DE1022247B - Process for pumping the lower-boiling component, which originates from a fractionation of a mixture of low-boiling gases, in the liquid phase to a relatively high pressure - Google Patents

Process for pumping the lower-boiling component, which originates from a fractionation of a mixture of low-boiling gases, in the liquid phase to a relatively high pressure

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DE1022247B DEA18772A DEA0018772A DE1022247B DE 1022247 B DE1022247 B DE 1022247B DE A18772 A DEA18772 A DE A18772A DE A0018772 A DEA0018772 A DE A0018772A DE 1022247 B DE1022247 B DE 1022247B
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Description

Verfahren zum Pumpen der aus einer Fraktionierung eines Gemisches tiefsiedender Gase stammenden niedrigersiedenden Komponente in flüssiger Phase auf verhältnismäßig hohen Druck Beim Betrieb von Ansagen zur Erzeugung von Sauerstoff und Stickstoff durch Verflüssigung und Fraktionierung von Luft ist es häufig wünschenswert, für eine Zufuhr von Stickstoff unter einem Druck zu sorgen, der erheblich über jenem liegt, bei dem Stickstoff als gesondertes Produkt an irgendeinem Punkt der Fraktionierung vorhanden ist. Bislang erreichte man solch eine Zufuhr, indem man das endgültige gasförmige Produkt Stickstoff wieder komprimierte, wie es normalerweise aus dem Warm.luftau.stauscher im wesentlichen unter atmosphärischer Temperatur und Druck anfällt.Process for pumping the from fractionation of a mixture low-boiling gases originating low-boiling component in the liquid phase relatively high pressure when operating announcements to generate oxygen and nitrogen by liquefaction and fractionation of air, it is often desirable to ensure a supply of nitrogen under a pressure which is considerably higher than that with nitrogen as a separate product at some point in the fractionation is available. So far, such a supply has been achieved by making the definitive gaseous product re-compressed as it normally would from the nitrogen Warm air exchanger essentially at atmospheric temperature and pressure accrues.

Das Wiederkomprimieren expandierter gasförmiger Produkte auf hohe Drücke ist in verschiedener Hinsicht ein verlustreiches und unerwünschtes Verfahren. Es erfordert mehrstufige Kompressoren, die bei Ölschmierung das komprimierte Gas mit Kohle:nwasserstofen verunreinigen, während bei Wasserschmierung normalerweise das komprimierte Gas durch ein Adsorptionsmittel, wie Siliciumgel, wieder getrocknet werden. muß. Deshalb ist die ganze Anlage teuer, nimmt viel kostbaren Platz ein und erfordert einen verhältnismäßig hohen Kraftaufwand.Recompressing expanded gaseous products to high Pressure is a wasteful and undesirable process in several ways. It requires multi-stage compressors that lubricate the compressed gas with oil with coal: contaminate hydrogen, while with water lubrication normally the compressed gas is re-dried by an adsorbent such as silicon gel will. got to. Therefore the whole system is expensive and takes up a lot of valuable space and requires a relatively high expenditure of force.

Es ist bekannt, Stickstoff dem Kondensator einer Luftzerlegungsanlage zu entnehmen, um kleinere Mengen flüssigen Stickstoffs zu erhalten. Es ist ferner bekannt, daß flüssiger Stickstoff durch eine Pumpe gefördert werden kann, die von einem Kühlmittel, z. B. einem Stickstoffbad, oder einem Apparat umgeben ist, in dem der Stickstoff durch einen verhältnismäßig kalten Strom, wie Sauerstoff, unterkühlt wird. Ferner ist es nicht mehr neu, flüssigen Sauerstoff einer Zerlegungsanlage durch Wärmetausch mit einem Strom verhältnismäßig kalter, z. B. durch Stickstoff unterkühlter Flüssigkeit zu entnehmen und dann in flüssigem Zustand auf einen verhältnismäß hohen Druck zu verdichten. Bisher ist es jedoch noch nicht möglich gewesen, einen flüssigen Stickstoff zu pumpen, der aus einer Zerlegungsanlage abgezogen wird, in welcher,der zu pumpende flüssige Stickstoff durch eine aus der Anlage abgeleitete Flüssigkeit unterkühlt wird.It is known to use nitrogen in the condenser of an air separation plant to be taken to obtain smaller amounts of liquid nitrogen. It is further known that liquid nitrogen can be conveyed by a pump that is operated by a coolant, e.g. B. a nitrogen bath, or an apparatus surrounded in which the nitrogen is subcooled by a relatively cold stream such as oxygen will. Furthermore, liquid oxygen from a decomposition plant is no longer new relatively cold by heat exchange with a stream, e.g. B. by nitrogen subcooled liquid and then in the liquid state on a relatively compressing high pressure. So far, however, it has not been possible to create one to pump liquid nitrogen withdrawn from a separation plant into which, the liquid nitrogen to be pumped through a derived from the system Liquid is hypothermic.

