DE1037489B

DE1037489B - Verfahren zum Kuehlen und Reinigen von Gasen

Info

Publication number: DE1037489B
Application number: DEST12397A
Authority: DE
Inventors: Pieter Jan Haringhuizen
Original assignee: Stamicarbon BV
Current assignee: Stamicarbon BV
Priority date: 1954-10-01
Filing date: 1957-03-27
Publication date: 1958-08-28
Also published as: FR71664E; US3036439A; NL89727C; DE1003240B; BE541565A; GB829135A; US2960836A; GB799351A; FR1137819A; NL101236C; BE556199A

Description

In dem deutschen Patent 1 003 240 ist ein Verfahren zum Kühlen eines Gases beschrieben, das insonderheit die Kühlung von Wasserstoff betrifft, mit Ausscheidung in fester Form von in dem betreffenden Gase vorhandenen Beimischungen, unter Verwendung von Wärmeregeneratoren oder umkehrbaren Wärmeaustauschern, bei dem das verunreinigte Gas in Gegenstrom und unter Wärmeaustausch in der Weise gekühlt wird, daß die Verunreinigungen ausscheiden, worauf diese von einem in umgekehrter Richtung strömenden kalten Spülgas, das in Gegenstrom mit einem zweiten, mit diesem Spülgas im Wärmeaustausch befindlichen, zu kühlenden Gas durchgeleitet wird, aufgenommen werden, wobei eines und das andere derart durchgeführt wird, daß die mittlere Temperatur, bei der die Auf nähme der Verunreinigungen erfolgt, höher ist als die mittlere Temperatur, bei der sich das Niederschlagen der Verunreinigungen vollzogen hat, und der betreffende Temperaturunterschied dadurch erzielt wird, daß unter Verwendung von wärmeaustauschenden Regeneratoren während des Durchleitens von zumindest einem der Paare der miteinander in Wärmeaustausch befindlichen Gase das Mengenverhältnis dieser Gase variiert wird.

Bei der Vorzugsausführung — auf die sich dieses Patent jedoch nicht beschränkt — werden vier Regeneratoren verwendet, die zyklisch in vier Perioden umgeschaltet werden.

Das zu kühlende und zu reinigende Gas wird hierbei während zweier Perioden in Gegenstrom mit einem kalten Gas durch den Regenerator geleitet, in den restlichen zwei Perioden ein kaltes Spülgas in Gegenstrom mit einem warmen Gas. Hierbei wird das Mengenverhältnis der Paare miteinander in Wärmeaustausch befindlicher Gase derart variiert, daß sich die Temperatur an jeder Stelle des Regenerators in der ersten Periode senkt, in der zweiten wieder ansteigt und/oder diese in der dritten ansteigt und in der vierten sich wieder senkt, wodurch der Zweck des Verfahrens erzielt wird, nämlich daß bei der Ausscheidung der Verunreinigungen die mittlere Temperatur niedriger ist als die mittlere Temperatur bei deren Wiederaufnahme.

Es wurde nunmehr gefunden, daß das gleiche Ergebnis auf einfachere Weise erzielt werden kann, wenn man bloß zwei wärmeaustausc'hende Regeneratoren A und B verwendet und¹ diese wechselweise von dem zu reinigenden und zu kühlenden Gas R in Gegenstrom mit einem kalten Gas K durchströmen läßt, wobei die in dem Gase vorhandenen Verunreinigungen ausscheiden, und von einem kalten Spülgas S, das in Gegenstrom mit einem warmen Gas W geleitet wird, wobei das Spülgas 5" die Verunreinigungen wieder aufnimmt. Gegebenenfalls können diese zwei wärme-

Verfahren zum Kühlen und Reinigen
von Gasen

Zusatz zum Patent 1 003 240

Anmelder:
Stamicarbon N. V._r Heerlen (Niederlande)

Vertreter: Dr. F. Zumstein
und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Assmann,
Patentanwälte, München 2, Bräuhausstr. 4

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 28. März 1956

Pieter Jan Haringhuizen, Geleen (Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

austauschende Regeneratoren miteinem dritten Wärmeaustauschelement C kombiniert werden, das nur von den Gasen K und W durchströmt wird, weswegen sich in diesem wärmeaustauschenden Element keine Verunreinigungen ausscheiden. Dieses Element C kann ein einfacher Wärmeaustauscher, ein Wärmeregenerator oder ein wärmeaustauschender Regenerator sein.

Der Zweck des Verfahrens wird' dadurch erzielt, daß man während des Durchleitens der Ströme K und W durch einen bzw. beide wärmeaustauschende Regeneratoren A und B die Größe von zumindest einem dieser Ströme variiert.

Das Verfahren läßt sich auf ein breites Gebiet anwenden. Insonderheit eignet es sich für die Kühlung technischen Wasserstoffs zwecks Gewinnung des in ihm vorhandenen Deuteriums durch Destillation.

R stellt den zu destillierenden, technischen Wasserstoff dar, der zwecks Ausscheidung in flüssiger Form der Beimischungen, wie N₂ und CO, bis dicht über den Schmelzpunkt der Beimischungen gekühlt wird und nunmehr bis zu der Destillationstemperatur heruntergekühlt werden soll.

W stellt ein warmes Gas dar, das die Temperatur des Gases R aufweist, 5" und K stellen von der Destillationskolonne herrührende Gase dar; bei der Destillation können K und W beispielsweise zusammen den Rückflußkreislauf bilden, während S derjenige Gasstrom ist, der unter Aufnahme der Verunreinigungen dem Wasserstofflieferanten wieder zugeleitet wird.

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Ä." und W können zusammen ein gesondertes Um- Der Zweck des Verfahrens, die Entfernung der Verlaufsystem bilden, das man zum Kühlen der Anlage unreinigungen bei einer Temperatur, die im Durchverwendet. Zudem ist es möglich die beiden Systeme schnitt höher liegt als die, bei der sich diese abgesetzt zu kombinieren. haben, wird bei dem Schema der Fig. 1 wie folgt er-

Die zu verwendenden, umkehrbaren, wärmeaus- 5 zielt:

tauschenden Regneratoren müssen mit zumindest einem Der Zyklus gliedert sich in vier Perioden; die Schal-Rohrleitungssystem ausgestattet sein, durch das — tung während der ersten zwei Perioden I und II ist bzw. durch die — die Gase K und W hindurchgeleitet beispielsweise durch die Fig. 1 a angegeben, die wähwerden, wobei diese Gase mit den durch den freien rend der letzten zwei, III und IV, durch die Fig. 1 b. Raum der Regeneratoren hindurchströmenden Gasen R io In den beiden ersten Perioden wird das zu reinigende und S Wärme austauschen. In diesem Raum schlagen und zu kühlende Gas R in Gegenstrom mit dem kalten die Verunreinigungen nieder, die dann später wieder Gas .K" durch den wärmeaustauschenden Regenerator^ verdampft werden. Wie weiterhin gezeigt werden soll, geleitet, wobei sich die in dem Gas R vorhandenen sind in einigen Fällen zwei Rohrleitungssysteme, ge- Verunreinigungen absetzen, während gleichzeitig das gebenenfalls auch mehr, verlangt. 15 kalte Spülgas 5 in umgekehrter Richtung in Gegen-

Im nachstehenden soll von äquivalenten oder gleichen strom mit einem warmen Gas W durch den wärme-

Gasmengen, von einem Überschuß des einen Gases in austauschenden Regenerator B geleitet wird, wobei die

bezug auf ein anderes und von einem Untermaß des in einer vorigen Periode ausgeschiedenen Verunreini-

einen Gases in bezug auf das andere die Rede sein. gungen wieder verdampft werden müssen.

Ist die spezifische Wärme der zu vergleichenden Gase ao Ein K- und H^-Überschuß ■—in bezug auf den Strom

dieselbe, so beziehen sich die vorerwähnten Ausdrücke des zu kühlenden Gases R bzw. den des Spülgases 5" —

unmittelbar auf Gewichtsmengen. Ist die spezifische wird in diesem Schema durch den Wärmeaustauscher C

Wärme dieser Gase aber eine unterschiedliche, so sind geleitet. Die Mengen der Gase W, K, R und S sind so

dann Gasmengen gemeint, deren Wärmekapazität gleich gewählt, daß das Ganze in kalorischem Gleichgewicht

groß oder unter sich verschieden sind. In diesem Falle 25 steht.

weisen zwei äquivalente Gasmengen nicht ein und das- Wählt man während der ersten Periode des Durch-

selbe Gewicht auf. leitens durch den Regenerator A nunmehr die Menge

In der Praxis läßt sich feststellen, daß nicht nur die des kalten Gases größer als die, die verlangt ist, um spezifische Wärme von dem Druck des Gases abhängig das Gas R derart zu kühlen, daß an jeder Stelle des ist, sondern daß diese spezifische Wärme auch tempe- 30 Regenerators die Temperatur die gleiche bleibt, und raturabhängig ist. Um das Ganze einfach zu halten, wählt man gleichzeitig die Menge des in Wärmeaussoll diesem Umstand bei der nachstehenden Erörterung tausch mit dem Gas ^ durch den Regenerator B genicht Rechnung getreagen werden. Tritt diese Tempe- leiteten Gases W entsprechend, größer, so hat dies zur raturabhängigkeit in Erscheinung, so läßt sich eine Folge, daß die Temperatur an jeder Stelle in A sinkt Elimination durch Anwendung des Prinzips des so- 35 und an jeder Stelle in B ansteigt, während sie an jeder genannten »unbalanced flow« herbeiführen. Stelle in C konstant bleiben wird.

Im nachstehenden ist weiterhin davon ausgegangen, In der zweiten Periode wird dann ein Untermaß daß die Mengen der Gase R und >9 annähernd gleich an W und K durch die Regeneratoren A und B gegroß sind. Dies ist aber nicht notwendig. Die Menge leitet, wodurch die Temperatur in A ansteigt, sich in B des Gases.? wird in der Praxis oft etwas kleiner sein 40 entsprechend senkt, während die Gase in C in kaloals die des Gases R. Weiterhin ist es verlangt, daß rischem Gleichgewicht stehen.

das Ganze in kalorischem Gleichgewicht steht, d. h. Liegt sodann an jeder Stelle in A und B wieder die daß der Gesamtbetrag der von den Gasen R und W Temperatur vor, die in diesen zu Anfang des Zyklus zugeleiteten Wärme dem Kältebetrag entspricht, der herrschte, so werden die Gasströme umgeschaltet, wovon den Gasen S und K zugeleitet wird, wobei mit den 45 bei A die Funktion von B übernimmt und umgekehrt B Verlusten, die durch Strahlung usw. verursacht wer- diejenige von A. Indem nunmehr während der dritten den, gerechnet werden soll. Wenn solches nicht der Periode zuerst der Überschuß an W und K durch die Fall ist, so muß der Unterschied mittels eines ge- Regeneratoren A und B geleitet wird und anschließend sonderten Umlaufsystems ausgeglichen werden. Auch in der vierten Periode das Untermaß an W und K, dies wird bei der weiteren Erörterung nicht mehr er- 50 erzielt man an jeder Stelle der Regeneratoren den in wähnt. Fig. 3 angegebenen Temperaturverlauf.

An Hand der in der Zeichnung dargestellten Fig. 1 Die an einer gewissen Stelle des Regenerators herr-

bis 7 soll die Erfindung näher erläutert werden. sehende Temperatur ist hier vertikal eingetragen, hori-

In diesen stellen A und B zwei wärmeaustauschende zontal die Zeit. Die Linien zeigen den Temperatur-Regeneratoren dar. C stellt ein drittes Wärmeaus- 55 verlauf an einer beliebigen Stelle in den wärmeaustauschelement dar. Mit R ist die Strömung des zu tauschenden Regeneratoren. Das zu kühlende Gas kühlenden und zu reinigenden Gases angegeben, mit -S¹ wird während der Perioden I und II durch A geleitet, die eines Spülgases, mit K die eines kalten Gases und in den Perioden III und IV das Spülgas. Das Sichmit W die eines warmen Gases. absetzen der Verunreinigungen erfolgt also bei einer

Es wird von der Annahme ausgegangen, daß K 60 Temperatur, die im Durchschnitt niedriger liegt als

und S beim Eintritt in die Regeneratoren die gleiche die, bei der die Verunreinigungen verdampfen. An

Temperatur aufweisen, wie dies auch für W und R jeder Stelle des Wärmeaustauschelements C bleibt die

zutrifft. Zudem schließt dies in sich, daß die Tempera- Temperatur immer annähernd konstant, indem die

tür von K und S bei deren Eintritt in die Regenera- Mengen der in Gegenstrom miteinander durch das

toren um einige Grad niedriger ist als die Temperatur 65 Wärmeaustauschelement C strömenden Gase ent-

von W und R beim Austritt dieser Gase aus dem sprechend variieren, so daß die Gasmengen stets in

kalten Ende dieser Regeneratoren. Gleicherweise ist kalorischem Gleichgewicht stehen,

die Temperatur von K und 5" bei deren Austritt aus Es ist deutlich, daß man den gleichen Effekt er-

dem warmen Ende um einige Grad niedriger als die zielen kann, wenn statt in vier Perioden in beispiels-

Temperatur von W und R bei deren Eintritt. 7° weise sechs Perioden geschaltet wird, wobei in der

ersten Periode wie auch in der vierten ein K- und JF-Überschuß verwendet wird, in der zweiten und fünften eine K- und ff^-Menge, die — bezogen auf die der Gase R und S — äquivalent ist, und in der dritten und sechsten ein Untermaß an K und W.

Die Kurve, die sich auf den Temperaturverlauf an einer gewissen Stelle in den wärmeaustauschenden Regeneratoren bezieht, entspricht dann beispielsweise der in Fig. 4 angegebenen. Zwischen III und IV wird umgeschaltet. Wie die Figur bereits zeigt, ist es nicht verlangt, daß die Perioden eine gleiche Dauer aufweisen. Die der Perioden II und V kann beispielsweise um vieles langer sein als die der übrigen.

Es sei hier bemerkt, daß der genaue horizontale Verlauf der Temperatur nicht voll und ganz erzielt wird, auch nicht bei genau gleicher Äquivalenz der Mengen der im Wärmeaustausch miteinander befindlichen Gase. Dauernd liegt daher die Neigung zum Abbiegen in Richtung auf die Linien der mittleren Temperatur vor, und dieser Abbiegung wird nur von der eigenen großen Wärmekapazität des wärmeaustauschenden Regenerators entgegengearbeitet. Ist ein genau horizontaler Verlauf der Temperaturkurve verlangt, so ist stets eine kleine überschüssige Menge des Gases zuzusetzen, die der Abbiegung entgegenarbeitet.

Fig. 2 zeigt in schematischer Form eine Schaltung, in der kein dritter Wärmeaustauscher C herangezogen ist. Der wärmeaustauschende Regenerator A übernimmt hier zugleich die Aufgabe des Wärmeaustauschelementes C₁ indem der sonst durch das Element C hindurchzuleitende Überschuß an A' und W nunmehr über iti A getrennt angeordnete Rohrleitungssysteme geleitet wird. Die Variation der Temperatur kann weiterhin in völlig ähnlicher Weise erzielt werden. Wird nämlich in vier Perioden geschaltet, so gibt Fig. 2 a die Schaltung für die ersten zwei Perioden an und Fig. 2 c diejenige, die für die letzten zwei zutrifft. Durch B wird dann in der ersten Periode eine — bezogen auf die Menge des Gases S — überschüssige Menge des Gases W geleitet, in der zweiten Periode ein Untermaß an W₁ in der dritten Periode eine — bezogen auf die Menge des Gases R —■ überschüssige Menge des Gases K und in der vierten ein Untermaß an K. Die Temperatur in B steigt dann in der ersten Periode an, senkt sich in der zweiten und dritten und steigt in der vierten wieder an. In genau entgegengesetztem Sinne vollzieht sich der Temperaturverlauf in A. Weil während der ersten Periode insgesamt ein Defizit an W vorliegt, senkt sich die Temperatur; in der zweiten Periode gibt es ein Zuviel an W, wodurch die Temperatur in dieser Periode ansteigt, während der dritten reicht K wiederum nicht aus und geht der Temperaturanstieg somit weiter, in der vierten ist ein Überschuß an K vorhanden, wodurch sich die Temperatur an jeder Stelle des wärmeaustauschenden Regenerators A wieder senkt.

In sämtlichen Fällen, die hier behandelt wurden, müssen die zur Verfugung stehenden Mengen der Gase W und K größer sein als die Mengen, die, wärmetechnisch gesehen, denen des zu reinigenden Gases R und des Spülgases 5" entsprechen. Die Grenze ist erreicht sobald, beispielsweise bei der Schaltung der Fig. 1, während der Perioden, wo die Gase W und K in überschüssiger Menge durch die Regeneratoren A und B strömen, keine Gase mehr durch das Wärmeaustauschelement C strömen.

Das Einstellen der Ventile beim Schalten, wobei wechselweise mit einer überschüssigen Menge und mit einem Defizit eines Gases hinsichtlich eines anderen Gases zu arbeiten ist, erweist sich in der Praxis als relativ schwierig. Zweckmäßig verwendet man hierfür eine Ventilkombination aus einfachen »Auf-Zu«- Ventilen, ähnlich den in Fig. 5 für wieder eine andere erfindungsgemäße Schaltung angegebenen.

Gemäß diesem Schema werden bloß die beiden umkehrbaren wärmeaustauschenden Regeneratoren A und B verwendet. Diese sind mit wenigstens zwei gesonderten Rohrleitungssystemen ausgestattet. In der Systeme 1, 2 und 3. Die mit 2 und 3 bezeichneten können aber ein und dasselbe System sein.
Figur sind drei Systeme eingezeichnet, nämlich die

Was die Wärmekapazität anbelangt, wird bei diesem Schema eine — bezogen auf die Menge des zu kühlenden und zu reinigenden Gases R — gering überschüssige Menge eines kalten Gases K verwendet und eine — bezogen auf die Menge des Spülgases S — gering überschüssige Menge des warmen Gases W. Der Strom des warmen Gases W wird in zwei Teilströme aufgeteilt, van denen einer, was die Wärmekapazität betrifft, gemessen an der Menge 5" ebensoviel kleiner ist, wie der Strom des Gases K größer ist als der des Gases R. Der andere Teilstrom des Gases W wird weiter als Extra-Η⁷ bezeichnet.

Das in den wärmeaustauschenden Regeneratoren vorhandene Rohrleitungssystem 1 dient zum Hindurchleiten des kalten Gases K, das in Gegenstrom mit dem durch den freien Raum des Regenerators strömenden, zu reinigenden Gases R geleitet wird.

Die Rohrleitungssysteme 2 und 3 dienen zum Durchleiten der beiden Teilströme des in Gegenstrom mit dem Spülgas S durch die Regeneratoren geleiteten warmen Gases W. Die Dreiweghähne 4, 5 und 6 und die Vierweghähne 7 und 8 bestimmen die Richtung der verschiedenen Gasströme. Das Regelventil 9 dient dazu, die Menge des in geöffneter Stellung des Ventils durch den Dreiweghahn 5 hindurchströmenden Gases zu regeln.

In der in der Figur eingezeichneten Stellung strömt das zu reinigende Gas R über den Hahn 8 durch den freien Raum des wärmeaustauschenden Regenerators A und tritt anschließend über den Hahn 7 aus diesem Raum aus. Das kalte Gas K fließt in Gegenstrom mit diesem Gas R über den Hahn 6 durch das Rohrleitungssystem 1 des Regenerators A. Weil die Menge des Gases K, was die Gesamtwärmekapazität betrifft, etwas größer ist als die Menge des strömenden, zu reinigenden Gases R, senkt sich die Temperatur an jeder Stelle in A.

Gleichzeitig wird durch den Hahn 7 das Spülgas durch den freien Raum des wärmeaustauschenden Regenerators B geleitet; dies erfolgt in Gegenstrom mit dem durch die Rohrleitungssysteme 2 und 3 des Regenerators B hindurchgehenden warmen Gases W. Die gesamte Menge dieses Gases W ist, was die Gesamtwärmekapazität betrifft, wiederum größer als die Menge des Gasstromes S, wodurch die Temperatur an jeder Stelle in B langsam ansteigt.

Durch Verdrehung des Hahnes 5 bewirkt man am Schluß dieser erstem Periode, daß der Strom des mit Extra-K⁷ bezeichneten Gases anstatt durch B durch A hindurchgeht. Der Betrag an über A zugeleiteter Wärme ist infolgedessen größer als der Betrag an Wärme, die aus dem nämlichen Regenerator abgeführt wird, wodurch die Temperatur an jeder Stelle in A langsam ansteigt. Der durch das Rohrleitungssystem 2 von B hindurchgehende Strom des Gases W ist nunmehr kleiner als der des Gases S, und hiermit verbunden senkt sich entsprechend an jeder Stelle in B die Temperatur.

Sobald dann an jeder Stelle in A und B wieder die mittlere Temperatur vorliegt, wird durch gleichzeitige Verdrehung der Hähne 8, 4, 7 und 6 bewirkt, daß A und B ihre Funktion in bezug auf das Hindurchströmen der Gase wechseln. Der Regenerator A tritt dann die Spülphase an, der Regenerator B die Beladungsphase. Während dieser dritten Periode wird die Temperatur in A ansteigen, weil das Extra-fF noch durch diesen Austauscher hindurchströmt, wobei die gesamte Menge des Gases W mit dem Gas 5" in Gegenstrom geleitet wird. Die Temperatur in B senkt sich infolge des vorhandenen iC-Uberschusses, der nunmehr seine volle Wirkung auszuüben vermag. Durch Verdrehung des Hahnes 5 wird anschließend bewirkt, daß sich die Temperatur in A wieder senkt und die in B wieder ansteigt. Am Schluß dieser Periode liegt wieder die gleiche Temperatur in beiden Regeneratoren vor, worauf durch Umschaltung wieder der in der Fig. 1 eingezeichnete Zustand hergestellt wird. Die Perioden werden naturgemäß so befristet, daß während der Periode des Hindurchströmens des zu reinigenden Gases der freie Raum des Regenerators solcherart angefüllt ist, daß der Widerstand oder das Ausmaß des Wärmeaustausches gerade die noch zulässige Limite erreicht.

Auch bei dieser Schaltung, wobei nur die Menge eines der vorhandenen Gase variiert wird, ist es selbstverständlich möglich, die Form der Temperaturkurve zu variieren, und zwar dadurch, daß man während des Zyklus die Menge dieses Überschusses variiert. Variiert die Zufuhr des Extra-fF-Gases in Form einer Sinusfunktion, so wird an jeder Stelle der beiden Regeneratoren die Temperatur annähernd eine Sinusfunktion durchlaufen. Die Höhe der Spitzen der Temperaturkurve läßt sich mittels des Ventils 9 regeln.

Es ist weiterhin naturgemäß nicht verlangt, daß man für jeden der beiden Ströme des Gases W über gesonderte Rohrleitungssysteme in den Regeneratoren verfügt. Für die einfache Schaltweise genügt, daß die Ventile 4 und 5 nebeneinander vorhanden sind.

In den bereits behandelten Schemen, die noch in verschiedener Weise variiert werden können, ist außer den zwei wärmeaustauschenden Regeneratoren als drittes Wärmeaustauschelement ein normaler Wärmeaustauscher verwendet. Nämlich was die Wärmekapazität betrifft, waren in jedem dieser Schemen die durch diesen Wärmeaustauscher C hindurchströmenden Gase einander in jedem Augenblick äquivalent.

Es ist erfindungsgemäß auch möglich, diesem dritten Element eine große eigene Wärmekapazität zu geben und sich dieser zu bedienen, sobald der verlangte Temperatureffekt erzielt ist.

Fig. 6 zeigt ein Schema, bei dem als drittes Wärmeaustauschelement C ein derartiger wärmeaustauschender Regenerator verwendet wird. In dem vorliegenden Fall sind die durch diesen Austauscher C hindurchgehenden Gasströme bedeutend kleiner gewählt als die Hauptströme der in Wärmeaustausch mit den äquivalenten Mengen des zu reinigenden Gases R und des Spülgases 5" hindurdhgeleiteten Gase K und W. In Fig. 7 ist der sich auf eine bestimmte Stelle in den Austauschern A, B und C beziehende Temperaturverlauf graphisch gegen die Zeit abgetragen.

In der Periode I wird A ζήτα Kühlen und Reinigen des Gases R verwendet; B wird gleichzeitig mittels des Spülgases 5 gereinigt. Fig. 7 zeigt, daß die Temperatur in A niedriger ist als die in B. Dieser Temperaturunterschied wird derart gewählt, daß die Zeit, in der sich die Entfernung der Verunreinigungen vollziehen kann, geringer ist als die Zeit, die verlangt ist für das Sic'habsetzen der in dem zu kühlenden Gase R vorhandenen Verunreinigungen.

Wie in der Fig. 7 gezeigt wird, weist — in bezug auf die Regeneratoren A und B — der Wärmeaustauscher C eine mittlere Temperatur auf.

Muß nunmehr umgeschaltet werden, weil — während B gereinigt ist — der Widerstand in A anzuwachsen beginnt, so wird zunächst der Strom K¹ des Wärmeaustauschers C auf B umgeschaltet (II). Die Temperatur in B senkt sich hierdurch rasch, während die in dem Austauscher C entsprechend ansteigt, indem der kalte Gasstrom K¹ der durch diesen hindurchging, zum Wegfall gekommen ist. Hat sich der Regenerator B dann bis zum Temperaturniveau des Regenerators A abgekühlt, so werden die Ströme umgeschaltet und hiermit der Zustand geschaffen, der in III gezeigt wird. Das zu reinigende Gas fließt dann durch B in Gegenstrom mit dem kalten Gas K, während das Spülgas in Gegenstrom mit dem äquivalenten warmen Strom des Gases W durch A geleitet wird. Zudem wird durch A der Strom des Gases Extra-ii^¹ geleitet; hierdurch steigt die Temperatur in diesem Regenerator schnell an, während infolge des Wegfalls des Stromes W¹ sich die Temperatur in dem Wärmeaustauschelement C entsprechend senkt. Hat A nunmehr wieder die für das Spülen gewünschte Temperatur angenommen, so wird der Strom des Gases W^x wieder auf C umgeschaltet, wodurch sich die Temperatur in A weiterhin konstant auf dem gewünschten hohen Niveau erhält. Der Zustand, der in IV gezeigt wird, entspricht, abgesehen davon, daß A und B ihren Platz gewechselt haben, völlig demjenigen, der in I gezeigt wird. Es wird deutlich sein, daß darauf die gleichen Umschaltungen —■ jedoch was A und B betrifft gegeneinander vertauscht — die in I gezeigte Schaltung herbeiführen, womit sich der Zyklus dann vollzogen hat.

Auch dieses Schema kann in vielerlei Weise variiert werden. So kann man beispielsweise mittels einer etwas anderen Reihenfolge des Schaltens erzielen, daß sich das Ansteigen und Sinken der Temperatur in den Regeneratoren A und B in der Periode vollzieht, wo sich die Verunreinigungen absetzen, statt in der Spülperiode.

Es ist ebenfalls möglich, nur ein Teil der durch das Wärmeaustauschelement C hindurchströmenden Gase einzuschalten bzw. abzuschalten. Es ist überdies noch möglich, daß die Mengen der in den Perioden I und IV durch die wärmeaustauschenden Elemente strömenden Gase einander nicht völlig äquivalent sind; statt daß es einen horizontalen Verlauf der Temperatur gibt, entstehen in diesem Falle geneigte Linien.

Bei sämtlichen Durchführungsweisen, die oben behandelt wurden, wird — bezogen auf die Mengen des zu reinigenden Gases R und Spülgases J? — mit einer überschüssigen Menge des kalten und warmen Gases gearbeitet. In der Praxis ist häufig dieser Überschuß dann verfügbar, wenn eine Destillationsstufe an diese Kühlungs- und Reinigungsstufe anschließt. Die Gase K und W stellen dann beispielsweise den Rückflußumlauf dar, die — bezogen auf das zu destillierende Gas R — um vieles größer sind.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Kühlen eines Gases, insonderheit zum Kühlen technischen Wasserstoffs, unter Ausscheidung in fester Form der in diesem Gas vorhandenen Beimischungen durch Verwendung umkehrbarer wärmeaustauschender Regeneratoren, bei denen das verunreinigte Gas, das sich im

Wärmeaustausch mit einem kalten Gas befindet, unter Ausscheidung der Verunreinigungen gekühlt wird, worauf die ausgeschiedenen Verunreinigungen wieder in einem in umgekehrter Richtung laufenden kalten Spülgas aufgenommen werden, das in Gegenstrom mit einem anderen zu kühlenden Gas steht, wobei das Ganze derart durchgeführt wird, daß die mittlere Temperatur, bei der die Aufnahme der Verunreinigungen erfolgt, höher liegt als die mittlere Temperatur, bei der sich die nämlichen Verunreinigungen abgesetzt haben, und dieser Temperaturunterschied erzielt wird, indem unter Verwendung von wärmeaustauschenden Regeneratoren während des Durchleitens von zumindest einem der Paare der miteinander in Wärmeaustausch befindlichen Gase das Verhältnis der Mengen dieser Gase variiert wird, und zwar gemäß dem Patent 1003 240, dadurch gekennzeichnet, daß bloß zwei umkehrbare wärmeaustauschende Regeneratoren (A und B) verwendet werden, die wechselweise von dem zu kühlenden und zu reinigenden Gas (R), das im Gegenstrom mit einem kalten Gas (K) geleitet wird und sich im Wärmeaustausch mit diesem befindet, und von -einem in Gegenstrom mit einem warmen Gas (W) geleiteten kalten Spülgas (S), das sich mit dem warmen Gas (W) im Wärmeaustausch befindet, durchströmt werden, wobei der gewünschte Temperaturverlauf erreicht wird, indem man während des Durchleitens der Gasströme die Größe von wenigstens einem der über einen oder über beide wärmeaustauschenide Regeneratoren geleiteten kalten und warmen Gasströme (K und: W) variiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß — bezogen auf die Menge pro Zeiteinheit zu reinigenden und zu kühlenden Gases (R) bzw. des Spülgases (S) — eine in bezug auf die Wärmekapazität des Gases überschüssige Menge der kalten und warmen Gase (K und W) verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die überschüssige Menge der kalten und¹ warmen Gase (K und W) durch einen dritten Wärmeaustauscher (C) geleitet wird, wobei die Menge der in Gegenstrom und in Wärmeaustausch mit dem zu reinigenden Gas (R) und dem Spülgas (S) durch die wärmeaustauschenden Regeneratoren (A und B) geleiteten kalten und warmen Gase (K und W) gleichzeitig äquivalent gesteigert und verringert wird, indem man den durch den dritten Wärmeaustauscher (C) strömenden Gasen wechselnde Mengen dieser Gase entnimmt oder zusetzt, und zwar in der Weise, daß während der Spülperiode die mittlere Temperatur an jeder Stelle in den Regeneratoren (A und B) höher ist als diejenige, die während der Periode des Durchleitens des zu reinigenden und zu kühlenden Gases (R) herrscht.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die überschüssige Menge der kalten und warmen Gase (K und W) durch einen der wärmeaustauschenden Regeneratoren (A und B) geleitet wird, wobei die Größe des wechselweise durch den anderen Regenerator geleiteten Stromes der kalten und warmen Gase (K und W) gesteigert und verringert wird, unter gleichzeitig entsprechend starker Verringerung oder Steigerung dieses Stromes durch den ersten Regenerator.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zu reinigende Gas (R) stets in Gegenstrom und unter Wärmeaustausch mit einem Übermaß an kaltem Gas (K) durchgeleitet wird, während das Spülgas stets in Gegenstrom und unter Wärmeaustausch mit einem Untermaß an warmem Gas (W) durchgefeitet wird, wobei die Temperatur in einem der wärmeaustauschenden Regeneratoren über eine Umschaltung einer Teilmenge warmen Gases (W), die dem Unterschied zwischen den äquivalenten Mengen der kalten und warmen Gase (K und W) an Zeitpunkten, die zwischen denen des Umschaltens der Regeneratoren liegen, entspricht, derart variiert wird, daß die mittlere Temperatur während des Spülens an jeder Stelle des Regenerators im Durchschnitt höher ist als die, bei der sich die Verunreinigungen abgesetzt haben.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Wärmeaustauscher (C) verwendet wird, der von einem Überschuß warmen und kalten Gases (W und K) durchströmt wird, wobei der gewünschte Temperaturverlauf in jedem der wärmeaustauschenden Regeneratoren (A und B) unabhängig von dem Temperaturverlauf in dem anderen Regenerator durch Variierung der Verteilung der Mengen kalten und/oder warmen Gases (K und/oder W) zwischen dem dritten Wärmeaustauscher (C) und den betreffenden Regeneratoren (A oder B) erzielt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen