DE1012939B

DE1012939B - Verfahren zum Zerlegen von Luft bei niedriger Temperatur

Info

Publication number: DE1012939B
Application number: DEU2560A
Authority: DE
Inventors: Philip Kearney Rice
Original assignee: Union Carbide and Carbon Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1953-03-24
Filing date: 1954-01-04
Publication date: 1957-08-01
Also published as: BE525287A; GB742779A; FR1093717A; US2788646A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gewinnung von Sauerstoff und Stickstoff aus Luft. Insbesondere betrifft die Erfindung Verbesserungen für solche Verfahren, die es ermöglichen, die benötigten kälteerzeugenden Einrichtungen zu vereinfachen und das Inbetriebsetzen bzw. Anpassen an einen erhöhten Bedarf bei einer Luftzerlegungsanlage zu beschleunigen und zu verbilligen.

Bei Anlagen für das Rektifizieren von Luft bei niedriger Temperatur, insbesondere bei solchen zum Erzeugen großer Mengen Sauerstoff, lassen sich Wasserdampf und Kohlendioxyd durch Kälteeinwirkung wirtschaftlicher entfernen als durch mechanische Mittel; jedoch sind für das Entfernen der Verunreinigungen, insbesondere des Kohlendioxyds, durch Kälte kostspielige doppelt vorgesehene Wärmeaustauscher oder nach dem Regenerativverfahren arbeitende Wärmeaustauscher mit niedrigem Anfangsdruck erforderlich. Verwendet man, wie bisher üblich, periodisch umgesteuerte Regeneratoren, wird infolge der durch das Verfahren bedingten Anwendung von Kälte eine Expansion erforderlich, bei der äußere Arbeit geleistet wird, und am zweckmäßigsten wählt man als das zu entspannende Gas einen Teil der Luft. Da teilweise gekühlte Luft Kohlendioxyd enthalten und daher den Expansions Vorgang stören würde, wurde weiter vorgeschlagen, Luft zu verwenden, die man auf die Kondensationstemperatur abgekühlt und von Kohlendioxyd befreit hat und die dann wieder auf die gewünschte Temperatur erwärmt wird, um dann in einwandfreier Weise zu expandieren, wobei äußere Arbeit geleistet wird. Zu diesem Wiedererwärmen der Luft benutzt man große Wärmeaustauscher, die doppelt vorgesehen sind, da die für das Wiedererwärmen verwendete Luft Kohlendioxyd enthält, das sich auf den Oberflächen der Wärmeaustauscher niederschlägt. Die doppelte Anordnung von Wärmeaustauschern ermöglicht es, einen verstopften Wärmeaustauscher aufzutauen, ohne daß man den Betrieb zu unterbrechen braucht. Da derartige Wärmeaustauscher große Ausrüstungsgegenstände darstellen, ist in der Ausschaltung wenigstens eines von ihnen ein erheblicher Vorteil zu erblicken.

Gewöhnlich ist es bei derartigen Anlagen wirtschaftlicher_; Einrichtungen zur Kälteerzeugung (z. B. -Expansionsmaschine oder Turbine und Wärmeaustauscher) von einer Größe und Kälteleistung vorzusehen, die für das gewünschte gleichmäßige Tempo der Sauerstofferzeugung ausreicht. Infolgedessen bedingt das Inbetriebsetzen einer solchen Anlage nach einer Stillstandszeit eine lange unproduktive Anlaufperiode. Sieht man eine zusätzliche Kälteleistung vor, um die Anlaufperiode abzukürzen, so bedeutet dies

Verfahren zum Zerlegen von Luft
bei niedriger Temperatur

Anmelder:

Union Carbide and Carbon Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Patentanwalt,
München 9, Schweigerstr. 2

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 24. März 1953

Philip Kearney Rice, White Plains, N. Y. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

die Hinzunahme kostspieliger unproduktiver Einrichtungen.

Die Aufgaben der Erfindung bestehen unter anderem darin, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung für das Zerlegen von Luft bei niedriger Temperatur zu schaffen, die es ermöglichen, den Betrieb während einer Zeit fortzusetzen, während deren ein Teil der Wärmeaustauscher- und Kälteerzeugungseinrichtungen abgestellt sind, um das angesammelte Kohlendioxyd zu entfernen, und wobei es möglich ist, die durch die in Betrieb befindliehen Kälteerzeugungseinrichtungen erzeugte Kälte zu ergänzen, so daß man die ganze Anlage nach einer langen Stillstandszeit schnell in Betrieb setzen kann, ohne daß eine zusätzliche mechanische Kälteerzeugungskapazität verwendet zu werden braucht.

Luftzerlegungsanlagen üblicher Ausführung lassen sich nur bei einer im wesentlichen konstanten und kontinuierlichen Ausbringung wirtschaftlich betreiben; es gibt jedoch Fälle, in denen die ganze Sauerstofferzeugung einer Anlage zur wirtschaftlichen Versorgung eines einzigen großen Verbrauchers, z. B. eines Stahlwerkes, ausreichen würde. Stahlwerke haben jedoch einen Sauerstoffbedarf, der gewöhnlich zu verschiedenen Zeiten des Tages und der Woche stark unterschiedlich ist. Stellt man eine solche Anlage bereit, die groß genug ist, um den Spitzenbedarf zu decken, so bedingt dies nicht nur einen hohen Kapitalaufwand, sondern auch erhebliche Verluste, wenn man versucht, die Anlage so zu betreiben, daß die Ausbringung unter dem normalen Wert bleibt;

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betreibt man die Anlage dagegen ständig mit voller Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Kapazität, ergeben sich Schwierigkeiten bezüglich Verfahrens geeignete Vorrichtung umfaßt eine Rektider Verwendung des überschüssigen Sauerstoffes. fikationskolonne mit einem mit Sauerstoff ange-Es ist bekannt, einen Teil der flüssigen Bestand- reicherten Rückverdampfer und Mittel zum Kühlen teile während der Betriebspausen zu lagern, der dann 5 und zum Verflüssigen wenigstens eines Teiles der den erhöhten Kältebedarf beim Wiederingangsetzen der Säule zugeführten Luft durch Wärmeaustausch der Anlage decken soll. Man hat auch schon den iso- mit den Produkten der Rektifikation. Die Vorrichlierten Sauerstoff während des Stillstandes der Rek- tung weist einen isolierten Behälter auf, der eine tifizierungsanlage verdampft und für Verbrennungs- Flüssigkeitsmenge enthält, die ähnlich zusammeil·- vorgänge verwendet und die Verdampfungskälte be- ίο gesetzt ist wie eine der an der Rektifikation beteilignutzt, um neu hinzukommende Luft zu verflüssigen, ten Flüssigkeiten, sowie Mittel, die eine steuerbare die dann für eine Rektifizierung zu einem späteren Zufuhr von Kälte von der Flüssigkeitsmenge zu der Zeitpunkt gelagert wurde. - Rektifikationssäule in einem Umfang ermöglichen, Das Problem des erhöhten Bedarfes wird nun er- der ausreicht, um den Tieftemperatur-Kältebedarf findungsgemäß dadurch gelöst, daß man bei einer An- 15 der Luftzerlegung zu decken, insoweit als dieser den lage, in der die Luft wenigstens zum Teil verflüssigt Kältegewinn durch Vorbehandlung der Luft ein- und die gasförmigen und verflüssigten Teile rekti- schließlich der Kühlung der Luft durch die Produkte fiziert werden und deren Größe nur den normalen überschreitet.

konstanten Bedarf deckt, einen Vorrat von Flüssig- Die Erfindung wird im folgenden an Hand schekeit vorsieht, der es ermöglicht, bei einem den nor- 20 matischer Zeichnungen an mehreren Durchführungs-

malen Bedarf übersteigenden veränderlichen Bedarf beispielen näher erläutert.

