DE1051299B - Method and device for separating air at low temperatures - Google Patents

Method and device for separating air at low temperatures

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DE1051299B
DE1051299B DEB45537A DEB0045537A DE1051299B DE 1051299 B DE1051299 B DE 1051299B DE B45537 A DEB45537 A DE B45537A DE B0045537 A DEB0045537 A DE B0045537A DE 1051299 B DE1051299 B DE 1051299B
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Germany
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air
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inert gas
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liquid methane
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John Baxter Gardner
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BOC Group Ltd
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British Oxigen Ltd
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Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines oder mehrerer verflüssigter atmosphärischer Gase durch die Trennung von Luft bei tiefen Temperaturen.The invention relates to a method for producing one or more liquefied atmospheric Gases by separating air at low temperatures.

Bei üblichen Verfahren zur Trennung von Luft bei tiefen Temperaturen, bei welchen eines oder mehrere der Endprodukte als Flüssigkeit gewonnen wird, wird die notwendige Abkühlung gewöhnlich dadurch hervorgerufen, daß die Luft auf überatmosphärischen Druck zusammengepreßt und anschließend isenthalpisch durch ein Ventil entspannt wird, um die sogenannte Joule-Thomson-Kühlung zu erzielen. Zusätzlich kann die Luft durch eine im wesentlichen isentropische Expansion in einer geeigneten Expansionsmaschine, wie z. B. einer Kolbenmaschine oder einer Turbine, gekühlt werden.In conventional processes for separating air at low temperatures, at which one or more the end product is obtained as a liquid, the necessary cooling is usually caused by that the air is compressed to superatmospheric pressure and then isenthalpic is relieved by a valve in order to achieve the so-called Joule-Thomson cooling. Additionally can the air through an essentially isentropic expansion in a suitable expansion machine, such as B. a piston engine or a turbine, are cooled.

Gleichfalls ist es bekannt, die notwendige Abkühlung durch eine äußere Quelle mittels eines Hilfskühlkreislaufes zu ermöglichen.It is also known to provide the necessary cooling by an external source by means of an auxiliary cooling circuit to enable.

Es ist nun ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines oder mehrerer verflüssigter atmosphärischer Gase durch die Trennung von Luft bei tiefen Temperaturen zu schaffen, wobei zumindest ein Teil an notwendiger Abkühlung durch die Verdampfung von flüssigem Methan ermöglicht wird.It is now an object of the present invention to provide a method for producing one or more liquefied ones creating atmospheric gases by separating air at low temperatures, whereby at least a part of the necessary cooling made possible by the evaporation of liquid methane will.

Um Verluste zu vermeiden, die in Erscheinung treten, wenn das flüssige Methan direkt als Abkühlmittel in dem Lufttrennungsverfahren verwendet wird, z. B. wenn es zum Verflüssigen von Luft in einem Wärmeaustauscher gebraucht wird, wird erfindungsgemäß die Verwendung eines inerten Gases, das in einem geschlossenen Kreislauf als Wärmeübertragungsmedium zwischen dem verdampfenden flüssigen Methan und der abzukühlenden Luft geführt wird, vorgesehen. Beispiele für die für diese Zwecke geeigneten Gase sind Argon und Stickstoff oder Mischungen derselben. Durch die Trennung des Verdampfungsabschnittes des flüssigen Methans von dem Lufttrennungsabschnitt mittels des inerten Gases oder der Gasmischung, die zwischen den beiden Abschnitten zirkuliert, fällt das Vorkommen kleiner Undichtigkeiten zwischen dem flüssigen Methankreislauf und dem Inertgaskreislauf oder zwischen dem Lufttrennungsabschnitt und dem Inertgaskreislauf weniger ins Gewicht.In order to avoid losses that occur when the liquid methane is used directly as a coolant is used in the air separation process, z. B. when it is used to liquefy air in a heat exchanger, is according to the invention the use of an inert gas in a closed circuit as a heat transfer medium is passed between the evaporating liquid methane and the air to be cooled, intended. Examples of gases suitable for these purposes are argon and nitrogen or Mixtures of the same. By separating the vaporization section of the liquid methane from the Air separation section by means of the inert gas or gas mixture between the two sections circulates, the occurrence of small leaks between the liquid methane cycle and falls the inert gas circuit or between the air separation section and the inert gas circuit less weight.