Es wurde nun festgestellt, daß man einen wesentlichen und nutzbaren Anteil des Stickstoffgehalts der Luft, die einer Luftfraktionierung zugeführt wird, in flüssiger Form gewinnen und auf eine Temperatur unterkühlen kann, bei der er sich in flüssiger Form ahne Risiko einer Gasblockierung ,der Pumpe pumpen läßt, und :daß eine solche Unterkühlung .durch Benutzung von Kolonnenprodukten des Stickstoffes erreicht werden kann, indem man zweckmäßige Druckdifferenzen zwischen dem Kühlungsmittel und der zu kühlenden Flüssigkeit aufrechterhält.It has now been found that you can get an essential and useful Proportion of the nitrogen content of the air that is fed to an air fractionation, in liquid form and can subcool to a temperature at which it can the pump can be pumped in liquid form without the risk of gas blockage, and: that such a supercooling .by using column products of nitrogen can be achieved by having appropriate pressure differentials between the cooling means and the liquid to be cooled.

Wenn man hochflüchtige Flüssigkeiten auf den höheren Druck pumpt, den man zur Speicherung in Drucktanks oder -flaschen oder zur Entleerung in Rohrleitungen benötigt, und wenn man die unter hohem Druck stehende hochflüchtige Flüssigkeit verdampft und in einem Wärmetauscher durch die einströmende Luft erwärmt, erzielt man wesentliche Vorteile schon aus dem Betrag der Abkühlung, der sich aus der Differenz des Wärmeinhalts von komprimiertem und expandiertem Gas ergibt. Diese Vorteile umschließen. eine große Wirtschaftlichkeit :der Anlage und eine Ersparnis an Bodenfläche, da man eine einfache Flüssigkeitspumpe vom normalen Plungertyp an Stelle der hochwerti;gen Druckanlage verwenden kann und außerdem die völlige Vermeidung von Verunreinigungen erreicht, da derartige Pumpen keine Flüssigkeitsschmierung benötigen. Außerdem wird die Sicherheit erhöht, da eine Verminderung in .der Größe und der Temperaturhöhe der Druckmittel und die Verhinderung von Verunreinigungen durch Schmiermittel erreicht werden. Schließlich erhält man gewöhnlich erwünschte Herabsetzungen im Kraftverbrauch, in der ßTberwachungsnotwendigkeit -und in der Instandhaltung.If you pump highly volatile liquids to the higher pressure, for storage in pressure tanks or cylinders or for emptying in pipes needed, and when you have the highly volatile liquid under high pressure evaporated and heated in a heat exchanger by the incoming air, achieved you get significant advantages from the amount of cooling that results from the difference the heat content of compressed and expanded gas results. These benefits enclose. a great economy: the system and a saving in floor space, there a simple liquid pump of the normal plunger type instead of the high quality one Can use pressure equipment and also the complete avoidance of contamination achieved because such pumps do not require any liquid lubrication. In addition, will increases safety, since there is a reduction in size and temperature the pressure medium and the prevention of contamination by lubricants achieved will. Finally, one usually obtains desired reductions in power consumption, in the need for monitoring and in maintenance.

Die Erfindung .kann bei Benutzung entweder einer einstufigen oder einer zweistufigen Kolonne angewendet werden, wie dies beispielsweise an Hand der Zeichnungen erläutert ist.The invention can be either single-stage or a two-stage column can be used, as shown, for example, on the basis of the Drawings is explained.

Fig. 1 zeigt ein Schema für ein Einkolonnenverfahren, bei dem der Stickstoff als Dampf aus einer Partialfraktionierung abgezogen, durch den flüssigen Sauerstoff der Hauptkolonne verflüssigt und durch das gasförmige Erzeugnis Stickstoff aus dieser Kolonne unterkühlt wird; Fig'. 2 zeigt ein ähnliches Verfahren, bei dem flüssiger Stickstoff aus der Hochdruckstufe einer zweistufigen Kolonne abgezogen und durch expandierten Hochdruckstickstoff aus der Hochdruckstufe unterkühlt wind.Fig. 1 shows a scheme for a single column process in which the Nitrogen withdrawn as vapor from a partial fractionation, through the liquid Oxygen in the main column is liquefied and through the gaseous Product nitrogen from this column is supercooled; Fig '. 2 shows a similar one Process in which liquid nitrogen from the high pressure stage is a two-stage Column withdrawn and expanded by high pressure nitrogen from the high pressure stage chilled wind.