Teile dieses Vorrats der Rektifizierung zuzuführen Fig. 1 ist eine schematische Darstellung und zeigt

und zu verdampfen, um zumindest teilweise den als Beispiel eine Luftzerlegungsanlage mit mecha-

Kältebedarf zu decken, der die von den Abtrennungs- nisch arbeitenden kälteerzeugenden Mitteln, die geprodukten gewonnene' Abkühlung überschreitet, wo- 25 maß der Erfindung Mittel zur Entnahme von Kälte

bei man die übliche weitere Abkühlung der Luft _aus einer gespeicherten Menge von flüssigem Sauer-

durch Expansion unter Leistung von Arbeit nach stoff und Mittel zum Decken von Bedarfsspitzen

außen zum Teil oder gänzlich fortfallen läßt. durch Verdampfen gespeicherter Flüssigkeit umfaßt;

Der dem Vorrat in Perioden des Spitzenbedarfs Fig. 2 zeigt schematisch eine Luftzerlegungsanlage z.B. entnommene Sauerstoff kann dadurch ersetzt 30 mit mechanisch arbeitenden kälteerzeugenden Mitteln,

werden, daß man in Perioden mit unter dem Normal- die gemäß der Erfindung Mittel zum Entnehmen von

wert liegendem Bedarf flüssigen Sauerstoff erzeugt. Kälte aus einer gespeicherten Menge flüssiger Luft

Darüber hinaus kann man den gespeicherten flüssigen umfaßt;

Sauerstoff wirtschaftlich von einer umfangreichen Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung eine Luftzentralen Anlage zu der Luftzerlegungsanlage trans- ₃₅ Zerlegungsanlage mit mechanisch arbeitenden kälteportieren. Es ist dies zweckmäßig, um die Kosten der erzeugenden Mitteln, die gemäß der Erfindung mit Bereitstellung mechanischer Kälteerzeugungseinrich- Mitteln zum Entnehmen von Kälte aus einer gespeitungen vollständig einzusparen. Unter diesen Um- cherten Menge flüssigen Stickstoffes ausgerüstet ist; ständen reicht die Größe der Luftzerlegungsanlage Fig. 4 zeigt schematisch eine Luftzerlegungsanlage aus, um den normalen gleichbleibenden Sauerstoff- 40 ohne mechanisch arbeitende kälteerzeugende Vorrichbedarf durch Erzeugen von Sauerstoff aus Luft und tungen, die gemäß der Erfindung Mittel zum Entdurch Sauerstoff aus der für Kälteerzeugungszwecke nehmen der Kälte aus einer gespeicherten Menge ververwendeten Flüssigkeit zu decken, wobei der flüssigten Gases, z. B. aus flüssigem Sauerstoff, und Spitzenbedarf an Kälte jeweils durch Verdampfen Mittel zum Decken von Bedarfsspitzen durch Vervon Teilen des antransportierten flüssigen Sauer- 45 dampfen gespeicherter Flüssigkeit umfaßt, stoffes gedeckt wird. In den Figuren tragen ähnliche Apparateteile je-

Die Erfindung löst daher in einfacher Weise die weils gleiche Bezugsziffern.

Aufgabe, ein Verfahren zum Zerlegen von Luft bei Wie insbesondere aus Fig. 1 hervorgeht, umfassen

niedriger Temperatur zu schaffen, das es ermöglicht, Mittel zum Vorbereiten von Luft für die Rektifi-

einen durchschnittlichen oder normalen gleich- 50 kation, die hier als Beispiel für gewöhnlich zu diesem

mäßigen Sauerstoffbedarf durch Zerlegen von Luft Zweck verwendete Mittel betrachtet werden, einen

im Wege der Rektifikation bei niedriger Temperatur Verdichter 10, der die zu zerlegende Luft Vorzugs-

zu decken, während darüber hinausgehende Bedarfs- weise ,auf einen Druck unterhalb etwa 8,8 Atmo-

spitzen durch Verdampfen gespeicherten flüssigen Sphären verdichtet. Um diese Luft im wesentlichen

Sauerstoffes gedeckt werden, wobei keine mechani- 55 auf ihre Kondensationstemperatur zu kühlen, leitet

sehen Mittel zum Erzeugen von Tieftemperaturkälte man sie durch abwechselnd umgesteuerte Paare von

erforderlich sind, da die benötigte Tief temperatur- Regeneratoren 11 und 12, wobei das Regeneratorpaar

kälte durch Verdampfen von Flüssigkeit, z. B. von 11 durch den erzeugten und der Anlage entnommenen

flüssigem Sauerstoff, erzeugt wird. Die Kälte, die Stickstoff und das Regeneratorpaar 12 durch den er-

durch Verdampfen flüssigen Sauerstoffes zum Zweck 60 zeugten und der Anlage entnommenen Sauerstoff ge-

der Deckung eines Teiles des Bedarfs an gasförmigem kühlt wird. Den warmen Enden der Regeneratoren

Sauerstoff gewonnen wird, ermöglicht den Kälte- wird die Luft durch eine Leitung 13 mit Zweigleitun-

bedarf für die bei niedriger Temperatur erfolgende gen 14 und 15 zugeführt. Die Zweigleitungen 14 -und

Zerlegung einer Luftmenge zu decken, die ausreicht, 15 stellen jeweils Verbindungen zu den Umsteuer-

um die restliche Anforderung an gasförmigem Sauer- 65 ventilen 16 und 17 an den warmen Enden der

stoff zu befriedigen. Eine Lagerung der verflüssigten Regeneratoren 11 bzw. 12 her. Durch Gruppen von

Luft vor der Rektifizierung ist nicht vorgesehen. Es automatischen Ventilen 18 und 19 an den kalten

werden vielmehr die bereits getrennten Bestandteile Enden der Regeneratoren 11 und 12 gelangt die ger,

der Luft gespeichert, wodurch die Anlage einen plötz- kühlte Luft, die in den Regeneratoren von Feuchtig^

liehen hohen Bedarf leicher befriedigen kann. 70 keit und Kohlendioxyd befreit worden ist, in

Zweigleitungen 20 und 21, an die eine Leitung 22 angeschlossen ist, die die Luft in den unteren Teil eines Wasch- und Zerlegungsturmes 23 einleitet. Der Waschturm 23 ist eine Vorrichtung zum Waschen der eingeleiteten Luft mittels flüssiger Luft, um zurückgebliebene Kohlenwasserstoffverunreinigungen und die restlichen Kohlendioxydteilchen auszuwaschen. Im oberen Teil des Wasch- und Abtrennturmes 23 werden mitgerissene Flüssigkeitsteilchen ausgeschieden, so daß ein reiner Dampf durch die Leitung 24 in das untere Ende einer Luftzerlegungsund Rektifikationssäule C eingeleitet wird.

Die Rektifikationssäule C kann von bekannter Konstruktion sein, und sie besitzt eine am oberen Ende durch einen Kondensator 26 abgeschlossene Hochdruckkammer 25. Der Kondensator 26 arbeitet in der üblichen Weise, um die in der Kammer 25 aufsteigenden Dämpfe zu kondensieren, wodurch ein Rückstrom für die Kammer hervorgerufen und außerdem flüssiger Stickstoff erzeugt wird, der sich auf einem unmittelbar unter einem Teil des Kondensators 26 angeordneten Ring 27 sammelt. Durch eine Leitung 28 gelangt der flüssige Stickstoff von der Auffangrinne 27 zum oberen Ende einer Niederdruckrektifikationskammer 29, die oberhalb der Kammer 25 angeordnet ist und an ihrem unteren Ende einen den Kondensator 26 umgebenden Sammelraum 30 für flüssigen Sauerstoff besitzt. Die Rektifikationskammern können mit den üblichen Zwischenböden 31 ausgerüstet sein, um eine Berührung zwischen Gas und Flüssigkeit herbeizuführen.

In dem Skrubber23 fließt die Skrubberflüssigkeit, die die Verunreinigungen aufnimmt, in einen Sammelraum 33, aus dem sie durch eine Leitung 34 mit einem Expansionsventil 35 abgeleitet wird. Durch die Leitung 34 gelangt die Flüssigkeit zu einer Gruppe von Filtern 36 und von dort durch eine Leitung 37 zu einem mittleren Abschnitt der Niederdruckrektifikationskammer 29. Die sich im unteren Teil der Hochdruckrektifikationskammer 25 sammelnde Flüssigkeit strömt durch eine durch das Expansionsventil 39 gesteuerte Leitung 38 zu der Leitung 37, die sie in den mittleren Teil der Niederdruckkammer 29 einleitet. Das Stickstofferzeugnis der Rektifikation verläßt die Kammer 29 durch eine Leitung 40, die den kalten gasförmigen Strom vorzugsweise an einen Wärmeaustauscher 41 abgibt, der eine Wärmeaustauschschlange 42 umgibt, die in die Leitung 28 eingeschaltet ist, um den Stickstoffrückstrom zu unterkühlen, damit keine übermäßige Verdampfung eintritt, wenn der Rückstrom durch ein ebenfalls in die Leitung 28 eingeschaltetes Expansionsventil 43 entspannt wird. Von dem Wärmeaustauscher 41 gelangt der ausströmende Stickstoff durch eine Leitung 44 in eine Wärmeaustauscherschlange 45, die im oberen Teil des Wasch- und Abtrennturmes 23 angeordnet ist, um einen Teil der gewaschenen Luft zu verflüssigen und so Waschflüssigkeit zu liefern. Von der Rohrschlange 45 aus strömt der Stickstoff durch eine Leitung 46 zu dem Um-Steuerventilsystem 18 am kalten Ende der Regeneratoren 11. Der erwärmte Stickstoff verläßt das Umsteuerventilsystem 16 am warmen Ende der Regeneratoren durch eine Leitung 47.

Das Sauerstofferzeugnis der Rektifikation, das in dem Raum 30 kocht, erzeugt kalten gasförmigen Sauerstoff, der durch eine Leitung 48, die durch ein Ventil 49 gesteuert ist, in eine zweite Wärmeaustauscherschlange 50 gelangt, die sich ebenfalls im oberen Teil der Waschkammer 23 befindet; von der Rohrschlange 50 aus strömt der erzeugte Sauerstoff durch eine Leitung 51 zu dem Umsteuerventilsystem 19 am kalten Ende der Regeneratoren 12. Der erzeugte Sauerstoff wird am warmen Ende der Regeneratoren 12 aus der durch die Umsteuerventile 17 gesteuerten Leitung 52 entnommen.

Die bis jetzt beschriebenen Teile des Systems liefern nicht genügend Tieftemperaturkälte für den Betrieb des Systems; es müssen daher weitere Mittel zum Erzeugen der erforderlichen Kälte verwendet werden. Im vorliegenden Falle ist beispielsweise eine Expansionsturbine 54 vorgesehen, die eine Teilluftmenge im wesentlichen vom Verdichtungsdruck auf den Druck in der Säule 29 entspannt. Um Schwierigkeiten zu vermeiden, verwendet man für diese Expansion vorzugsweise kohlendioxydfreie Luft, d. h., man arbeitet mit einem Teil der gewaschenen Luft aus der Kammer 23. Diese Luft befindet sich bereits auf der Kondensationstemperatur, und sie muß erwärmt werden, um durch Expansion unter Abgabe äußerer Arbeit auf wirtschaftliche Weise Kälte zu erzeugen.

Um Kälteverluste zu vermeiden, wird diese Luft vorzugsweise durch einen Teil der zugeführten Luft erwärmt. Zu diesem Zweck entnimmt man einem mittleren Abschnitt der Regeneratoren durch Verbindungen 55, die durch Ventile 55' gesteuert werden, eine entsprechende Luftmenge, die durch eine Leitung 56 dem warmen Ende eines Wärmeaustauscherkanals 57 zugeführt wird. Vom kalten Ende des Kanals 57 gelangt die gekühlte entnommene Luftmenge durch eine Leitung 58 in den unteren Teil der Skrubberkammer 23. Zu einem weiter unten zu erläuternden Zweck ist zwischen der Leitung 56 und der Leitung 58 eine Umgehungsleitung 59 vorgesehen; ferner sind in die Leitungen 56, 58 und 59 jeweils Ventile 60 bzw. 61 bzw. 62 eingeschaltet. Die zu entspannende Luft wird der Kammer 23 durch eine Leitung 63 entnommen, die die Luft dem kalten Ende eines den Kanal 57 umgebenden Wärmeaustauscherkanals 64 zuführt; vom warmen Ende des Wärmeaustauschkanals 64 gelangt die Luft durch eine Leitung 65 zu dem Eintrittsstutzen der Expansionsturbine 54. Durch eine Leitung 66 strömt die entspannte Luft zu einem mittleren Abschnitt der Kammer 29.

Zwischen der Leitung 63 und der Leitung 65 ist vorzugsweise eine durch ein Ventil 69 gesteuerte Umgehungsleitung 67 vorgesehen. Die Verbindungen zwischen den Leitungen 63 und 65 und dem Wärmeaustauschkanal 64 werden durch die Ventile 71 bzw. 72 gesteuert, und in die Leitung 66 ist ein Ventil 73 eingeschaltet. An den Enden des Wärmeaustauschkanals 57 befinden sich mit Ventilen 74 bzw. 75 ausgerüstete Stutzen, die beim Auftauen des in dem Kanal angesammelten Kohlendioxyds benutzt werden. Zwischen den Leitungen 66 und 44 kann ein normalerweise geschlossenes Umgehungsventil 66' vorgesehen sein, das beim Inbetriebsetzen der Anlage benutzt wird.