Es ist deshalb auch ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens zur Erzeugung eines oder mehrerer verflüssigter Gase durch die Trennung von Luft bei tiefen Temperaturen zu schaffen, bestehend aus einer Zuleitung für flüssiges Methan, Mittel, um das flüssige Methan in wärmeaustauschende Beziehung zu einem inerten Wärmeübertragungsmedium, das in einem ge-It is therefore also an object of the present invention, a device for the implementation the process of generating one or more liquefied gases by separating air to create low temperatures, consisting of a supply line for liquid methane, means to the liquid Methane in heat exchange relationship with an inert heat transfer medium, which is in a ge

Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von Luft bei tiefen TemperaturenMethod and device for separating air at low temperatures

Anmelder:Applicant:

The British Oxygen Company Limited,
LondonThe British Oxygen Company Limited,
London

Vertreter: Dipl.-Ing. C-H. Huß, Patentanwalt,
Garmisch-Partenkirchen, Rathausstr. 14Representative: Dipl.-Ing. CH. Huss, patent attorney,
Garmisch-Partenkirchen, Rathausstr. 14th

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 7. August 1956Claimed priority:
Great Britain 7 August 1956

John Baxter Gardner, London,
ist als Erfinder genannt wordenJohn Baxter Gardner, London,
has been named as the inventor

schlossenen Kreislauf wirkt, zu bringen, einer Rektifizierungskolonne und Mittel, um das Wärmeübertragungsmedium in Wärme austauschende Beziehung mit der dieser Kolonne zugeführten Luft zu bringen.closed circuit acts to bring a rectification column and means for bringing the heat transfer medium into heat exchanging relationship with the air supplied to said column.

Methan wird normalerweise als ein Gas, wie z.B.Methane is usually used as a gas such as

als Zusatz zu Stadtgas, verbraucht; jedoch wenn es notwendig oder ratsam ist, das Methan in flüssiger Form zu transportieren, so schafft die vorliegende Erfindung ein Mittel, die Verdampfung des flüssigen Methans mit der Wiedergewinnung seiner Abkühlungskapazität zu verbinden.as an additive to town gas, consumed; however, if it is necessary or advisable, the methane in liquid To transport form, the present invention provides a means of evaporation of the liquid Associate methane with regaining its cooling capacity.

Durch Verwendung der verfügbaren Kälte des flüssigen Methans wird der Kraftverbrauch für das Lufttrennungsverfahren merklich vermindert, während die Notwendigkeit, zusätzliche Energie zur Verdampfung des flüssigen Methans für industrielle Zwecke vorzusehen, vermieden wird.By using the available cold of the liquid methane, the power consumption for the Air separation process noticeably diminished while the need for additional energy to vaporize the liquid methane for industrial Purposes is avoided.

Bei der Trennung von Luft bei niedrigen Temperaturen durch Verflüssigung und Rektifizierung wird die Luft zuerst komprimiert und dann von kondensierbaren Verunreinigungen, wie Kohlendioxyd und Wasserdampf, befreit, anschließend durch Wärmeaustausch mit einem oder mehreren der Rektifizierungsprodukte gekühlt.When air is separated at low temperatures by liquefaction and rectification, the Air is compressed first and then of condensable impurities, such as carbon dioxide and Water vapor, released, then by heat exchange with one or more of the rectification products chilled.

Die Reinigung kann in üblicher Weise vorgenommen werden, z.B. durch Auswaschen des CO2 in einem geeigneten Turm mittels kaustischer Soda mit anschließendem Trocknen mittels eines geeigneten Adsorptionsmittels, wie z. B. aktiviertem Aluminiumoxyd. .. . .The cleaning can be carried out in the usual way, for example by washing out the CO 2 in a suitable tower using caustic soda with subsequent drying using a suitable adsorbent, such as. B. activated alumina. ... .

Wenn jedoch die anfängliche Kompression der Luft verhältnismäßig niedrig ist, z. B. in der Größenord-However, if the initial compression of the air is relatively low, e.g. B. in the order of magnitude

809 767/104809 767/104

3 43 4

nung von 6 Atmosphären, kann die Reinigung von den führt, der aus einer Reihe von Wärmeaustauschern A, tion of 6 atmospheres, the purification of the leads can be obtained from a series of heat exchangers A,

kondensierbaren Bestandteilen und das Abkühlen in A', A" besteht, und in welchem flüssiges Methan imcondensable constituents and cooling in A ', A " consists, and in which liquid methane im

einem einzigen Verfahrensschritt ausgeführt werden, Gegenstrom fließt, wobei dr.s Methan durch Aufnahmea single process step, countercurrent flows, dr.s methane by uptake

und zwar .durch Abscheidung der Verunreinigungen der fühlbaren Wärme und der latenten Wärme desnamely .by separating the impurities of the sensible heat and the latent heat of the

in und nachfolgender Wiederverdampfung aus 5 komprimierten Argons verdampft wird, welchesin and subsequent re-evaporation from 5 compressed argon is evaporated, which

wechselnden Wärmeaustauschern, welche entweder seinerseits verflüssigt wird.changing heat exchangers, which in turn is either liquefied.

Regeneratoren oder umschaltbare Austauscher sein Bei diesem und den folgenden Beispielen wird ankönnen und deren Funktionieren nicht in allen Einzel- genommen, daß das verdampfte Methan bei im wesentheiten beschrieben werden muß, da sie dem Fachmann liehen atmosphärischem Druck und Normaltemperatur bekannt sind. Um eine vollständige Entfernung der io benötigt wird. Das flüssige Methan kann durch das abgeschiedenen Verunreinigungen bei jeder Umschal- System der Wärmeaustauscher entweder mittels einer tung der Austauscher oder Auswechslung der Regene- geeigneten Pumpe oder durch den entsprechenden ratoren sicherzustellen, ist es notwendig, daß das Druck auf das Vorratsmethan in flüssigem Zustand Verhältnis der Volumina der zugeführten und der hindurchgepreßt werden. Sollte das verdampfte abgeführten Gasströme an jedem Punkt so ist, daß 15 Methan bei höheren Drücken als dem atmosphärischen es dem Unterschied im Dampfdruck der kondensier- benötigt werden, so wäre keine wesentliche Änderung baren Bestandteile entgegenwirkt, entsprechend der der vorgeschlagenen Vorrichtung erforderlich, falls Temperatur- und Druckdifferenz zwischen den Gas- nicht Maßnahmen vorgesehen sind, das flüssige strömen an diesem Punkt, d.h. die Regeneratoren Methan mit höherem Druck zuzuführen,
oder die umschaltbaren Austauscher müssen »ins 20 Das durch die Verdampfung des flüssigen Methans Gleichgewicht« gebracht werden. Ein Verfahren, um gekühlte und verflüssigte Argon wird durch ein Ventil dieses Gleichgewicht herzustellen, ist die Schaffung 16 auf 2,3 Atmosphären entspannt, bevor es dem eines Hilfsstromes von kaltem Gas, der auf einem ge- Luftverflüssigungsaustauscher 12 zugeführt und über trennten Weg in den Regeneratoren oder umschalt- den Austauscher 11 zur erneuten Kompression zurückbaren Austauschern hindurchgeführt wird. 25 geführt wird.Regenerators or switchable exchangers. In this and the following examples it is recognized and their functioning is not taken in detail that the vaporized methane has to be described essentially at atmospheric pressure and normal temperature, which are known to the person skilled in the art. To complete a removal of the io is needed. The liquid methane can be ensured through the separated impurities with each switching system of the heat exchanger either by means of a device of the exchanger or replacement of the regenerative pump or by the corresponding ratoren, it is necessary that the pressure on the stock methane in the liquid state ratio of Volumes of the supplied and the pressed through. Should the vaporized gas streams discharged at any point be such that methane is needed at pressures higher than atmospheric to reflect the difference in the vapor pressure of the condensing components, no substantial change in the components would be counteracted, corresponding to that of the proposed device, if temperature and pressure difference between the gas - no measures are provided for the liquid to flow at this point, ie to supply the regenerators with methane at a higher pressure,
or the switchable exchangers must be brought into "equilibrium" through the evaporation of the liquid methane. One method of making cooled and liquefied argon is through a valve to establish this equilibrium is to create 16 expanded to 2.3 atmospheres before it becomes that of an auxiliary stream of cold gas that is fed to an air liquefaction exchanger 12 and via a separate path into the Regenerators or switching exchangers 11 are passed through exchangers which can be returned to compression again. 25 is performed.

Gemäß einer weiteren Maßnahme der vorliegenden Die Menge an Argon, die verflüssigt werden muß, Erfindung bei dem Verfahren zur Erzeugung eines um die notwendige Abkühlung für das Lufttrennungsoder mehrerer verflüssigter atmosphärischer Gase be- verfahren zu schaffen, ist geringer als die Argonsteht die Verfahrensstufe der Kühlung und Reinigung menge, die erforderlich ist, um den Austauscher 11 im der Luft in abwechselnden Wärmeaustauschern und 30 Gleichgewicht zu halten. Um die Menge an Argon, die anschließender teilweiser Verflüssigung der Luft, wo- verflüssigt wird, zu vermindern, ist ein Nebenweg 17 bei alles oder ein Teil eines inerten Gasstromes zum mit einem die Strömung messenden Ventil 18 um den Insgleichgewichtbringen der Austauscher verwendet Abschnitt A" des Verdampfers für das flüssige Methan wird. vorgesehen, wodurch ermöglicht wird, das VerhältnisAccording to a further measure of the present invention, the amount of argon that has to be liquefied in the process for generating a process in order to provide the necessary cooling for the air separation or several liquefied atmospheric gases is less than the argon, the process stage of cooling and Cleaning amount required to keep the exchanger 11 in the air in alternate heat exchangers and 30 equilibrium. In order to reduce the amount of argon, the subsequent partial liquefaction of the air where it is liquefied, a bypass 17 is used in all or part of an inert gas flow to the flow-measuring valve 18 to bring the exchangers into equilibrium. Section A " of the evaporator for the liquid methane is provided, which enables the ratio

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der Zeich- 35 von flüssigem zu gasförmigem Argon im Strom desThe invention is now based on the drawing 35 from liquid to gaseous argon in the flow of the

nungen beispielsweise beschrieben werden. dem Luftverflüssigungsaustauscher 12 zugeführtenstatements are described, for example. the air liquefaction exchanger 12 supplied

Fig. 1 bis 3 zeigen schematisch Verfahren zur Her- Argons zu steuern.1 to 3 show schematically methods for controlling Her-Argon.

stellung von flüssigem Sauerstoff, bei welchem die Unter Annahme eines Produktionsmaßstabes vonposition of liquid oxygen, in which the assumption of a production scale of

Rektifikationseinheit eine übliche Doppelkolonne ist 1200 cbm/Stunde an flüssigem Sauerstoff, gemessenThe rectification unit of a standard double column is 1200 cbm / hour of liquid oxygen, measured

unter Verwendung von Argon, Stickstoff und einer 4° bei 1 Atmosphäre absolut und 16° C, beträgt dieusing argon, nitrogen and a 4 ° at 1 atmosphere absolute and 16 ° C, the

60%-Argon-/40%-Stickstoff-Mischung als jeweiliges, Menge an verdampftem und auf Umgebungstemperatur60% argon / 40% nitrogen mixture as respective, amount of vaporized and at ambient temperature

inertes, im Kreislauf geführtes Gas; erwärmten (16° C) Methan 1188 cbm/Stunde. 2020 cbminert, circulated gas; heated (16 ° C) methane 1188 cbm / hour. 2020 cbm

Fig. 4 zeigt schematisch ein Verfahren zur Her- Argon pro Stunde werden auf 10 Atmosphären kom-Fig. 4 shows schematically a process for Her- Argon per hour are com-

stellung von flüssigem Stickstoff, bei welchem die primiert, um eine Verflüssigung durch flüssigesposition of liquid nitrogen, in which the primes to a liquefaction by liquid

Rektifikationseinheit eine übliche Einzelkolonne ist, 45 Methan zu ermöglichen, und anschließend auf 2,3 Atmo-Rectification unit is a common single column to allow 45 methane, and then to 2.3 atmospheres

unter Verwendung einer Mischung von 60% Argon Sphären entspannt. Um die notwendige Abkühlung fürrelaxed using a mixture of 60% argon spheres. To get the necessary cooling for

und 40% Stickstoff als inertes, im Kreislauf geführtes die Luftverflüssigung zu ermöglichen, werden nurand 40% nitrogen as inert, recirculated to enable air liquefaction only

Gas. 1599 cbm Argon pro Stunde, die wirklich kondensiertGas. 1599 cbm of argon per hour that really condenses

Gemäß Fig. 1 wird Luft in einem Turbokompressor sind, benötigt. Durch die Tatsache, daß 'ein Teil des 10 oder einem anderen geeigneten Kompressor auf 50 Argons nicht durch das flüssige Methan kondensiert annähernd 5,7 Atmosphären komprimiert, in einem wird (461 cbm/Stunde), ist es auch nicht erforderlich, Wärmeaustauscher 11 gekühlt und gereinigt, welcher auf den vollen Druck zu komprimieren, sondern es ein Umschaltaustauscher oder einer eines Regenera- genügt ein Aufpressen auf ungefähr 3 Atmosphären, torenpaares sein kann, wobei im Gegenstrom gas- um den Druckabfall in den Austauschern ausformiger Abfallstickstoff strömt. Die Luft wird dann 55 zugleichen. Eine der beschriebenen Anordnungen hat zu einem weiteren Wärmeaustauscher 12 geführt, in einen leicht verminderten Kraftbedarf, der wie folgt welchem sie teilweise durch Wärmeaustausch mit ver- dargestellt werden kann:
dampfendem Argon aus dem geschlossenen wärme- _ _ ^
übertragenden Argonkreislauf verflüssigt wird, an- Für KomprimierungAccording to Fig. 1, air is required in a turbo compressor. Due to the fact that 'part of the 10 or another suitable compressor on 50 argon is not condensed by the liquid methane compressed into one approximately 5.7 atmospheres (461 cbm / hour), it is also not necessary to cool heat exchanger 11 and cleaned, which can be compressed to full pressure, but a changeover exchanger or one of a regenerator is sufficient, a pressurization to about 3 atmospheres, gate pairs, with gas waste nitrogen flowing in countercurrent around the pressure drop in the exchangers. The air will then equal 55. One of the arrangements described has led to a further heat exchanger 12, with a slightly reduced power requirement, which can be partially represented by heat exchange as follows:
steaming argon from the closed heat _ _ ^
transferring argon circuit is liquefied, to- For compression

schließend geht das Argon durch den Wärmeaus- 60 der Luft 41,3 kWh/100 cbmthe argon then passes through the heat from the air at 41.3 kWh / 100 cbm

tauscher 11. Die teilweise verflüssigte Luft wird dann _ _ flüssigen O2 exchanger 11. The partially liquefied air then becomes _ _ liquid O 2

zur Rektifikationseinheit 13 geführt, in welcher sie in Für Komprimierungto the rectification unit 13, in which it is in For compression

eine flüssige Sauerstofffraktion und eine gasförmige des Argons 12,4 kWh/100 cbma liquid oxygen fraction and a gaseous fraction of argon 12.4 kWh / 100 cbm

Stickstofffraktion getrennt wird, wobei letztere dazu flüssigen O2 Nitrogen fraction is separated, the latter being liquid O 2

verwendet wird, die zugeführte Luft, wie oben be- 65 Gesamtmenge 53,7 kWh/100 cbmthe air supplied is used as above 65 Total amount 53.7 kWh / 100 cbm

schrieben, zu kühlen. Das Argon verläßt den Aus- flüssigen Sauerstoff tauscher 11 im wesentlichen mit atmosphärischerwrote to cool. The argon leaves the liquefied oxygen exchanger 11 essentially with atmospheric

Temperatur und wird in dem Kompressor 14 auf an- Diese Zusammenstellung zeigt, daß ungefähr dieTemperature and is in the compressor 14 on. This compilation shows that approximately the

nähernd 10 Atmosphären absolut komprimiert, im Hälfte an normalem Kraftverbrauch, um 100 cbmalmost 10 atmospheres absolutely compressed, half of normal power consumption, around 100 cbm

Kühler 15 gekühlt und durch einen Verdampfer ge- 70 flüssigen Sauerstoff zu erzeugen, benötigt wird.Cooler 15 cooled and to generate liquid oxygen by an evaporator 70 is required.

In Fig. 2 ist der Lufttrennungskreislauf der gleiche wie in Fig. 1, jedoch der wärmeübertragende Stickstoffkreislauf unterscheidet sich in Einzelheiten von dem bereits geschilderten Argonkreislauf. Stickstoff wird im Kompressor 14 auf 21 Atmosphären absolut komprimiert, gekühlt und dann durch die Verdampferabschnitte für das flüssige Methan A, Ä, A" geführt und wird anschließend durch das Ventil 16 auf 5,7 Atmosphären absolut entspannt, bevor er dem Verflüssigungsaustauischer 12 zugeführt wird, von welchem er über den Austauscher 11 zur erneuten Kompression zurückgeführt wird. Durch die unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften des Stickstoffs ist die Gasmenge, die verflüssigt werden muß, um die nötige Abkühlung zu schaffen, größer als die, die zur Erzielung des Gleichgewichtes im Austauscher 11 erforderlich ist. Ein Abzweigweg 19, der durch das Ventil 20 gesteuert wird, ist deshalb vor dem Wärmeaustauscher 11 vorgesehen, wobei die fühlbare »Kälte« in diesem Abzweigstickstoff in einem weiteren Wärmeaustauscher 21 durch Wärmeaustausch mit einem Stickstoff strom gewonnen wird, der durch eine Abzweigung 22, gesteuert durch ein Ventil 23, geführt wird, wobei die Abschnitte A und Ä des Verdampfers für das flüssige Methan umgangen werden. agIn FIG. 2 the air separation circuit is the same as in FIG. 1, but the heat-transferring nitrogen circuit differs in details from the argon circuit already described. Nitrogen is compressed to 21 atmospheres absolute in the compressor 14, cooled and then passed through the evaporator sections for the liquid methane A, A, A " and is then expanded to 5.7 atmospheres absolutely through the valve 16 before it is fed to the liquefaction exchanger 12 , from which it is returned for recompression via exchanger 11. Due to the different physical properties of nitrogen, the amount of gas that has to be liquefied to create the necessary cooling is greater than that required to achieve equilibrium in exchanger 11 A branch path 19, which is controlled by the valve 20, is therefore provided upstream of the heat exchanger 11 , controlled by a valve 23, is performed, the sections A and Ä of the evaporator for the liquid methane can be bypassed. ag

Wenn der gleiche Produktionsmaßstab wie in dem Verfahren nach Fig. 1 zugrunde gelegt werden soll, d. h. 1200 cbm/Stunde flüssiger Sauerstoff erzeugt werden soll, so beträgt die entsprechende Menge an flüssigem Methan, das verdampft und auf Umgebungstemperatur (16° C) gebracht wird, 1211 cbm/Stunde. 2373 cbm Stickstoff pro Stunde werden dabei auf 21 Atmosphären komprimiert, um eine Verflüssigung durch das flüssige Methan zu erzielen, die anschließend auf 5,7 Atmosphären entspannt werden. Außerhalb dieser Menge werden nur 1400 cbm/Stunde Stickstoff benötigt, um die Regeneratoren oder die umschaltbaren Austauscher im Gleichgewicht zu halten; der Rest dient zur Vorkühlung des wieder unter Druck gesetzten Stickstoffstromes im Wärmeaustauscher 21. Der entsprechende Kraftbedarf ist folgender:If the same production scale as in the method according to Fig. 1 is to be used, d. H. 1200 cbm / hour of liquid oxygen is to be generated, the corresponding amount is liquid methane that is vaporized and brought to ambient temperature (16 ° C), 1211 cbm / hour. 2373 cbm of nitrogen per hour are compressed to 21 atmospheres in order to liquefy to achieve by the liquid methane, which are then expanded to 5.7 atmospheres. Outside of of this amount, only 1400 cbm / hour of nitrogen are required for the regenerators or the switchable ones To keep exchangers in balance; the rest is used to pre-cool the repressurized Nitrogen flow in the heat exchanger 21. The corresponding power requirement is as follows:

Für KomprimierungFor compression

der Luft 41,3 kWh/100 cbmof the air 41.3 kWh / 100 cbm

flüssigen Sauerstoff Für Komprimierungliquid oxygen for compression

des Stickstoffs 13,1 kWh/100 cbmof nitrogen 13.1 kWh / 100 cbm

flüssigen Sauerstoffliquid oxygen

Gesamtmenge 54,4 kWh/100 cbmTotal amount 54.4 kWh / 100 cbm

flüssigen Sauerstoff _0 liquid oxygen _ 0

In Fig. 3, gemäß welcher eine Mischung von 60 °/o Argon mit 40% Stickstoff als im Kreislauf geführtes Gas verwendet werden soll, ist der Lufttrennungskreislauf der gleiche wie in Fig. 1 und 2, jedoch ist der in sich geschlossene Wärmeübertragungskreislauf insofern vereinfacht, als die Wärmeerfordernisse während der Verdampfung des flüssigen Methans und der Tätigkeit der Regeneratoren oder Wärmeaustauscher vollständig im Gleichgewicht sind. Die im Kreislauf geführte inerte Gasmischung wird in dem Kompressor 14 auf 13 Atmosphären absolut komprimiert und durch die Verdampferabschnitte A, A' und A" für das flüssige Methan geführt, und anschließend wird sie durch das Ventil 16 auf 3,4 Atmosphären absolut entspannt, bevor sie dem Luftverflüssigungsaustauscher 12 zugeführt wird, von wo aus sie über den Wärmeaustauscher 11 zur erneuten Komprimierung zurückgeführt wird.In FIG. 3, according to which a mixture of 60% argon with 40% nitrogen is to be used as the gas circulated, the air separation circuit is the same as in FIGS. 1 and 2, but the self-contained heat transfer circuit is simplified in this respect when the heat requirements during the evaporation of the liquid methane and the operation of the regenerators or heat exchangers are completely in equilibrium. The circulating inert gas mixture is compressed in the compressor 14 to 13 atmospheres absolute and passed through the evaporator sections A, A ' and A " for the liquid methane, and then it is expanded through the valve 16 to 3.4 atmospheres absolute before it is fed to the air liquefaction exchanger 12, from where it is returned via the heat exchanger 11 for renewed compression.

Wenn der gleiche Produktionsmaßstab wie in den Verfahren der erläuterten Beispiele 1 und 2 zugrundeIf the same production scale as in the procedures of the illustrated examples 1 and 2 are based

43 gelegt werden soll, d. h. 1200 cbm flüssiger Sauerstoff pro Stunde erzeugt werden sollen, so beträgt die entsprechende Menge an verdampftem und auf Umgebungstemperatur (16° C) erwärmtem Methan 1188 cbm/Stunde. Es werden dabei 1740 cbm pro Stunde der Argon-Stickstoff-Mischung auf 13 Atmosphären komprimiert, teilweise durch das flüssige Methan verflüssigt und anschließend auf 3,4 Atmosphären absolut entspannt. Der entsprechende Kraftbedarf ist folgender: 43 is to be laid, ie 1200 cbm of liquid oxygen are to be generated per hour, the corresponding amount of vaporized methane heated to ambient temperature (16 ° C) is 1188 cbm / hour. Here, 1740 cbm per hour of the argon-nitrogen mixture are compressed to 13 atmospheres, partially liquefied by the liquid methane and then absolutely relaxed to 3.4 atmospheres. The corresponding power requirement is as follows:

Für KomprimierungFor compression

der Luft 41,3 kWh/100 cbmof the air 41.3 kWh / 100 cbm

flüssigen O2
Für Komprimierungliquid O 2
For compression

der Gasmischung 9,9 kWh/100 cbmof the gas mixture 9.9 kWh / 100 cbm

flüssigen O2 liquid O 2

Gesamtmenge 51,2 kWh/100 cbmTotal amount 51.2 kWh / 100 cbm

flüssigen O2 liquid O 2

In Fig. 4 ist die Rektifikationseinhe.it eine Einzelkolonne zur Trennung von Luft in eine flüssige Stickstofffraktion und eine an Sauerstoff angereicherte gasförmige Fraktion. Die zugeführte Luft wird auf 3,2 Atmosphären absolut komprimiert und durch einen Wärmeaustauscher 11, im Gegenstrom zu dem mit Sauerstoff angereicherten Gas, hindurch zu einem Luftverflüssigungsaustauscher 12 und zu der Säule 13^4 geführt. Die im Kreislauf geführte Argon-Stickstoff-Gas-Mischung wird in dem Kompressor 14 auf 13 Atmosphären absolut komprimiert, gekühlt und durch die Verdampferabschnitte A, A', A" für das flüssige Methan geführt, in welchen sie verflüssigt und dann durch das Ventil 16 auf 2 Atmosphären absolut entspannt wird, bevor sie in den Verflüssigungsaustauscher 12 eingeführt wird, von wo aus sie über den Austauscher 11 zur erneuten Komprimierung zurückgeführt wird.In FIG. 4, the rectification unit is a single column for separating air into a liquid nitrogen fraction and an oxygen-enriched gaseous fraction. The air supplied is compressed to 3.2 atmospheres absolute and passed through a heat exchanger 11, in countercurrent to the oxygen-enriched gas, through to an air liquefaction exchanger 12 and to the column 13 ^ 4. The circulated argon-nitrogen-gas mixture is compressed to 13 atmospheres absolute in the compressor 14, cooled and passed through the evaporator sections A, A ', A " for the liquid methane, in which it is liquefied and then through the valve 16 is absolutely relaxed to 2 atmospheres before it is introduced into the liquefaction exchanger 12, from where it is returned via the exchanger 11 for recompression.

Wie in Fig. 3 bei der Herstellung von flüssigem Sauerstoff unter Verwendung einer Argon-Stickstoff-Mischung als ein im Kreislauf geführtes Gas erläutert, ist die Menge an Argon-Stickstoff-Mischung, welche zur Verflüssigung erforderlich ist, um die notwendige Abkühlung für das Lufttrennungsverfahren zu schaffen, gleich der Menge an Mischung, die für die Einhaltung des Gleichgewichtes der austauschbaren Wärmeaustauscher erforderlich ist.As in Fig. 3 for the production of liquid oxygen using an argon-nitrogen mixture Explained as a cycled gas, the amount of argon-nitrogen mixture is what for liquefaction is required to achieve the necessary cooling for the air separation process create, equal to the amount of mixture necessary for maintaining the equilibrium of the interchangeable Heat exchanger is required.

Bei Unterstellung einer Produktion von 140 cbm flüssigem Stickstoff pro Stunde ist das entsprechende Volumen an verdampftem und auf Umgebungstemperatur (16° C) erwärmtem Methan 126 cbm/Stunde. Der im Kreislauf geführte Strom besteht aus einer 60 % Argon und 40 °/o Stickstoff enthaltenden Mischung von 185 cbm/Stunde, die auf 13 Atmosphären komprimiert und durch Wärmeaustausch mit dem flüssigen Methan verflüssigt und nachfolgend auf 2 Atmosphären entspannt wird.Assuming a production of 140 cbm liquid nitrogen per hour is the corresponding volume of vaporized and at ambient temperature (16 ° C) heated methane 126 cbm / hour. The circulating current consists of one Mixture containing 60% argon and 40% nitrogen at 185 cbm / hour compressed to 13 atmospheres and liquefied by heat exchange with the liquid methane and subsequently to 2 atmospheres is relaxed.

Der Kraftverbrauch für diesen Kältekreislauf ist folgender:The power consumption for this refrigeration circuit is as follows:

Für Kompression der Luft.. 23,3 kWh/100 cbmFor compression of the air .. 23.3 kWh / 100 cbm

flüssigen Stickstoffliquid nitrogen

Für Kompression des Kreislaufgases 13,1 kWh/100 cbmFor compression of the cycle gas 13.1 kWh / 100 cbm

flüssigen Stickstoffliquid nitrogen

Gesamtmenge 36,4 kWh/100 cbmTotal amount 36.4 kWh / 100 cbm

flüssigen Stickstoffliquid nitrogen

Claims (16)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Herstellung eines oder mehrerer verflüssigter atmosphärischer Gase durch Trennung1. Process for the production of one or more liquefied atmospheric gases by separation von Luft bei tiefen Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der notwendigen Abkühlung durch die Verdampfung von flüssigem Methan erzeugt wird.of air at low temperatures, characterized in that at least some of the necessary Cooling is produced by the evaporation of liquid methane. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein inertes Gas in einem geschlossenen Kreislauf als Wärmeübertragungsmedium zwischen dem zu verdampfenden flüssigen Methan und der zu kühlenden Luft verwendet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that an inert gas in a closed Circuit as a heat transfer medium between the liquid methane to be evaporated and the air to be cooled is used. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Methan in einem Verdampfer durch Wärmeaustausch mit einem inerten Gas, welches zumindest teilweise kondensiert ist, verdampft wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the liquid methane in an evaporator by heat exchange with an inert gas which is at least partially condensed, is evaporated. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als inertes Gas Argon, Stickstoff oder eine Mischung von Argon und Stickstoff verwendet wird.4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the inert gas argon, nitrogen or a mixture of argon and nitrogen is used. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach Abkühlung und Reinigung der Luft in austauschbaren Wärmeaustauschern und nachfolgender teilweiser Verflüssigung der Luft der ganze oder ein Teil des inerten Gasstromes zur Erzielung des Gleichgewichts in den Austauschern verwendet wird.5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that after cooling and cleaning the air in exchangeable heat exchangers and subsequent partial liquefaction of the air, all or part of the inert gas flow is used to achieve equilibrium in the exchangers. 6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem die Menge an inertem Gas, die zur Erzielung des Gleichgewichtes der austauschbaren Wärmeaustauscher benötigt wird, diejenige Menge an inertem Gas überschreitet, die durch Verdampfung von flüssigem Methan kondensiert werden muß, um die erforderliche teilweise Verflüssigung der Luft zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des inerten Gases um den letzten Teil des Verdampfers herumgeführt wird.6. The method of claim 5, wherein the amount of inert gas necessary to achieve the Equilibrium of the exchangeable heat exchanger is required, that amount of inert Gas exceeds that must be condensed by evaporation of liquid methane to the necessary to produce partial liquefaction of the air, characterized in that part of the inert gas is passed around the last part of the evaporator. 7. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem die Menge an inertem Gas, die für die Erzielung des Gleichgewichtes in den austauschbaren Wärmeaustauschern erforderlich ist, kleiner ist als diejenige Menge an inertem Gas, welche durch die Verdampfung des flüssigen Methans kondensiert werden muß, um die erforderliche teilweise Verflüssigung der Luft zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des inerten Gases um die austauschbaren Wärmeaustauscher herumgeführt wird.7. The method of claim 5, wherein the amount of inert gas necessary for the achievement of the Equilibrium required in the exchangeable heat exchangers is smaller than that Amount of inert gas that is condensed by the evaporation of the liquid methane must in order to produce the necessary partial liquefaction of the air, characterized in that part of the inert gas is routed around the exchangeable heat exchanger. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kälteinhalt des umgeleiteten inerten Gases in einem weiteren Wärmeaustauscher gewonnen wird.8. The method according to claim 7, characterized in that the cold content of the diverted inert gas is obtained in a further heat exchanger. 9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens9. Device for carrying out the method nach Anspruch 1 bis 8, bestehend aus einer Zuleitung für flüssiges Methan, Mittel, um das flüssige Methan in wärmeaustauschende Beziehungen mit einem inerten Wärmeübertragungsmedium, das in einem geschlossenen Kreislauf wirkt, zu bringen, einer Rektifikationskolonne und Mitteln, um das Wärmeübertragungsmedium in wärmeaustauschende Beziehungen mit der dieser Kolonne zugeführten Luft zu bringen.according to claim 1 to 8, consisting of a feed line for liquid methane, means to the liquid Methane in heat exchange relationships with an inert heat transfer medium, which in a closed circuit acts to bring a rectification column and means to the heat transfer medium in heat-exchanging relationships with that supplied to this column To bring air. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das inerte Wärmeübertragungsmedium aus Argon, Stickstoff oder einer Mischung aus Argon und Stickstoff besteht.10. Apparatus according to claim 9, characterized in that the inert heat transfer medium consists of argon, nitrogen or a mixture of argon and nitrogen. 11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der in sich geschlossene Kreislauf einen Kompressor aufweist, der vor den Mitteln angeordnet ist, die das flüssige Methan in wärmeaustauschende Beziehung mdt dem inerten Wärmeübertragungsmedium bringen, und ein Expansionsventil, das zwischen den genannten Mitteln und den Mitteln, die den Wärmeaustausch zwischen dem inerten Wärmeübertragungsmedium und der zu der Kolonne zugeführten Luft ermöglichen sollen, angeordnet ist.11. Apparatus according to claim 9 or 10, characterized in that the self-contained Circuit has a compressor which is arranged in front of the means that the liquid methane in heat exchange relationship mdt bring the inert heat transfer medium, and an expansion valve, that between the said means and the means that carry out the heat exchange between the inert heat transfer medium and to allow the air supplied to the column is arranged. 12. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die austauschbaren Wärmeaustauscher zum Vorkühlen und Reinigen der Luft geeignet sind.12. Apparatus according to claim 9 to 11, characterized in that the interchangeable Heat exchangers are suitable for pre-cooling and cleaning the air. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Kreislauf einen getrennten Durchgang im austauschbaren Wärmeaustauscher hat, um das Wärmeübertragungsmedium in wärmeaustauschende Beziehung mit der Luft zu bringen.13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the closed circuit has a has separate passage in the exchangeable heat exchanger to the heat transfer medium to bring it into a heat-exchanging relationship with the air. 14. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der in sich geschlossene Kreislauf durch einen Abzweig um die Mittel herumgeführt ist, die das flüssige Methan in wärmeaustauschende Beziehung mit dem inerten Wärtneübertragungsmedium bringen.14. Apparatus according to claim 9 to 13, characterized in that the self-contained Circuit is led by a branch around the means that convert the liquid methane into heat-exchanging Relate to the inert thermal transfer medium. 15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der in sich geschlossene Kreislauf einen Abzweig um den austauschbaren Wärmeaustauscher aufweist.15. The device according to claim 13, characterized in that that the self-contained circuit branches off to the exchangeable heat exchanger having. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der in sich geschlossene Kreislauf Mittel zur Wiedergewinnung des Kälteinhaltes des inerten Wärmeübertragungsmediums in dem Abzweig um den austauschbaren Wärmeaustauscher herum aufweist.16. The device according to claim 15, characterized in that the self-contained circuit Means for recovering the cold content of the inert heat transfer medium in the Having branch around the exchangeable heat exchanger. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © 809 767/104 2.59© 809 767/104 2.59
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