Die wesentlichen Elemente der in Fig. 1 dargestellten Anlage sind: der Haupt-Wärmetauscher A, der von einer der üblichen Bauweisen sein kann, aber vier Umläufe haben muß ; ein Stickstoffabschei-der oder Vorfraktionator B, der aus einer gefüllten oder mit Glockenböden versehenen Kolonne bestehen kann; ein Glattrohr- oder Spiralrohrkondensator C mit einem Rückfluß zu diesem Fraktionator; eine Einstufen-Fraktionierkolonn.e D, die sowohl als gefüllte Kolonne ausgebildet. aber vorzugsweise mit Glockenböden ausgestattet sein kann; ein Stickstoffkondensator E, der die Hauptkolonne D umgibt oder in deren unterem angeordnet ist; ein Stickstoffkühler F, der gruntdsätzlich als Zweistromausta.uscher, häufig aber wegen der besseren Bedienbarkeit und Anpassungsfähigkeit als Dreistromaustauscher ausgebildet ist; und eine Pumpe G, die für hochflüchtige Flüssigkeiten geeignet ist.The essential elements of the system shown in Fig. 1 are: the main heat exchanger A, which can be of one of the usual designs, however must have four rounds; a nitrogen separator or pre-fractionator B, from can consist of a filled column or a column provided with bubble cap trays; a smooth tube or spiral tube condenser C with reflux to this fractionator; a one-step fractionation column e D, both designed as a filled column. but preferably with bubble caps can be equipped; a nitrogen condenser E surrounding the main column D. or is arranged in the lower part thereof; a nitrogen cooler F, which basically as a two-stream ousta.uscher, but often because of the better usability and adaptability is designed as a three-flow exchanger; and a pump G for highly volatile Liquids is suitable.

Ein Verlauf gemäß der Fig. 1 geht wie folgt vor sich: Luft unter einem gewünschten, relativ hohen Druck von 35 bis 175 atü, die im wesentlichen von Wasserdampf und Kohlensäure befreit ist, wird bei 10 in eine Rohrschlange 11 -des Austauschers _-I eingeführt, in,dem sie im Gegenstrom m-it dem Stickstoff-und Sauerstoffprodukt und mit dem gepumpten Stickstoffstrom Wärme austauscht. Beim Verlassen des Wärmeaustauschers durch die Leitung 12 expandiert der teilweise rückgekühlte Luftstrom während seines Durchgangs durch das Expansionsventil 13 auf einen mittleren Druck, der für gewöhnlich zwischen 6 und 20 atü schwankt. Diese Expansion verflüssigt einen Teil der Luft, von der eine gewisse Menge in den Separator B eintritt, und zwar als ein Gemisch von Flüssigkeit und gesättigtem Dampf.A course according to FIG. 1 proceeds as follows: Air under a desired, relatively high pressure of 35 to 175 atmospheres, which has essentially been freed of water vapor and carbonic acid, is at 10 in a coil 11 of the exchanger _-I introduced in which it exchanges heat in countercurrent with the nitrogen and oxygen product and with the pumped nitrogen stream. When leaving the heat exchanger through the line 12, the partially recooled air flow expands during its passage through the expansion valve 13 to a mean pressure which usually fluctuates between 6 and 20 atmospheres. This expansion liquefies part of the air, some of which enters separator B, as a mixture of liquid and saturated vapor.

Die mit Sauerstoff angereicherte Luft, die sich unten im Flüssigkeits-»Sumpf« 14 des Separators sammelt, geht durch die Leitung 15 und das Expansionsventil 16, das ihren Druck auf 1 atü reduziert, durch eine Rohrschlange 17 im Kondensator C. Der Mantel dieses Kondensators wird durch den Einlaß 18 mit Stickstoffdampf beschickt, während das Kondensat durch 19 zur Kolonne zurückläuft. Die mit Sauerstoff angereicherte Luft strömt dann durch 20 und 21 sowie durch das Absperrventil 22 wie bei 23 in mittlerer Höhe in die Kolonne D.The air enriched with oxygen, which is below in the liquid "swamp" 14 of the separator collects, goes through line 15 and expansion valve 16, which reduces its pressure to 1 atm, through a coil 17 in the condenser C. The jacket of this condenser is charged with nitrogen vapor through inlet 18, while the condensate runs back through 19 to the column. The one enriched with oxygen Air then flows through 20 and 21 and through the check valve 22 as at 23 in FIG medium height into column D.

In dieser und der folgenden Beschreibung sind die mit Nummern bezeichneten Ventile selbstverständlich geöffnet, sofern nichts anderes gesagt ist.In this and the following description, those are identified by numbers Valves are of course open, unless otherwise stated.

Jener Teil des Stickstoffdampfes, der nicht im Kondensator C verflüssigt ist, entweicht durch 24 zum Stickstoffkondensator E, wo er durch Wärmeaustausch mit. dem im »Sumpf« 25 in der Kolonne: D kochenden reinen Sauerstoff verflüssigt wird. Die sich bildende Flüssigkeit fließt durch Leitung 26 und Absperrventil 27 und die Leitung 28 zur Rohrschlange 29 durch den Tauscher F, in dem sie in einer "weiter unten erläuterten Weise heruntergekühlt wird. Der abgekühlte Flüssigkeitsstrom läuft durch Leitung 30 und Ventil 31 zur Saugseite der Pumpe G. An diesem Punkt hat er im wesentlichen noch .einen mittleren Druck. Daraufhin wird er durch diie Flüssigkeitspumpe auf einen gewünschten höheren Druck gebracht. Der Strom fließt dann durch die Leitung 32 zu der Rohrschlange 33 im Tausclier A, in dein die Flüssigkeit verdampft und der Dampf auf atmosphärische Temperatur gebracht wird. Der gasförmige Strom wird schließlich 'bei 34 unter einem durch die Flüssigkeitspumpe erhöhten Druck an Stahlflaschen, Vorratstanks oder Rohrleitungen, die nicht dargestellt sind, abgegeben.That part of the nitrogen vapor that does not liquefy in condenser C. is, escapes through 24 to the nitrogen condenser E, where it is exchanged by heat with. the pure oxygen boiling in the "sump" 25 in the column: D is liquefied will. The liquid that forms flows through line 26 and shut-off valve 27 and the line 28 to the coil 29 through the exchanger F, in which it is in a "is cooled down as explained below. The cooled liquid flow runs through line 30 and valve 31 to the suction side of pump G. At this point he still has an essentially medium pressure. He will then go through the Liquid pump brought to a desired higher pressure. The power is on then through the line 32 to the coil 33 in the exchanger A, into the liquid evaporated and the steam is brought to atmospheric temperature. The gaseous one Current is eventually increased 'at 34 under one by the liquid pump Pressure on steel cylinders, storage tanks or pipelines that are not shown, submitted.

Der gasförmige Stickstoff, der unter niedrigem Druck steht und in der Kolonne D abgeschieden ist, strömt durch die Leitungen 45, 46 und das Ventil 47 zu dem das kalte Ende der Pumpe G umgebenden Mantel 48, um die Wärme zu absorbieren, die entweder durch die Isolierung in die Pumpe eindringt oder durch Reibung in dieser entsteht. Von da strömt er durch die Leitung 49 in den Mantel 50 des Wärmetauschers A, wo er auf atmosphärische Temperatur gebracht wird und durch 51 aus dem Umlauf entweicht.The gaseous nitrogen that is under low pressure and in the column D is separated, flows through the lines 45, 46 and the valve 47 to the jacket 48 surrounding the cold end of the pump G to absorb the heat, which either penetrates the pump through the insulation or through friction in it arises. From there it flows through line 49 into jacket 50 of the heat exchanger A, where it is brought to atmospheric temperature and through 51 out of circulation escapes.

Der reine Sauerstoff, der in der Kolonne abgeschieden wird, fließt durch die Leitungen 52, 53 und 54 sowie durch das Ventil 55 in eine Rohrschlange 56, von der er bei 57 unter atmosphärischer Temperatur und Druck entlassen wird.The pure oxygen that is separated in the column flows through lines 52, 53 and 54 and through valve 55 into a coil 56, from which he is discharged at 57 under atmospheric temperature and pressure.

Falls die Anlage gemäß Fig. 1 zur Herstellung von Sauerstoff verwendet wird, während kein komprimierter Stickstoff gewünscht wird, läuft der im Kondensator F_ verflüssigte Stickstoffstrom durch den Stickstoff unterkühler F, durch die Leitungen 30 und 42 sowie durch das Ventil 43 oben in die Kolonne D, beispielsweise bei 44. Dort dient er als brauchbare Rückflußflüssigkeit.If the system according to FIG. 1 is used for the production of oxygen if compressed nitrogen is not desired, it runs in the condenser F_ Liquefied nitrogen flow through the nitrogen subcooler F, through the lines 30 and 42 and through valve 43 at the top into column D, for example at 44. There it serves as a useful reflux liquid.

Wie bereits oben erwähnt, wird der Strom des verflüssigten Stickstofft beim Durchfluß durch die Rohrschlange 29 auf seinem feg zur Saugseite der Pumpe in dem Tauscher F heruntergekühlt. Dieses Herabkühlen wird durch einen gasförmigen Stickstoffstrom erreicht, der zwecks Wärmeaustauschs mit der Rohrschlan@ge 29 zu dem Mantel des Tauschers F strömt. Zu diesem Zweck wird ein Teil des gasförmigen Stickstoffproduktes, der von der Kolonne D entweicht. durch die Leitung 45, das Ventil 58 und die Leitungen 59. 60 und 61 in den -Mantel 62 des Tauschers F geleitet. Nach dem Wärmeaustausch mit der Rohrschlange 29 verläßt der Strom von Stickstoffgas den Mantel 62 durch die Leitung 71, von wo er durch die Leitung 63 zu der Leitung 49 geführt wird. Dort vereinigt er sich auf seinem Wege zum Tauscher _d mit dem Strom gasförmiger Stickstoffprodukte aus dem Mantel 48 der Pumpe. Die Ventile 47 und 58 sind auf den erforderlichen Durchfluß der gasförmigen Stickstoffprodukte durch den Taucher F eingestellt, um die gewünschte Herabkühlung zu erreichen.As mentioned above, the stream of liquefied nitrogen is used when flowing through the coil 29 on its feg to the suction side of the pump cooled down in the exchanger F. This cooling down is done by a gaseous A stream of nitrogen reached, which for the purpose of heat exchange with the Rohrschlan @ ge 29 to the jacket of the exchanger F flows. To this end, part of the gaseous Nitrogen product escaping from column D. through line 45, the Valve 58 and the lines 59, 60 and 61 are passed into the jacket 62 of the exchanger F. After the heat exchange with the coil 29, the flow of nitrogen gas leaves the jacket 62 through the line 71, from where it is through the line 63 to the line 49 is performed. There he unites on his way to the exchanger _d with the Flow of gaseous nitrogen products from the jacket 48 of the pump. The valves 47 and 58 are at the required flow rate of the gaseous nitrogen products set by the diver F in order to achieve the desired cooling down.