Da nur ein Wärmeaustauscher 57 vorhanden ist, wird die Turbine 54 abgestellt, wenn man den Wärmeaustauscher 57 außer Betrieb setzt, um ihn aufzutauen. Bei der Anordnung nach Fig. 1 wird die für den weiteren Betrieb erforderliche Kälte dadurch geliefert, daß man dem Sauerstoffverdampfungsraum 30 flüssigen Sauerstoff zuführt. Zum Speichern dieses flüssigen Sauerstoffes kann ein gut isolierter Vorratsbehälter 80 dienen, der von einem Isoliermantel 81 umgeben ist; um die bestmögliche Isolation zu er-

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•zielen, ist der Innenraum des Mantels mit einem der das Inbetriebsetzen und Anhalten der Pumpe 95 pulverförmigen Material gefüllt, und das darin ent- in Abhängigkeit vom Sauerstoffbedarf steuert, haltene Gas wird weitgehend entfernt. Der Behälter Es wird angenommen, daß die Arbeitsweise der in 80 kann ausreichend groß sein, um flüssigen Sauer- Fig. 1 dargestellten Anlage aus der obigen Beschreistoff für diejenige Zeitspanne zu liefern, die man 5 bung klar hervorgeht. Es ist jedoch darauf hinzu- ' zum Auftauen des Wärmeaustauschers 57 benötigt. weisen; daß die durch die Turbine erzeugte Kälte-Vorzugsweise kann der Behälter jedoch für weiter menge während des gleichmäßigen Betriebes, d. h. bei unten zu erläuternde Zwecke erheblich größer sein. laufender Expansionsturbine 54, größer sein muß als Zum Zuführen des Sauerstoffes zu dem Sauerstoff- diejenige Kältemenge, die für den Betrieb der Anverdampfungsraum 30 von dem Behälter 80 dient io lage erforderlich ist, um die durch die Rohrleitung eine durch ein Ventil 83 gesteuerte Leitung 82. Fer- 52 abgezogene Menge an gasförmigem Sauerstoff zu her kann eine Leitung 84 vorgesehen sein, die die erzeugen. Es ist ein solcher Kälteüberschuß voroberen Teile des Raumes 30 und des Behälters 80 ver- gesehen, damit die in dem Vorratsbehälter anzubindet, um Drücke auszugleichen und Dämpfe aus sammelnde Flüssigkeit durch die Pumpe 86 dem Verdem Behälter in den Raum 30 überzuleiten. Während 15 dämpfer 30 mit geringer Geschwindigkeit entnommen des normalen Betriebes kann man den Behälter 80 werden kann. Muß man den Wärmeaustauscher 57 allmählich füllen, indem man durch eine an den Be- zum Zwecke des Abtauens außer Betrieb setzen und halter angeschlossene Leitung 85 flüssigen Sauerstoff die Turbine 54 stillsetzen, kann man die Anlage aus dem Raum 30 abzieht. Wenn sich der Behälter weiterbetreiben und ihr Sauerstoff entnehmen, indem 80 mit dem Raum 30 auf gleicher Höhe befindet, kann 20 man die Ventile 60, 61, 71 und 72 schließt und das das Überführen von flüssigem Sauerstoff in den Be- Ventil 62 öffnet, um die entnommene Luft unmittel.- , hälter durch die Schwerkraft bewirkt werden. Liegt bar zu dem Waschturm 23 umzuleiten. Dann tritt im der Behälter gemäß der Darstellung in Fig. 1 höher, wesentlichen die gesamte gewaschene Luft durch die kann man in die Leitung 85 eine Pumpe 86 für flüssi- Leitung 24 in ^ die untere Säule 25 ein. Wenn es er-;: gen' Sauerstoff einschalten. Da es erwünscht sein 25 wünscht ist, die Turbine auf ihrer Betriebstemperatur kann, dem Behälter 80 von einer außenliegenden zu halten, kann man mit Hilfe der Anzapfventile 69 Quelle flüssigen Sauerstoff zuzuführen, kann außer- und 73 über die Leitungen 63 und 67 einen kleinen dem ein Füllstutzen 87 vorgesehen sein. Der Be- Strom gewaschener Luft durch die Turbine zur hälter80 kann ferner einen geeigneten Flüssigkeits- oberen Säule leiten. Zum Auftauen des Wärmeausstahdanzeiger .88 aufweisen. Gemäß der üblichen 30 tauschkanals 57 benutzt man die Ventile 74 und 75, Praxis sind alle kalten Leitungen und Einrichtungen um trockenes warmes Gas durch den Kanal hindurchdurch Wärmeisolation geschützt. zuleiten. - ,

Gewöhnlich ist es erwünscht, daß der mit einem Um ein Absinken der Flüssigkeitsspiegel in der für den Verbrauch geeigneten Reinheitsgrad her- Rektifikationssäule infolge von Kälteverlusten zu gestellte Sauerstoff einen höheren Druck aufweist als 35 verhindern, entnimmt man dem Vorrat in dem Beden in der Leitung 52 herrschenden; aus diesem halter 80 nach Bedarf flüssigen Sauerstoff. Diesen Grunde ist die Leitung 52 an den Eintrittsstutzen flüssigen Sauerstoff kann man dem Sauerstoffeines Sauerstoff Verdichters 90 angeschlossen, dessen sammelraum 30 mit Hilfe des Ventils 83 in dem be-Austrittsstutzen 91 mit einer Leitung 92 verbunden nötigten Ausmaß zuführen. Sobald der Wärmeausist, die den Sauerstoff der mit einem konstanten Be- 4° tauscher 57 gereinigt ist, kann er durch öffnen der darf und periodischen Bedarfsspitzen arbeitenden Ventile 60, 61, 71, 72 und 73 und Schließen der sauerstoffverbrauchenden Anlage zuführt. Die Luft- Ventile 62 und 69 wieder in Betrieb gesetzt werden. Zerlegungsanlage kann von einer solchen Größe sein, Wenn die Turbine wieder richtig arbeitet, kann man daß sie gasförmigen Sauerstoff und etwas flüssigen die Zufuhr von flüssigem Sauerstoff zu der Kammer Sauerstoff in einem Gesamtumfang' erzeugt, der im 45 30 durch Schließen des Ventils 83 unterbrechen und wesentlichen dem mittleren bzw. durchschnittlichen das Auffüllen des Behälters 80 mit verflüssigtem Verbrauch entspricht. Man kann den Verdichter 90 Sauerstoff durch die Pumpe 86 wieder beginnen, derart betreiben,' daß er den gasförmigen Sauerstoff Wenn die Kälteerzeugung der Expansionsvorrichin einer Menge verdichtet, die dem gleichmäßigen tung 54 nicht ausreicht, um während des Betriebes Verbrauch entspricht, und wenn der Verbrauch ge- 50 bei normalem Gasbedarf oder bei einem unter" dem fing ist, fördert die Pumpe 86 etwas flüssigen Sauer- Normalwert liegenden Gasbedarf genügend flüssigen stoff durch die Leitung 85 in den Vorratsbehälter 80. Sauerstoff zu liefern, kann der mittlere Flüssigkeits-XJm Bedarfsspitzen zu decken, sind Mittel zum Ver- spiegel in dem Behälter 80 allmählich absinken; in dampfen von Teilmengen der gespeicherten Flüssig- diesem Falle ist es vorzuziehen, flüssigen Sauerstoff, keit Und zum Fördern der verdampften Flüssigkeit 55 von einer entfernt liegenden Sauerstofferzeugungs-; "in die Rohrleitung vorgesehen. Wenn der Druck in anlage anzutransportieren und ihn durch den Stutzen der Rohrleitung niedrig ist, kann man einen mit Zu- 87 in den Behälter 80 einzuleiten. Gewöhnlich erweist führung durch Schwerkraft arbeitenden Verdampfer es sich als wirtschaftlich günstig, der Anlage eine verwenden. Vorzugsweise leitet man die Flüssigkeit ausreichend geringe Erzeugungskapazität zu geben; durch eine mittels eines Ventils 94 gesteuerte Rohr- 60 so daß sie kontinuierlich arbeiten kann, ohne; eine leitung 93 zu einer Pumpe 95., die ähnlich ausgeführt größere als die verwendbare Sauerstoff menge änzu^e!i" sein kann wie die in der USA.-Patentschrift sammeln, und dann, wenn der durchschnittliche Ver-2 455 460 beschriebene Pumpe. Von der Pumpe 95 brauch größer sein sollte, den Unterschied durch Beiaus-kann man die Flüssigkeit einem geeigneten Ver- gäbe von angeliefertem flüssigem Sauerstoff auszftr dämpfer zuleiten; dieser Verdampfer96 wird durch 65 gleichen. .'■■"' ''"■■: ein Heizmedium erwärmt, und das entstehende Gas Bei der in Fig. 1 gezeigten Anlage wird der strömt in die Rohrleitung 92. In die Verbindungs- Wärmeaustausch zwischen dem gasförmig erzeugten· leitung 98 zu der Rohrleitung "kann ein Rückschlag- Sauerstoff und einem Teil der verdichteten Luft durefe ventil 97 eingeschaltet sein. In der Rohrleitung kann die Regeneratoren 12 bewirkt, und die Reinheit f ein Druckmesser 99 liegen oder ein Druckschalter, 70 Sauerstoffes liegt unter 99 Prozent. Derartiger $

