DE1046640B - Verfahren und Einrichtung zur Kaelteerzeugung durch arbeitsleistende Entspannung - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Kaelteerzeugung durch arbeitsleistende Entspannung

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Kälteerzeugung durch arbeitsleistende Entspannung eines Gases oder Gasgemisches, das mittels einer Regeneratoranordnung tiefgekühlt und von Kondensationsprodukten befreit ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung darauf, daß die Kälteerzeugung im Zusammenhang mit einer Gaszerlegung durchgeführt wird, welche vorzugsweise durch Tieftemperaturrektifikation vollzogen wird. Bekanntlich muß im allgemeinen das zu entspannende Gas vor dem Eintritt in die Entspannungsmaschine wieder angewärmt werden. Hierzu wurden bisher besondere Anwärmrohrschlangen im Regenerator verwendet; hierdurch wurde jedoch der Wirkungsgrad des Regenerators verschlechtert. Eine andere bekannte Möglichkeit bestand darin, aus dem Regenerator an einer mittleren Stelle einen Teilgasström abzuzweigen, welcher noch nicht zu stark abgekühlt war, um diesen zur arbeitsleistenden Entspannung zu verwenden. In diesem Falle müßte das Gas mit Hilfe von Adsorbern zusätzlich gereinigt werden; ein solcher Adsorber bedingt jedoch dauernde Überwachung und ist durch die erforderliche Umschalteinrichtung und einen Tieftemperaturbehälter teuer in der Anschaffung. Verwendet man andererseits als adsorbierendes Mittel eine Zwischenschichtung von Gel im Regenerator selbst, so erhält man eine schlechte Kohlensäureadsorption bzw. erhöhte Schaltverluste", wenn die Adsorption bei tiefer Temperatur vorgenommen wird. Außerdem gilt die Unzugänglichkeit des Gels im Regenerator im allgemeinen als erheblicher'Nachteil.
Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die geschilderten Nachteile zu vermeiden und das zur Entspannungsmaschine strömende Gas bei gutem Wirkungsgrad des Regenerators ohne besondere Komplikationen anzuwärmen.
Erfindungsgemäß wird bei der Kälteerzeugung durch arbeitsleistende Entspannung eines mittels einer Regeneratoranordnung tiefgekühlten und von Kondensationsprodukten, wie Kohlensäure, Wasser u. dgl., befreiten Gases oder Gasgemisches, das vor der Entspannung angewärmt wird, die gestellte Aufgabe gelöst durch die Verwendung eines zusätzlichen, zweckmäßig in den Umschaltbetrieb der Regeneratoranordnung eingefügten Regenerators als Wärmequelle zur Erwärmung des Gases bzw. Gasgemisches.
Gemäß einer besonderen Ausbildung des Erfindungsgedankens wird ein Teil des Rohgases hinter der Regeneratoranordnung abgezweigt, zwecks Erwärmung durch den zusätzlichen Regenerator geleitet und der Entspannungsvorrichtung, insbesondere Entspannungsturbine, zugeführt.
Eine weitere Ausbildung des Erfindungsgedankens Verfahren und Einrichtung
zur Kälteerzeugung durch
arbeitsleistende Entspannung
Anmelder:
Gesellschaft für Linde's Eismaschinen
Aktiengesellschaft, Zweigniederlassung,
Höllriegelskreuth bei München
Dipl.-Ing. Rudolf Becker, München-Solln,
ist als Erfinder genannt worden
besteht darin, das eine in einer angeschlossenen Gaszerlegungseinrichtung, insbesondere Rektifiziersäulenanordnung, gewonnene Zerlegungskomponente ganz oder teilweise durch den zusätzlichen Regenerator geleitet und der Entspannungsvorrichtung, insbesondere Turbine, zugeleitet wird.
Das auf die beschriebene Weise erfindungsgemäß vorgewärmte Gas kann — wenn es nicht selbst voll und ausschließlich zur Kälteerzeugung benutzt wird·—■ vor Einleitung in die arbeitsleistende Entspannungsvorrichtung einem anderen, gegebenenfalls auf anderer Temperatur befindlichen, insbesondere demselben kälteren Gas zugemischt werden oder zur indirekten Erwärmung eines zu entspannenden Gases dienen.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen der Einrichtung nach der Erfindung beispielsweise dargestellt.
In Fig. 1 bedeuten 1, 2, 3 und 4 zwei Paare von Regeneratoren, durch die in bekannter Weise aus einem Kompressor 21 kommende komprimierte Luft zwecks Abkühlung und Reinigung geleitet wird. 5 bedeutet eine zweistufige Rektifiziersäule, in die bei 6 die der Regeneratoranordnung entströmende Luft eingeleitet wird. Bei der in der Zeichnung vorgesehenen Ventilstellung durchströmt die Luft die Regeneratoren 1 und 3, während die Regeneratoren 2 und 4 durch die Zerlegungsprodukte durchströmt werden. Der Stickstoff wird dem Kopf der Säule 5 bei 7 entnommen und entweicht bei 8; der Sauerstoff wird der Säule 5 bei 9 entnommen und entströmt bei 10. Die Sumpfflüssigkeit der Druckstufe wird durch die Lei-
809699/116
tung 22 in die obere, drucklose Stufe entspannt, während der flüssige Druckstickstoff über die Leitung 23 in die drucklose Stufe gelangt.
Erfindungsgemäß ist ein zusätzlicher Regenerator 11 vorgesehen, welcher in den Umschalttakt der durch die ühlichen Symbole angedeuteten Ventile aufgenommen ist. Ein Teil der vorgereinigten Luft wird bei 12 abgezweigt und zwecks Anwärmung über die Leitungen 13 und 14 durch das kalte Ende des Regenerators 11 geführt, um in bekannter Weise in einer Turbine 15 entspannt und anschließend bei 16 in die Rektifiziersäulenanordnung eingeleitet zu werden, um den Kältebedarf der Trenneinrichtung zu decken.
Beim Betrieb der Regeneratoranordnung nach der Erfindung erfolgt die Umschaltung der Regeneratoren 1, 2 und 11 in der Weise, daß jeder einzelne Regenerator zunächst von Rohgas durchströmt, dann von der Zerlegungskomponente durchspült und schließlich zur Anwärmung des Turbinengases benutzt wird.
In Fig. 2 ist eine abgewandelte Ausführungsform a° beispielsweise dargestellt, bei welcher nicht das Rohgas, insbesondere Luft, sondern das eine Zerlegungsprodukt, insbesondere der Stickstoff, in der Turbine entspannt wird. Die Bezugszeichen sind soweit die gleichen wie in Fig. 1, wie Übereinstimmung der Teile besteht. Die Luftströmung durch die Regeneratoren 1 und 3 ist die gleiche. Es wird jedoch im vorliegenden Falle alle Luft bei 6 in die Rektifiziersäule eingeführt. Zur Deckung des Kältebedarfs wird Druckstickstoff dem Kopf der unteren Säule bei 17 entnommen und durch die Entspannungsturbine 15 geführt, worauf er — bei der gezeichneten Ventilstellung — durch den Regenerator 2 weitergeleitet wird. Die Anwärmung des Turbinenstickstoffs erfolgt erfindungsgemäß mittels eines Wärmeaustauschers 18. Dieser wird von einem Stickstoffstrom durchströmt, welcher derSäule5 bei 7 entnommen und über die Leitungen 19 und 20 zwecks Erwärmung erfindungsgemäß durch das kalte Ende des Regenerators 11 geleitet wird.
Die Frage, durch welches Ende bzw. durch einen wie großen Teil und welche Zonen des zusätzlichen Regenerators das anzuwärmende Gas geleitet wird, hängt von den jeweiligen Bedingungen ab. Unter Umständen ist es möglich — besonders bei einer Ausführungsform nach Art der Fig. 2 — den Querschnitt der Regeneratoren zu verkleinern, und zwar gegebenenfalls auf etwa die Hälfte. An Stelle zweier großer, sonst üblicher Regeneratoren ist es bei der Anordnung nach der Erfindung unter Umständen möglich, drei Regeneratoren von je etwa halber Größe zu verwenden.
Es sei noch bemerkt, daß der zusätzliche Regenerator unter Umständen gleichzeitig dazu benutzt werden kann, um ein Produkt höherer Reinheit zu erzeugen; hierzu sind beispielsweise in Fig. 2 für die Regeneratoren 2 und 11 getrennte Ausgänge für den Stickstoff vorzusehen.

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Kälteerzeugung durch arbeitsleistende Entspannung eines mittels einer Regeneratoranordnung tiefgekühlten und von Kondensationsprodukten, wie Kohlensäure, Wasser u. dgl., befreiten Gases oder Gasgemisches, das vor der Entspannung angewärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das zur arbeitsleistenden Entspannung vorgesehene Gas in einer Regeneratorengruppe vorgewärmt wird, deren mindestens ein, zweckmäßig jeder einzelne Regenerator periodisch zunächst vom Rohgas, dann vom Spülgas und schließlich vom zu entspannenden Gas durchströmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Rohgases hinter der Regeneratoranordnung abgezweigt, zwecks Erwärmung durch die zusätzliche Regeneratoranordnung ganz oder teilweise geleitet und der Entspannungsvorrichtung, insbesondere Turbine, zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine in einer angeschlossenen Gaszerlegungseinrichtung, insbesondere Rektifiziersäulenanordnung, gewonnene Zerlegungskomponente ganz oder teilweise durch die zusätzliche Regeneratoranordnung geleitet und der Entspannungsvorrichtung, insbesondere Turbine, zugeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das in der zusätzlichen Regeneratoranordnung angewärmte Gas unmittelbar durch Zumischung und/oder mittelbar über einen Wärmeaustauscher zur Erwärmung eines anderen Gases benutzt wird.
5. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß für mehrere bzw. alle Zerlegungsprodukte je ein zusätzlicher Regenerator vorgesehen ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5 oder zurDurchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil bzw. eine geeignete Zone der zusätzlichen Regeneratoranordnung für die Anwärmung vorgesehen ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6 oder zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeneratoren gegenüber der bekannten, ohne die zusätzliche Regeneratoranordnung arbeitenden Anordnung auf einen wesentlich geringeren, vorzugsweise etwa halben Querschnitt dimensioniert sind.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Regenerator gleichzeitig zur Erzeugung eines Produktes höherer Reinheit verwendet wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
©809 699/116 12.58
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