Die wesentlichen Elemente der in Fig. 2 dargestellten Apparatur sind folgende: der erste Wärrneaustauscher H; eine Expansionsmaschine I, die eine Kalben- oder eine Turbomaschine sein kann, eine zweistufige Fraktionierkolon.ne T irgendeiner üblichen oder besonderen Bauart; ein Zweiweg-Wärmeaustauscher K zum Herunterkühlen von flüssigem Stickstoff; eine Flüssigkeitspumpe L, die als Drehkolbenpum.pe, als Zentrifugalpumpe oder vorzugsweise einfache Plungerpumpe ausgebildet sein kann.The essential elements of the apparatus shown in FIG. 2 are as follows: the first heat exchanger H; an expansion machine I, which can be a calving machine or a turbo machine, a two-stage fractionating column T of any customary or special type; a two-way heat exchanger K for cooling down liquid nitrogen; a liquid pump L, which can be designed as a rotary piston pump, a centrifugal pump or, preferably, a simple plunger pump.

Der Verlauf gemäß Fig. 2 geht wie folgt vor sich: Luft, die zunächst auf einen gewünschten Druck von 17,5 bis 70 atü gebracht und möglichst gereinigt ist, wird bei 100 in die Rohrschlange 101 des ersten Tauschers H eingeführt. Dort wird sie durch Wärmeaustausch mit kalten Kolonnenprodukten heruntergekühlt. Ein Teil des Luftstroms wird in mittlerer Höhe der Rohrschlange abgesaugt und geht durch die Leitung 102 und ein Regulier- und Absc'hlußventil 103 zur Expansionsmaschine 1. Diese reduziert den Druck auf jenen, der in der Hochdruckstufe der Kolonne herrscht, beispielsweise also auf 5 bis 6 atü. Der Auspuff der Expansionsmaschine geht durch die Leitung 104 und das Absperrventil 105 in den Unterteil der Kolonne J.The course according to FIG. 2 proceeds as follows: Air, the first brought to a desired pressure of 17.5 to 70 atmospheres and cleaned if possible is inserted into the coil 101 of the first exchanger H at 100. there it is cooled down by heat exchange with cold column products. A Part of the air flow is sucked off in the middle of the pipe coil and goes through the line 102 and a regulating and shut-off valve 103 to the expansion machine 1. This reduces the pressure to that which prevails in the high pressure stage of the column, for example to 5 to 6 atü. The expansion machine's exhaust goes through the line 104 and the shut-off valve 105 in the lower part of the column J.

Der Rest der zugeführten Luft :durchstreicht die ganze Länge der Schlange 101 und wird ebenfalls durch die Leitungen 106 und 107 sowie durch das Expansionsventil 108 dem Unterteil der Kolonne zugeführt.The rest of the air supplied: crosses the entire length of the snake 101 and is also through lines 106 and 107 and through the expansion valve 108 fed to the lower part of the column.

Die Luftmengen, die durch die Expansion.smaschdne und,das Expansionsventil gehen, können nach Wunsch in ihrem gegenseitigen Verhältnis bemessen werden, und es ist durch eine zweckmäßige Regelung des Anfangsluftdrucks möglich, ohne Gebrauch der Expansionsmaschine auszukommen.The amounts of air caused by the expansion. Machdne and, the expansion valve go, can be measured in their mutual relationship as desired, and it is possible without use by a suitable regulation of the initial air pressure the expansion machine get along.

Der Rohsauerstoff. der sich in der Hochdruckstufe der Kolonne absondert, geht in der üblichen Weise durch die Leitung 109, das Expansionsventil 110 und die Leitung 112 in die Niederdruckseite der Kolonne. Diese wird unter einem niedrigeren Druck von etwa 0,15 bis 0,7 atü gehalten.The raw oxygen. which separates in the high pressure stage of the column, goes in the usual way through line 109, expansion valve 110 and the Line 112 in the low pressure side of the column. This will be under a lower one Maintained pressure of about 0.15 to 0.7 atmospheres.

Der flüssige Stickstoff, der sich im Sumpf 113 im oberen Ende des Hochdruckteils sammelt, fließt durch die Leitungen 114 und 115, das Expansionsventil 116 und die Leitung 117 in das obere Ende des Niederdruckteils.The liquid nitrogen that is in the sump 113 in the upper end of the High pressure part collects, flows through lines 114 and 115, the expansion valve 116 and line 117 in the upper end of the low pressure part.

Der unter Niederdruck stehende gasförmige Stickstoff, der sich in dein oberen Teil der Kolonne abscheidet, strömt durch die Leitungen 118 und 120 zu dem Mantel 121, der das kalte Ende der Flüssigkeitspumpe L umgibt. Von dort geht er durch die Leitung 122 zum Mantel 123 des ersten Wärmetauschers und wird von dort bei 124 ins Freie entlassen.The low pressure gaseous nitrogen, which is in The upper part of the column separates, flows through lines 118 and 120 to the jacket 121 surrounding the cold end of the liquid pump L. From there goes it through line 122 to jacket 123 of the first heat exchanger and is from there at 124 released into the open.

Reiner Sauerstoff, der sich in der Niederdruckstufe absondert, strömt durch die Leitungen 125, 126 und 128 zur Rohrschlange 129 des ersten Wärmetauschers H und wird von dort bei 130 ins Freie entlassen.Pure oxygen, which is secreted in the low-pressure stage, flows through lines 125, 126 and 128 to coil 129 of the first heat exchanger H and is released from there at 130.

Von dem sich in dem Sumpf 113 sammelnden flüssigen Stickstoff kann ein Teil nach Wunsch durch das #'enti.l 131 und die Leitung 132 zu dem Einlaß in die Pumpe L geleitet werden. Hierbei fließt der Strom durch eine Rohrschlange 133 im Kühler K, in dem er auf die gewünschte niedrigere Temperatur in der vorbeschriebenen Weise gebracht wird. Die heruntergekühlte Flüssigkeit gelangt durch die Leitung 134 etwa unter dem in dem Hochdruckteil der Kolonne herrschenden Druck zu der Saugseite der Pumpe und wird durch diese auf den gewünschten höheren Druck gebracht, um schließlich durch die Leitung 135 in die Rohrschlange 136 des ersten Tauschers abgegeben zu werden. In dieser Rohrschlange wird die Flüssigkeit verdampft und durch Wärmetausch mit eintretender Luft auf etwa atmosphärische Temperatur gebracht. Dann wird das Gas durch die Leitung 137 unter dem durch die Pumpe erzeugten Druck in Vorratsbehälter oder Transportgefäße oder in eine Rohrleitung gefÜhrt, die nicht dargestellt sind.From the liquid nitrogen collecting in the sump 113 can part as desired through the # 'enti.l 131 and line 132 to the inlet in the pump L can be directed. The current flows through a coil 133 in the cooler K, in which it is set to the desired lower temperature in the above Way is brought. The cooled down liquid passes through the pipe 134 approximately under the pressure prevailing in the high pressure part of the column to the suction side the pump and is brought to the desired higher pressure by this to finally delivered through line 135 into coil 136 of the first exchanger will. In this pipe coil, the liquid is evaporated and through heat exchange brought to about atmospheric temperature with incoming air. Then that will Gas through line 137 under the pressure generated by the pump into reservoir or transport vessels or in a pipeline, which are not shown.

Das Herunterkühlen des Stromes flüssigen Stickstoffs in der Rohrschlange 133 des Kühlers h kann herbeigeführt werden, indem man im Wärrneaustauseh mit der Schlange 133 einen expandierten Strom von unter hohem Druck stehendem flüssigem Stickstoff führt. Zu diesem Zweck wird .ein Strom des flüssigen Stickstoffs aus dem Sumpf 113 durch die Leitung 115 und das Ventil 154 abgezogen. Der abgezweigte Strom wird durch die Leitung 155, das Expansionsventil 156 und die Leitung 145, 140 zu dem Mantel 141 des Kühlers K geleitet. Der abgezweigte Strom flüssigen, Stick-Stoffs fließt nach Wärmetausch mit der Rohrschlange 133 vom Mantel 141 durch die Leitung 142, die mit der Leitung 122 in Verbindung steht, und vereinigt sich auf dem Weg zum Haupttaucher H mit dem Strom gasförmigen Stickstoffprodukt, der vom Purnpenmantel 121 kommt.Cooling down the flow of liquid nitrogen in the coil 133 of the cooler h can be brought about by exchanging heat with the Serpent 133 is an expanded stream of high pressure liquid Nitrogen leads. For this purpose, a stream of liquid nitrogen is emitted withdrawn from the sump 113 through line 115 and valve 154. The branched off Current is through line 155, expansion valve 156 and line 145, 140 passed to the jacket 141 of the cooler K. The branched off stream of liquid, stick material flows after heat exchange with the coil 133 from the jacket 141 through the line 142, which communicates with line 122, and joins on the way to the main diver H with the stream of gaseous nitrogen product flowing from the pump jacket 121 is coming.

Normalerweise befinden sich Flüssigkeiten, die in einer gasfraktionierenden Kolonne zerlegt werden, mit dien darüberstehenden Gasen im Druckausgleich. Pumpt man solche Flüssigkeiten aus der Kolonne heraus, so verursachen die Flüssigkeitsreibung in der Zuführungsleitung und das Gewicht des Eintrittsventils von der zugehörigen Pumpe einen Druckabfall zwischen deren Einführungspunkt und dem Pumpenzylinder. Dadurch entsteht eine Dampfentwicklung, die zu einem neuen Gleichgewicht bei niedrigerem Druck führt. Bei diesen außerordentlich flüchtigen Flüssigkeiten verursacht schon ein ganz geringer Druckabfall eine Dampfentwicklung, die ausreicht, um ein weiches und ununterbrochenes Arbeiten der Pumpe schwierig oder unmöglich zu machen.Usually there are liquids that are in a gas fractionating Column are dismantled, with the overlying gases in pressure equalization. Pumps one such liquids out of the column causes the liquid friction in the supply line and the weight of the inlet valve from the associated one Pump a pressure drop between their point of introduction and the pump cylinder. This creates a vapor development that leads to a new equilibrium at lower Pressure leads. With these extremely volatile liquids already caused a very slight drop in pressure generates sufficient steam to produce a soft and make it difficult or impossible for the pump to operate continuously.

Diese Schwierigkeit wird durch die beschriebenen Arbeitsgänge vermieden, indem man die Flüssigkeit auf ihrem Weg zur Pumpe in einem solchen Maße abkühlt, daß der unvermeidbare Druckabfall nicht mehr ausreicht, um die Flüssigkeit bei reduzierter Temperatur in ein neues Gleichgewicht ztu bringen. Eine genügende Temperatursenkung vorausgesetzt, bildet diese Maßnahme eine wirksame Abhilfe gegen Blasenbildung, und sie sichert ein ununterbrochenes Pumpen ohne Fehlhübe.This difficulty is avoided by the operations described, by cooling the liquid on its way to the pump to such an extent that that the unavoidable pressure drop is no longer sufficient to reduce the liquid at Bring the temperature into a new equilibrium. A sufficient temperature reduction provided that this measure is an effective remedy against blistering, and it ensures uninterrupted pumping without incorrect strokes.

Das Ausmaß, auf das die Pumpflüssigkeit abgekühlt werden muß, hängt naturgemäß von dem Druckabfall zwischen der Speisestelle und dem Pumpenzylinder bei der jeweiligen Anordnung ab, außerdem von der Wärmemenge, die dem Flüssigkeitsstrang durch das ihn umgebende Isoliermaterial zugefüb.rt wird.The extent to which the pump liquid must be cooled depends naturally from the pressure drop between the feed point and the pump cylinder in the respective arrangement, also on the amount of heat that the liquid strand is supplied by the insulating material surrounding it.

\Tormal.erweise wird eine Temperatursenkung ausreichen, die der zur Senkung des Dampfdrucks der Flüssigkeit um etwa eine Atmosphäre entspricht. Von dieser Zahl wird man aber in ziemlich weiten Grenzen bei unterschiedlichem Druckabfall und Wärmeaufnahme durch die Zuleitung abweichen.\ Normally, a temperature decrease that is sufficient for the Lowering the vapor pressure of the liquid by approximately one atmosphere. from However, this number becomes within fairly wide limits with different pressure drops and heat absorption through the supply line differ.

Da Stickstoff in Luft die Hauptkomponente mit der niedrigeren Verdampfungstemperatur ist und da gewöhnlich keim Kühlmittel finit niedrigerem Siedepunkt bei gleichem Druck zur Verfügung steht, muß dieses auf einen Druck entlastet werden, der unter dem Zuführungsdruck des flüssigen Stickstoffes in der Pumpe liegt. Die erforderliche Druckdifferenz kann durch künstliche Unterdrucksetzung des durch die Kühlschlangen fließenden Kühlmittels erzeugt werden oder durch Evakuieren der Kammer, in :die das Kühlmittel eingebracht wird. Gemäß der Erfindung wird se jedoch in einfacher Weise durch Abpumpen des flus si-en Stickstoffes von jenem Punkt im Fraktionierungsablauf erreicht, an dein er noch merkbar über Atmosphärendruck liegt, und ferner durch Expandieren des Kühlmittels etwa auf atmosphärischen Druck, d. h. auf den niedrigsten Druck, bei dem es. noch mit der erforderlichen Geschwindigkeit durch die Durchlässe fließen kann, um den noch zu ersetzenden Abkühlungswert zu decken.Since nitrogen in air is the main component with the lower evaporation temperature is and there usually no coolant finitely lower boiling point with the same Pressure is available, this must be relieved to a pressure that is below the supply pressure of the liquid nitrogen in the pump. The required Pressure difference can be created by artificial pressurization of the cooling coils flowing coolant or by evacuating the chamber into: the the coolant is introduced. According to the invention, however, it becomes simpler Way by pumping out the flow of nitrogen from that point in the fractionation process reached, at which it is still noticeably above atmospheric pressure, and further by Expanding the coolant to about atmospheric pressure; d. H. at the lowest Pressure at which it. through the passages at the required speed can flow to cover the cooling value still to be replaced.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE: 1. @T erfahren zum Pumpen der aus einer Fraktionierung eines Gemisches tiefsiedender Gase stammenden niedrigersiedenden Komponente in flüssiger Phase auf verhältnismäßig hohen Druck zwecks Gewinnung einer gasförmigen, niedrigersiedenden Komponente undeiner flüssigen, höhersiedenden Komponente, die beide unter verhältnismüßig niedrigem Druck stehen, insbesondere zum Pumpen von Stickstoff in flüssiger Phase auf einen relativ hohen Druck beim Fraktionieren. von Luft in flüssigen Sauerstoff und gasförmigen Stickstoff unter verhältnismäßig niedrigem Druck, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige (E in Fig.1) Zwischenprodukt der niedrigersiedenden Komponente (Stickstoff), das unter seinem Verdampfungsdruck steht und aus einem Teil (12 in Fig. 1) des Gasgemisches (Luft) stammt, oder aber ein Teil (132 in Fig.2) des flüssigen (113 in Fig.2) Zwischenprodukts der niedrigersiedend@en Komponente (Stickstoff), das unter seinem Verdampfungsdruck steht und aus einem Teil (104, 107 in Fig. 2) des Gasgemisches (Luft) stammt, durch Wärmetausch (29 in Fig.1 bzw. 133 in Fig. 2) mit einem kühleren Gas der niedrigersiedenden Komponente (Stickstoff) bei einem Druck unterkühlt wird, der niedriger ist als jener des entsprechenden flüssigen Zwischenprodukts, worauf die unterkühlte Flüssigkeit (Stickstoff) auf den verhältnismäß hohen Druck gepumpt (G in Fig. 1 bzw. L in Fig. 2) wird. PATENT CLAIMS: 1. @T learn about the pumping of the lower-boiling component originating from a fractionation of a mixture of low-boiling gases in the liquid phase to a relatively high pressure for the purpose of obtaining a gaseous, lower-boiling component and a liquid, higher-boiling component, both of which are under relatively low pressure, especially for Pumping nitrogen in the liquid phase to a relatively high pressure during fractionation. of air in liquid oxygen and gaseous nitrogen under relatively low pressure, characterized in that the liquid (E in Fig. 1) intermediate product of the lower-boiling component (nitrogen), which is under its evaporation pressure and consists of a part (12 in Fig. 1) of the gas mixture (air) originates, or a part (132 in Fig. 2) of the liquid (113 in Fig. 2) intermediate product of the lower boiling component (nitrogen), which is under its evaporation pressure and consists of a part (104, 107 in Fig. 2) of the gas mixture (air) originates, by heat exchange (29 in Fig.1 or 133 in Fig. 2) with a cooler gas of the lower-boiling component (nitrogen) is subcooled at a pressure which is lower than that of the corresponding liquid intermediate, whereupon the supercooled liquid (nitrogen) is pumped to the relatively high pressure (G in Fig. 1 or L in Fig. 2). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterkühlen des flüssigen Zwischenproduktes der niedrigersiedenden Komponente durch Wärmeaustausch mit einem Teil (58, 59. 62) des in der Hauptkolonne (D) gewonnenen Produktes der niedrigersiedenden Komponente (Stickstoff) erfolgt (Fig. 1). 2. The method according to claim 1, characterized in that the supercooling of the liquid intermediate product of the lower-boiling component through heat exchange with a part (58, 59, 62) of the product obtained in the main column (D) lower-boiling component (nitrogen) takes place (Fig. 1). 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß das Unterkühlen des entnommenen Teils des flüssigen Zwischenproduktes der niedrigersiedenden Komponente durch Wärmeaustausch mit einem anderen entnommenen und auf den niedrigeren Enddruck entspannten Teil (154,155,156,141) dieses Zwischenproduktes erfolgt (Fig. 2). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 495 795, 729 657, 873 251; USA.-Patentschrift Nr. 2 480 094.3. The method according to claim 1, characterized in that the subcooling of the removed part of the liquid Intermediate product of the lower-boiling component by heat exchange with a other part removed and relaxed to the lower final pressure (154,155,156,141) this intermediate takes place (Fig. 2). Considered publications: German Patent Nos. 495 795, 729 657, 873 251; U.S. Patent No. 2 480 094.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE495795C (en) * 1928-05-05 1930-04-12 Pierre Polard Process for conveying liquid gases by means of a pumping process
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