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stoff ist für metallurgische Zwecke brauchbar. Wird wobei im Falle von Bedarfsspitzen etwas zusätzliche Sauerstoff höherer Reinheit benötigt, ersetzt man das Flüssigkeit aus dem Behälter 80 verdampft. Regenerator-Wärmeaustauschsystem 12 durch eine Eine vierte Betriebsweise wird weiter unten in

Gruppe von Gegenstromwärmeaustauschern, die ab- Verbindung mit Fig. 4 beschrieben, wechselnd abgetaut werden können, oder durch 5 Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Vorrichtungen andere bekannte Systeme, z. B. durch nicht umsteuer- ähneln der in Fig. 1 gezeigten in bezug auf die mit bare Sauerstofferwärmungskanäle in den Stickstoff- gleichen Bezugsziffern gekennzeichneten Elemente, regeneratoren oder durch abwechselnd mit ver- unterscheiden sich jedoch hinsichtlich der Vorkehschiedenen Gasen beschickte Wärmeaustauscher. rungen zum Decken des Kältebedarfes durch Teil-Die Reinheit des flüssigen Sauerstoffes ähnelt io mengen gespeicherter Flüssigkeit. So ist in Fig. 2 ein vorzugsweise der Reinheit des gasförmigen Sauer- Behälter 90 zur Aufnahme einer angesammelten stoffes. Menge flüssiger Luft vorgesehen, die durch einen

War die ganze Anlage eine Zeitlang außer Betrieb, innerhalb einer Hilfs-Sauerstoffverdampfungskammer kann man die erneute Inbetriebnahme der Anlage da- 93 angeordneten Kondensator 92 erzeugt wird. Der durch erleichtern, daß man dem Sauerstoffverdampfer 15 Kondensator 92 ist in die Leitung 24 für gewaschene 30 aus dem Behälter 80 flüssigen Sauerstoff zuführt, Luft eingeschaltet, und die in ihm erzeugte Flüssigum die durch die Turbine 54 erzeugte Kältemenge zu keit gelangt zum Teil durch eine Leitung 94 zu einer vergrößern. Sobald ein gleichmäßiger Betriebszustand Leitung 95, die zwischen den unteren Enden des erreicht ist, kann man den Vorrat an flüssigem Sauer- Waschturmes 23 und der Rektifikationskammer 25 stoff wieder ergänzen. Gegebenenfalls kann man vor 20 eine Verbindung herstellt. Eine durch ein Ventil 97 dem Inbetriebsetzen flüssigen Sauerstoff antranspor- gesteuerte Abzweigung 96 der Leitung 94 führt die tieren und ihn durch den Stutzen 87 in den Behälter' in dem Kondensator 92 entstehende flüssige Luft mit 80 einleiten. sehr langsamer Geschwindigkeit in den Behälter 90

Es ist festzustellen, daß gemäß der Erfindung je ein, und wenn die kälteerzeugende Vorrichtung abgenach den gegebenen Anforderungen mehrere Betriebs- 25 stellt wird, entnimmt man dem Behälter 90 flüssige weisen möglich sind. In einem Falle kann z. B. die Luft mit einer geregelten Geschwindigkeit durch die Luftzuführung und die kälteerzeugende Expansions- mit der Leitung 95 verbundene Leitung 98, wobei die vorrichtung so bemessen sein, daß der gleichbleibende Entnahmegeschwindigkeit durch ein in die Lei-Bedarf des an die Rohrleitung angeschlossenen Ver- tung 98 eingeschaltetes Ventil 99 geregelt wird. Die brauchers an gasförmigem Sauerstoff gedeckt wird, 30 Verdampferkammer 93 liegt in der Leitung 48 für während jeder den gleichbleibenden Bedarf über- den gasförmigen Sauerstoff, und zum Überführen schreitende Sauerstoffbedarf durch Verdampfen von flüssigen Sauerstoffes aus dem Raum 30 in den Verflüssigem Sauerstoff aus dem Behälter 80 gedeckt dämpfer 93 ist eine durch ein Ventil 100' gesteuerte wird, den man mit flüssigem Sauerstoff aus einer ent- Leitung 100 vorgesehen. Ferner kann zwischen den fernt gelegenen Anlage wieder auffüllt. 35 Kammern 30 und 93 eine Verbindungsleitung 101 für

Für eine zweite Betriebsweise kann man eine Kälte- die Gasphase angeordnet sein.

maschine vorsehen, die lediglich groß genug ist, um In Fig. 3 ist ein Speicherbehälter 102 vorgesehen,

die Tieftemperaturkälte zu liefern, die für einen Betrieb dem flüssiger Stickstoff vom unteren Teil eines Konzur Deckung des niedrigen gleichbleibenden Bedarfs densators 104 aus durch eine durch das Ventil 105 an gasförmigem Sauerstoff ausreicht, die jedoch Luft- 40 gesteuerte Leitung 103 zugeführt wird. Der Kondenverdichtungsmaschinen, z. B. einen Hilfsluftverdichter sator 104 befindet sich in einem Hilfs-Sauerstoff-10', Wärmeaustauscher und Rektifikationssäulen um- verdampfer 93 ähnlich dem in Fig. 2 dargestellten, faßt, die so bemessen sind, daß sie einen gewissen Zur Überleitung von Stickstoff aus dem oberen Teil Luftüberschuß verarbeiten können, so daß dann, des Hauptkondensators 26 dient eine zu dem Kondenwenn der Sauerstoffbedarf den niedrigen konstanten 45 sator 104 führende Verbindungsleitung 107. Soweit Bedarf übersteigt, mehr Luft verdichtet, gekühlt und der Kondensator 104 mehr flüssigen Stickstoff erder Säule zusammen mit einer ausreichenden Menge zeugt, als zum Füllen des Behälters 102 während flüssigen Sauerstoffes aus dem Vorratsbehälter 80 zu- einer Betriebsperiode erforderlich ist, strömt der flüsgeführt wird, um diejenige Tieftemperaturkältemenge sige Stickstoff durch eine Zweigleitung 108, die von zu liefern, um welche der Bedarf die Leistungsfähig- 50 der Leitung 103 zu der Leitung 28 führt, um der keit der Expansionsmaschine überschreitet. Das Gas, Rektifikationsvorrichtung flüssigen Stickstoff zuzudas aus der vom Behälter 80 zugeführten Flüssigkeit führen, wenn die Expansionsturbine abgestellt ist, ist entsteht, vermischt sich mit dem durch Luftzerlegung eine Leitung 109 zwischen dem Boden des Behälters gewonnenen Gas, um den Gasbedarf der Rohrleitung 102 und der Leitung 28 vorgesehen. In die Leitungen zu decken. Plötzliche Bedarfsspitzen deckt man durch 55 108 und 109 sind Regelventile 108' bzw. 109' einge-Verdampfen weiterer Mengen der von außen ange- schaltet.

lieferten Flüssigkeit mit Hilfe der Pumpe 95 und des Es wird angenommen, daß die normale Betriebs-

Verdampfers 96. weise der in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Systeme

Bei einer dritten Betriebsweise geht man gemäß aus der obigen Beschreibung deutlich hervorgeht. Es der weiter oben gegebenen Beschreibung vor, wonach 60 wird jedoch darauf hingewiesen, daß die durch die die Kältemaschine und die übrigen Luftzerlegungs- Turbine erzeugte Kältemenge während des normalen einrichtungen so bemessen sind, daß sie Sauerstoff in Betriebes bei laufender Expansionsturbine 54 diegasförmiger und flüssiger Form erzeugen, um den jenige Kältemenge etwas übersteigen muß, die man Gesamtdurchschnittsbedarf zu decken, wobei die Er- zum Betrieb einer Anlage zum Erzeugen der gezeugung von flüssigem Sauerstoff in Zeiten niedrigen 65 wünschten Sauerstoffmenge benötigt. Man sieht diesen Bedarfes zum Auffüllen des Flüssigkeitsvorrates im geringen Kälteüberschuß vor, damit man die in den Behälter 80 dient, wobei man einen Bedarf von mäßi- Sammelbehältern 80, 90 bzw. 102 zu sammelnde ger Höhe durch erhöhte Luftzufuhr bei verstärkter Flüssigkeit dem System langsam entnehmen kann. Erzeugung gasförmigen Sauerstoffes und herabge- Im Falle der Fig. 1 saugt somit die Pumpe 86 flüssetzter Erzeugung flüssigen Sauerstoffes deckt und 70 sigen Sauerstoff sehr langsam aus dem Raum 30 des

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Sauerstoffverdampfers ab und fördert ihn in den Be- Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird der

hälter 80. Wenn dann der Wärmeaustauscher 57 außer Behälter 90 bei etwas geöffnetem Ventil 97 während

Betrieb gesetzt und die Turbine 54 abgestellt werden des normalen Betriebes allmählich mit flüssiger Luft

soll, kann man die Anlage weiter betreiben und ihr gefüllt; nach dem Abstellen der Kälteerzeugungs-Sauerstoff entnehmen, indem man die Ventile 60, 61, 5 turbine kann man das Ventil 97 schließen und dem ;

71, 72 schließt und das Ventil 62 öffnet, um die Ent- System Flüssigkeit aus dem Behälter 90 zuführen,

nahmeluft unmittelbar in den Waschturm 23 einzu- indem man das Ventil 99 auf die erforderliche Menge

leiten. Dann tritt im wesentlichen die gesamte ge· einstellt. Man erkennt, daß man die flüssige Luft aus

waschene Luft durch die Leitung 24 in die untere dem Behälter 90 in den Skrubber einleiten könnte Säule 25 ein. Wenn es erwünscht ist, die Turbine auf io oder vorzugsweise in den unteren Teil der Hoch-

ihrer Betriebstemperatur zu halten, kann man von der druckkammer 25, von wo aus die Luft zusammen mit

Leitung 63 aus über die Leitung 67 einen kleinen Flüssigkeit aus dieser Kammer durch die Leitung 38

Strom gewaschener Luft durch die Turbine zu der in die Niederdruckrektifikationskammer 29 gelangen

oberen Säule leiten; hierzu benutzt man die Anzapf- würde.

ventile 69 und 73. Zum Auftauen des Wärme- 15 Die in Fig. 3 dargestellte Anlage läßt sich in ähn-

austauschkanals 57 leitet man mit Hilfe der mit den licher Weise betreiben, abgesehen davon, daß hier

Ventilen 74 und 75 ausgerüsteten Stutzen warmes flüssiger Stickstoff durch Kondensation erzeugt "und"

trockenes Gas durch ihn hindurch. in geeigneter Weise langsam angesammelt wird, um ^!

Um ein Absinken der Flüssigkeitsspiegel in der dann, wenn die Turbine abgestellt ist, allmählich dem ' Rektifikationskolonne infolge von Kälteverlusten zu 20 oberen Teil der Niederdruckrektifikationskammer zuverhindern, entnimmt man dem Vorrat in dem Be- geführt zu werden.

hälter 80 nach Bedarf flüssigen Sauerstoff. Diesen ■ Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel erflüssigen Sauerstoff kann man dem Sauerstoffsammei- möglicht die bereits erwähnte vierte Betriebsweise, raum 30 mit Hilfe des Ventils 83 in dem benötigten bei der daran gedacht ist, auf alle besonderen mecha-Ausmaß zuführen. Sobald der Wärmeaustauscher 57 25 nischen Vorrichtungen zum Erzeugen von Kälte zu gereinigt ist, kann er durch öffnen der Ventile 60, 61, verzichten und Vorkehrungen zu treffen, um die für 71, 72 und 73 und Schließen der Ventile 62 und 69 den Betrieb erforderliche Tieftemperaturkälte durch wieder in Betrieb gesetzt werden. Wenn die Turbine Verdampfen von in die Anlage eingetragenem flüs- ! 54 wieder richtig arbeitet, kann man die Zufuhr von sigem Sauerstoff zu erzeugen. Luft wird in dem Verflüssigem Sauerstoff zu der Kammer 30 durch 30 dichter 110 verdichtet und gelangt durch eine mit Schließen des Ventils 83 unterbrechen und das Auf- Umsteuerventilen zusammenwirkende Leitung 113 füllen des Behälters 80 mit verflüssigtem Sauerstoff zu Stickstoffregeneratoren 111; von den Regeneradurch die Pumpe 86 wieder beginnen. toren strömt die gekühlte Luft durch Umsteuerventile ^;.

War die ganze Anlage eine Zeitlang außer Betrieb, 118 und eine Leitung 122 zum unteren Teil der kann man die erneute Inbetriebnahme der Anlage da- 35 Waschkammer 123. Vom oberen Teil der Wasch- _; durch erleichtern, daß man dem Sauerstoffverdampfer kammer 123 gelangt die Luft weiter durch die Lei- 30 aus dem Behälter 80 flüssigen Sauerstoff zuführt, tung 124 zum unteren Teil der Hochdruckrektifikaum die durch die Turbine 54 erzeugte Kältemenge zu tionskammer 125. Die Kammer 125 steht mit dem vergrößern. Sobald ein gleichmäßiger Betriebszustand Hauptkondensator 126 im unteren Teil 130 determent ist, kann man den Vorrat an flüssigem Sauer- 40 Niederdruckrektifikationskammer 129 in Verbindung; stoff wieder ergänzen. Gegebenenfalls kann man vor von einer Sammelrinne 127 am oberen Teil der Kam- _; dem Inbetriebsetzen flüssigen Sauerstoff antranspor- 111er 125 strömt durch eine Leitung 128 flüssiger >: tieren und ihn durch den Stutzen 87 in den Behälter Stickstoff zum oberen Teil der Säule 129. Die Wasch- 80 einleiten. flüssigkeit aus- dem Überlaufbehälter 133 in der Kam-

Beim Betrieb einer Anlage nach Fig. 1 kann es 45 mer 123 wird durch die Leitung 134, ein Regelventil weiterhin erwünscht sein, eine Luftentspannungs- 135, Filter 136 und eine Leitung 137 einem mittleren vorrichtung, ζ. B. eine Turbine 54, vorzusehen, die Abschnitt der Niederdruckkolonne 129 zugeführt, derart regelbar ausgeführt ist, daß sie einen größeren Eine Verbindungsleitung 138 ermöglicht das Über- oder kleineren Teil der der Anlage zugeführten Luft leiten von Flüssigkeit vom Boden der Kammer 125 _; wirtschaftlich entspannt; verwendet man eine solche 50 zu der Leitung 137 nach einer Drosselung durch ein Expansionsvorrichtung, ist gemäß der Erfindung eine Ventil 139. Vom oberen Teil der Rektifikationssäule Betriebsweise möglich, bei der der Verdichter 10 eine strömt der Stickstoff durch eine Leitung 140 zu einem _; konstante Luftmenge liefert, von der bei geringem Wärmeaustauscher 141, der die Wärmeaustauscher-Bedarf der Verbraucheranlage ein größerer Teil durch schlange 142 der Leitung 128 enthält, und von dort die Entspannungsvorrichtung geleitet wird, um die 55 weiter durch eine Leitung 144 zu einer Wärmeaus- ■„ Kälteerzeugung zu steigern, so daß ein größerer Teil tauscherschlange 145 im oberen Teil der Kammer ι des hergestellten Sauerstoffes als flüssiger Sauerstoff 123, von wo aus der Stickstoff durch eine Leitung anfällt, der durch die Pumpe 86 abgesaugt und in den 146 und die Umsteuerventile 118 zu den Regenera-Vorratsbehälter 80 gefördert wird, während die in toren 111 gelangt. Der ausströmende Stickstoff ver- * Gasform anfallende Menge des Sauerstoffes gering 60 läßt das System durch eine Leitung 147. sein kann. Sobald der Bedarf steigt, muß man den Wenn es erwünscht ist, Sauerstoff zu erzeugen, Anteil der entspannten Luft verkleinern, um verhält- dessen Reinheit 98 Prozent nicht übersteigt, könnte nismäßig weniger flüssigen und mehr gasförmigen man zwei Sauerstoff regeneratoren verwenden, um die ,: Sauerstoff herzustellen, bis die Kälteerzeugung so Kälte des erzeugten Sauerstoffes zurückzugewinnen, .:· weit gesunken ist, daß kein flüssiger Sauerstoff mehr 65 wie es z. B. in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist. Wenn | entsteht und die gesamte Erzeugung in Gasform an- jedoch wenigstens ein Teil des Bedarfes durch Sauej?-■> fällt. Bei einer weiteren Steigerung des Bedarfes stoff hoher Reinheit von z.B. 99,5 Prozent gedeckt _!;| zieht man aus dem Vorratsbehälter Flüssigkeitsteil- werden muß, bewirkt man das Erwärmen des erzeug- ;|| mengen ab und verdampft sie in der bereits beschrie- ten Sauerstoffes durch indirekten Wärmeaustausch"} ti¹ benen Weise. 70 zu diesem Zweck sieht man eine Reihe von Wijsw- Jl,

austauschern mit doppelt vorhandenen Wärmeaustauscherkanälen 150 vor, denen ein Teil der verdichteten Luft aus der Leitung 113 durch eine Leitung 151 zugeführt wird. Vom kalten Ende der Wärmeaustauschkanäle 150 strömt die teilweise gekühlte Luft durch eine Leitung 152 zu zwei weiteren Wärmeaustauschkanälen 153, in denen die Luft teilweise verflüssigt werden kann. Die so gekühlte und zum Teil verflüssigte Luft gelangt von den Wärmeaustauschkanälen 153 durch eine Leitung 154 zu einem unteren Abschnitt der Waschkammer 123. Die Wärmeaustauscher 150 und 153 sind doppelt vorgesehen, so daß man jeweils ein Paar auftauen kann, während das andere Paar benutzt wird, so daß der Betrieb nicht unterbrochen zu werden braucht. Den erzeugten Sauerstoff, der erwärmt werden soll, führt man durch eine Leitung 156 zum kalten Ende der die Kanäle 153 umgebenden Wärmeaustauschkanäle 157 und vom warmen Ende der Kanäle 157 durch eine Leitung 158 zum kalten Ende der die Kanäle 150 umgebenden Wärmeaustauschkanäle 159. Der erwärmte Sauerstoff strömt dann durch eine Leitung 160 zum Eintritt eines Sauerstoffverdichters 161, der den Sauerstoff durch eine Leitung 162 in eine Rohrleitung 163 fördert, die zu den sauerstoffverbrauchenden Vorrichtungen führt, die bei einem großen Stahlwerk in manchen Fällen mit Sauerstoff hoher Reinheit arbeiten.

Die für den kontinuierlichen Betrieb der bis jetzt beschriebenen Anlage erforderliche Kälte wird durch flüssigen Sauerstoff geliefert, der von einem mit hochwirksamer Wärmeisolation 171 umgebenen Vorratsbehälter 170 zugeführt wird. Wenn sich dieser Behälter gegenüber der Rektifikationssäule auf einer geeigneten Höhe befindet, kann man die Schwerkraft dazu benutzen, der Sauerstoffverdampferkammer 130 durch eine Leitung 172 flüssigen Sauerstoff aus dem Vorratsbehälter 170 in den gewünschten Mengen zuzuführen. Alternativ kann der in dem Behälter 170 gespeicherte flüssige Sauerstoff unter einem Druck stehen, der etwas höher ist als der in der Niederdruckrektifikationskammer 129 herrschende Druck; in diesem Falle kann der flüssige Sauerstoff durch den Druckunterschied aus dem Behälter 170 in die Kammer 130 übergeführt werden. Eine weitere, in Fig. 4 dargestellte Alternative besteht darin, daß man in die Leitung 172 eine Pumpe 173 für flüssigen Sauerstoff einschaltet, so daß sich der Behälter auf niedriger Höhe befinden und mit Atmosphärendruck arbeiten kann, wobei die Flüssigkeit durch die Pumpe aus dem Behälter 170 in die Kammer 130 gefördert wird. In jedem Falle ist in die Leitung 172 ein Regelventil 174 eingeschaltet. Der Behälter 170 kann von Zeit zu Zeit durch den Stutzen 175 gefüllt werden; Dämpfe, die durch das Eindringen von Wärme in die gespeicherte Flüssigkeit entstehen, können vom oberen Teil des Behälters 170 durch eine Leitung 176 zur Saugseite des Sauerstoff Verdichters 161 geleitet werden.

Wenn der Bedarf der an die Rohrleitung 163 angeschlossenen Verbraucher veränderlich ist, ist es wirtschaftlich günstig, die Anlage so zu bauen und zu betreiben, daß der erzeugte Sauerstoff den niedrigen gleichbleibenden Bedarf deckt, während man zur Deckung der Bedarfsspitzen zweckmäßigerweise in eine Leitung 179, welche die Förderseite einer Pumpe 180 mit der Rohrleitung 163 verbindet, einen Verdampfer 178 einschaltet. Die Saugseite der Pumpe 180 steht über eine Leitung 181, in die ein Ventil eingeschaltet ist, mit dem unteren Teil des Vorratsbehälters 170 in Verbindung. Wenn man außerdem Sauerstoff geringerer Reinheit, z. B. von 95 Prozent, benötigt, kann man einer Leitung 182 Sauerstoff dieses Reinheitsgrades leicht dadurch zuführen, daß man einem Teil des durch die Leitung 160 gelieferten Sauerstoffes hoher Reinheit einen Teil der verdichteten Luft beimischt; um die hierfür erforderlichen Verbindungen herzustellen, sind die Ventile 183 und 184 vorgesehen.

Die Saugseite des Verdichters 161 kann mit einer auf Druckänderungen ansprechenden Vorrichtung 187 verbunden sein, um den Verdichter derart zu steuern, daß in der Leitung 160 ein konstanter Unterdruck aufrechterhalten wird. Die Rohrleitung 179 kann durch ein Rückschlagventil 186 gesteuert sein, das nur eine Strömung in Richtung auf die Rohrleitung 163 zuläßt, und sie kann mit einem auf Druckänderungen ansprechenden Gerät 188 verbunden sein, das die Pumpe 180 derart steuert, daß der Druck in der Rohrleitung innerhalb der gewünschten Grenzen gehalten wird.

Beim Betrieb der Anlage kann es erwünscht sein, daß die durch die Wärmeaustauscher 150 und 153 gelieferte Luft unter einem etwas höheren Druck steht als die von den Regeneratoren 111 gelieferte Luft; zu diesem Zweck kann in die Leitung 151 ein Hilfsverdichter 185 eingeschaltet sein. Die verdichtete, gekühlte und der Rektifikation zugeführte Luftmenge kann ebenfalls innerhalb verhältnismäßig enger Grenzen verändert werden, und man kann die Zuführung des flüssigen Sauerstoffes dementsprechend einstellen.

Beim Betrieb der in Fig. 4 dargestellten Anlage wird der gesamte der Anlage in flüssiger Form zugeführte und periodisch in den Behälter 170 eingeleitete Sauerstoff dazu verwendet, den an die Rohrleitungen angeschlossenen Verbrauchern gasförmigen Sauerstoff zuzuführen. Durch Betreiben der Luftzerlegungsanlage kann jedoch eine größere Sauerstoffmenge hergestellt werden als durch die Verdampfung flüssigen Sauerstoffes, den man der Kammer 130 aus. dem Behälter 170 zuführt. Gleichzeitig wird die Kälte des der Kammer 130 zugeführten flüssigen Sauerstoffes nutzbar gemacht. Man erkennt somit, daß die Anlage auf wirtschaftliche Weise eine große Menge gasförmigen Sauerstoffes an der Verbrauchsstelle bzw. in ihrer Nähe liefert, wobei lediglich der Antransport mäßiger Mengen flüssigen Sauerstoffes von einer entfernt gelegenen Sauerstofferzeugungsanlage erforderlich ist. Der Kapitalaufwand und die Wartungskosten für eine kälteerzeugende Turbine und einen großen Wärmeaustauscher werden ebenfalls eingespart. Das erfindungsgemäße System kann einen veränderlichen Bedarf bei geringem Kapitalaufwand und niedrigen Betriebskosten decken.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Zerlegen von Luft bei niedriger Temperatur durch Rektifikation, wobei die von Feuchtigkeit und Kohlendioxyd befreite Luft wenigstens zum Teil verflüssigt wird und die gasförmigen und verflüssigten Teile rektifiziert werden, um Sauerstoff und Stickstoff voneinander zu trennen, und diese Produkte zum Kühlen weiterer Luftmengen verwendet werden und Anteile einer gelagerten Flüssigkeitsmenge, die z. B. während Zeiten geringer Beanspruchung gewonnen wurden und die eine der bei der Trennung beteiligten Flüssigkeiten ähnliche Zusammensetzung aufweisen, der Rektifizierungsstufe zugeführt werden,

wo eine ähnliche Zusammensetzung der Flüssigkeit vorherrscht, dadurch gekennzeichnet, daß man während der nachfolgenden Zeiten des kontinuierlichen Betriebes Teile der gelagerten Flüssigkeit mit einer Geschwindigkeit der Rektifizierung zuführt, die ausreicht, um zumindest teilweise den Kältebedarf der Luftzerlegung zu decken, der die von den Abtrennungsprodukten gewonnene Abkühlung überschreitet, wobei man die übliche weitere Abkühlung der gekühlten Luft durch Expansion unter Leistung von Arbeit nach außen zum Teil oder gänzlich fortfallen läßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die gelagerte Flüssigkeitsmenge aus einer außerhalb der Vorrichtung liegenden und mit der Luftzerlegung, bei der die Kälte

dieser Flüssigkeit verwertet wird, nicht direkt verbundenen Quelle liefert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man während der Zeiten schwachen Bedarfes zusätzlich eintretende Luft komprimiert und der Rektifikation eine Menge an gelagerter Flüssigkeit in ausreichender Weise zufügt, um für die zusätzliche Luft den gesamten Abkühlungsbedarf bei der Luftzerlegung, der mehr als der aus den Abtrennungsprodukten erhaltenen Abkühlung entspricht, zu liefern.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 541 576, 590 029,
829176;
USA.-Patentschrift Nr. 2 217 467.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen