher, durch ein Entspannungsventil in den Kopf der Niederdrucksäule und mit einer sich hinter den Regeneratoren teilenden Luftleitung, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Luftleitungsast ins Innere eines Austauschers (7) führt, dessen Rohre (33) beidseitig mit dem unteren Teil der Niederdrucksäule (8) in Verbindung stehen, von dessen Boden eine Ableitung (9) durch ein Ventil (13) führend in die Drucksäule (6) einmündet und von dessen Kopf eine zweite Ableitung in einen Austauscher (10) führt, dessen Rohre (28) einerseits mit dem Boden der Niederdrucksäule und andererseits mit einem Abscheider (29) und der Sauerstoff-Förderleitung in Verbindung stehen und von dessen Boden eine Ableitung (11) durch ein Ventil (12) führend in die Drucksäule einmündet, wobei beide Einmündungen an den dem Sauerstoffgehalt der verflüssigten Anteile entsprechenden Stellen vorgesehen sind, daß der andere Luftleitungsast in den unteren Teil der Drucksäule geführt ist und daß die Leitung für den unreinen Sauerstoff vom Boden der Drucksäule durch einen an die Stickstoffleitung angeschlossenen Austauscher (15), durch ein Entspannungsventil (16) zu einer Rohrschlange (17) im Kopf der Drucksäule anschließend durch einen an den in den unteren Teil der Drucksäule geführten Luftleitungsast angeschlossenen Austauscher (18) und durch Rohrschlangen (19 und 20) in den Regeneratoren (3,4) zur Entspannungsturbine (21) und von da in die Niederdrucksäule geführt ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 828 845.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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