DE1099563B - Verfahren zur Regelung des Kaeltebedarfs einer Anlage zur Zerlegung eines Gasgemisches durch Rektifikation bei niedriger Temperatur - Google Patents

Verfahren zur Regelung des Kaeltebedarfs einer Anlage zur Zerlegung eines Gasgemisches durch Rektifikation bei niedriger Temperatur

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DE1099563B DEA28862A DEA0028862A DE1099563B DE 1099563 B DE1099563 B DE 1099563B DE A28862 A DEA28862 A DE A28862A DE A0028862 A DEA0028862 A DE A0028862A DE 1099563 B DE1099563 B DE 1099563B
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Kältebedarfs einer Anlage zur Zerlegung eines Gasgemisches durch Rektifikation bei niedriger Temperatur, bei welcher der weniger flüchtige, gasförmige Bestandteil in schwankender Menge einer Rektifizierkolonne entnommen und mit veränderbarer Menge ein Austausch dieses weniger flüchtigen Bestandteils in flüssigem Zustand zwischen derselben Rektifizierkolonne und einem Behälter für den weniger flüchtigen Bestandteil vorgenommen wird. Die Erfindung ist insbesondere auf Anlagen zur Zerlegung von Luft durch Rektifikation bei niedriger Temperatur zwecks Erzeugung gasförmigen Sauerstoffs anwendbar.
Der Bedarf an gasförmigem Sauerstoff ist, häufig stark schwankend und kann sogar auf Null absinken. Die Zerlegungsanlage arbeitet aber nur bei gleichbleibender Leistung unter günstigen Bedingungen. Schwankender Bedarf an Sauerstoff tritt sowohl bei der Verwendung von Sauerstoff für metallurgische Prozesse, die im allgemeinen diskontinuierlich ver-
laufen, als auch beim Füllen von Gasflaschen unter hohem Druck auf, wenn der Vorrat an leeren Flaschen ungenügend ist.
Ein Verfahren zur Vermeidung der Stillsetzung einer Zerlegungsanlage oder des Betriebes mit verringerter Leistung, d. h. unter schlechten Bedingungen, besteht darin, den gasförmigen Sauerstoff entweder in Gasometern bei Atmosphärendruck oder in Behältern unter veränderlichem Druck zu speichern. Diese Behälter sind jedoch sehr sperrig, und wenn die aufgespeicherten Sauerstoff mengen das Fassungsvermögen der Behälter übersteigen, muß der Sauerstoff ins Freie abgelassen werden.
Ein anderes Verfahren besteht darin, den Sauerstoff in flüssigem Zustand zu speichern und ihn in Abhängigkeit von dem Bedarf in einer getrennten Anlage zu verdampfen. Dieses Verfahren hat gewisse Vorteile, insbesondere die Speicherung des Sauerstoffs unter geringem Raumbedarf, es weist jedoch den Nachteil auf, daß es einen größeren Energieaufwand erfordert, da die zur Verflüssigung des Sauerstoffs erforderliche Kälte geliefert werden muß.
Auch ist der Austausch von verflüssigter Luft oder eines verflüssigten Luftbestandteiles zwischen der Rektifizierkolonne und einem Vorratsbehälter bekannt. Hierbei lassen sich jedoch betriebliche Störungen deswegen nicht vermeiden, weil die Kältemengen, die der Rektifizierkolonne zugeführt oder abgeführt werden müssen, durch Regelung des Gasdurchsatzes durch die Entspanuungsmaschinen ausgeglichen werden müssen. Der Durchsatz durch die Entspannungsmaschine läßt sich jedoch gegenüber dem normalen Durchsatz nicht wesentlich steigern und andererseits ist bei Verringerung des Gasdurchsatzes der Betrieb der Maschinen gefährdet.
Verfahren zur Regelung des Kältebedarfs einer Anlage zur Zerlegung
eines Gasgemisches durch Rektifikation
bei niedriger Temperatur
Anmelder:
L/Air Liquide, Societe Anonyme
pour l'Etude et !'Exploitation
des Procedes Georges Claude, Paris
Vertreter: Dr. H.-H. Willrath, Patentanwalt,
Wiesbaden, Hildastr. 32
Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 13. Februar 1957
Maurice Grenier, Paris,
ist als Erfinder genannt worden
Dem Gegenstand der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und eine Regelung des Kältebedarfs einer Anlage zur Zerlegung eines Gasgemisches durch Rektifikation bei stark schwankenden Entnahmemengen gasförmigen Sauerstoffs zu ermöglichen, ohne daß dazu ein erhöhter Energieaufwand oder eine schwierige Maschinenregelung erforderlich ist.
Das wird dadurch erreicht, daß ein verflüssigtes Gasgemisch, dessen Zusammensetzung der des zu zerlegenden Gasgemisches etwa nahe ist, in an sich bekannter Weise aus einem Behälter in veränderbarer Menge derselben Rektifizierkolonne zugeführt wird, und die zwischen den Behältern und der Rektifizierkolonne ausgetauschten Flüssigkeitsmengen so geregelt werden, daß die gesamte der Rektifizierkolonne durch die ausgetauschten Flüssigkeitsmengen zugeführte Kältemenge bei allen Schwankungen in der Entnahme des weniger flüchtigen gasförmigen Bestandteils des Gasgemisches etwa gleich bleibt.
Das verflüssigte Gasgemisch kann entweder durch einen Teil des zu zerlegenden Gasgemisches in flüssigem Zustand gebildet werden, oder es besteht aus einer einer Niederdruckkolonne vorausgehenden Hochdruckkolonne entnommenen Flüssigkeit.
Wenn der Bedarf an dem weniger flüchtigen Bestandteil in gasförmigem Zustand aufhört oder kleiner
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als der normale Bedarf -wird) wird dieser Bestandteil · ganz oder teilweise in flüssigem Zustand in den entsprechenden Behälter geleitet, und die für das richtige Arbeiten der Niederdruckkolonne erforderliche zusätzliche Kältezufuhr wird durch Vergrößerung der in die Niederdruckkolonne eingeführten Menge verflüssigten Gasgemisches erhalten. Wird dagegen der Bedarf an dem weniger flüchtigen Bestandteil in gasförmigem Zustand größer als normal·, so wird die erforderliche Menge dieses Bestandteils in flüssigem Zustand aus dem Behälter in die Niederdruckkolonne zurückgeschickt, und die in die Niederdruckkolonne eingeführte Menge verflüssigtemGasgemisches wird so weit verringert, daß die gesamte Kältemenge, die aus den beiden Behältern der Niederdruckkolonne zugeführt wird, gleich bleibt.
Die in den Behälter eingeführte Menge verflüssigten Gasgemisches bleibt während dieser Zeit gleich, so daß der Betrieb der Verflüssigungsanlage und der vorausgehenden Hochdruckkolonne nicht gestört wird.
Die Zerlegungsanlage weist somit eine große Anpassungsfähigkeit auf. Auch wird bei einer Stillsetzung der Anlage die Wiederinbetriebsetzung beschleunigt, da eine Reserve an verflüssigtem Gasgemisch vorhanden ist, die der Anlage bei ihrer Wiederinbetriebsetzung zugeführt werden kann.
Außerdem gestattet das Verfahren eine einfache und wirksame Aufrechterhältung der Reinheit des weniger flüchtigen Bestandteils, z. B. Sauerstoff, welcher in gasförmigem Zustand der Niederdruckkolonne entnommen wird. Es braucht nur die Zufuhr des Gas- -. gemisches in flüssigem Zustand in die Niederdruckkolonne in Abhängigkeit von der Reinheit des weniger flüchtigen Bestandteils geregelt zu werden, indem z. B. die Eingangsmenge verringert wird, wenn die Reinheit abnimmt. Hierfür liann ein selbsttätiger Regler bekannter Bauart benutzt werden.
Die Rektifizieranlage kann eine oder mehrere Kolonnen aufweisen.
Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dar. Es zeigt
Fig. 1 die unmittelbare Zufuhr der verflüssigten Luft in einen Vorratsbehälter und
Fig. 2 die Einleitung der verflüssigten Luft in die Hochdruckkolonne und die anschließende Zufuhr einer Fraktion in den Vorratsbehälter.
Nach Fig. 1 wird die zu zerlegende Luft durch die Leitung 1 einem Verdichter 2 zugeführt und auf beispielsweise 12 ata verdichtet. Hierauf wird sie in einem Reiniger 3 gereinigt, insbesondere von Wasserdampf und Kohlensäuregas, z. B. durch Kondensation des Wasserdampfs und Absorption des Kohlensäuregases in einer Ätznatronlösung. Die gereinigte Luft wird durch die Leitung 4 einem Kühlaustauscher 5 zugeführt, in welchem sie durch Wärmeaustausch mit gasförmigem Stickstoff und Sauerstoff gekühlt wird. Die auf etwa — 80° C abgekühlte Luft gelangt dann durch die Leitung 6 in den Verflüssigungsaustauscher7, in dem sie weiter gekühlt und teilweise verflüssigt wird. Ein Teil der Luft wird in der Mitte des Verflüssigungsaustauschers 7 bei einer- Temperatur von etwa —150° C entnommen und durch die Leitung 8 einer Entspannungsmaschine 9 zugeführt, auf etwa 5 ata entspannt und auf etwa —173° C abgekühlt. Dann gelangt die Luft durch die Leitung 10 zu •der Hochdruckkolonne 11. Der andere Teil der Luft. wird in dem unteren Teil des Verflüssigungsaustauschers 7 verflüssigt und durch die Leitung 12 einer in dem unteren Teil der Hochdruckkolonne 11 angeordneten Heizschlange 13 zugeführt, wo er unterkühlt wird. Er gelangt dann durch die Leitung 14 zu einer Rohrschlange 15, welche in einem Behälter 16 zur Speicherung flüssigen Sauerstoffs angeordnet ist, und hierauf durch die Leitung 17 und das Ventil 18 zu einem Behälter 19 zur Speicherung flüssiger Luft. Eine durch das Ventil 20 in Abhängigkeit von der Reinheit des erzeugten gasförmigen Sauerstoffs durch eine Kontrollvorrichtung 38 und eine Steuervorrichtung 39 bekannter Bauart regelbare Menge flüssiger Luft wird durch die Leitung 21 in die Niederdruckkolonne 22 eingeführt. Die in dem Behälter 19 verdampfende Luft wird durch die Leitung 23 ebenfalls in die Niederdruckkolonne 22 eingeführt.
Die Hochdruckkolonne 11 und die Niederdruckkolonne 22 stehen über denKondensator und Verdampfer 24 in Wärmeaustausch miteinander. Die im unteren Teil der Hochdruckkolonne 11 erhaltene, mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit wird durch die Leitung 25 dem Austauscher 26 zugeführt, wo sie durch Wärmeaustausch mit dem durch Zerlegung gewonnenen gasförmigen Stickstoff unterkühlt, hierauf durch das Ventil 27 auf den Druck der Niederdruckkolonne 22 entspannt und in diese bei 28 eingeführt wird. Von dem in dem Kondensator 24 kondensierten unreinen Stickstoff fließt ein Teil in die Hochdruckkolonne 11 als Rückfluß zurück, während der andere Teil aufgefangen und durch die Leitung 29 dem Austauscher 30 zugeführt wird, wo er durch Wärmeaustausch mit dem durch Zerlegung gewonnenen gasförmigen Stickstoff gekühlt, hierauf durch das Ventil 31 entspannt und bei 32 in den Kopf der Niederdruckkolonne 22 eingeführt wird.
Der im Kopf der Niederdruckkolonne 22 gewonnene gasförmige Stickstoff wird durch die Leitung 33 den Austauschern 30 und 26 zugeführt, in denen er hintereinander den unreinen flüssigen Stickstoff und die mit Sauerstoff angereicherte Luft kühlt, worauf er durch die Leitung 34 dem Verflüssigungsaustauscher 7 zugeführt wird, von wo er durch die Leitung 35 zu dem Kühlaustauscher 5 gelangt, bevor er bei 36 abgeführt wird.
Der gasförmige Sauerstoff wird der Niederdruckkolonne 22 durch die Leitung 37 entnommen. Er strömt durch eine Kontrollvorrichtung 38 bekannter Bauart, welche durch eine selbsttätige Steuervorrichtung 39 mit dem Ventil 20 für die Zufuhr von flüssiger Luft in die Niederdruckkolonne 22 verbunden ist. Der Durchfluß des gasförmigen Sauerstoffs ist über ein Ventil 40 einstellbar. Hierauf gelangt der gasförmige Sauerstoff durch die Leitung 41 in den Verflüssigungsaustauscher 7 und durch die Leitung 42 in den Kühlaustauscher 5 und wird durch die Leitung 43 der Verbrauchsstelle zugeführt.
Der in flüssigem Zustand entnommene Sauerstoff wird durch die Leitung 44 und das Ventil 45 dem Behälter 16 zugeführt, der mit einem Ventil 46 versehen ist, das die Entnahme einer gewissen Menge flüssigen Sauerstoffs gestattet. Über eine mit einem Ventil 48 versehene Leitung 47 erfolgt die Rückleitung des Sauerstoffs, der in dem Behälter 16 verdampft. Wenn flüssiger Sauerstoff aus dem Behälter 16 in die Niederdruckkolonne 22 zurückgeleitet werden soll, kann eine mit einer Pumpe versehene Rückführungsleitung benutzt werden, oder das Ventil 48 in der Leitung 47 für die Rückführung der Sauerstoff dämpfe wird geschlossen. Dann steigt der Druck in dem Behälter 16 allmählich an, und der Sauerstoff wird über die Leitung 44 in die Niederdruckkolonne 22 gedruckt.
In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die in der Heizschlange 13 unterkühlte flüssige
Luft durch das Ventil 13^4 entspannt und in die Hochdruckkolonne 11 eingeführt, während eine flüssige Fraktion aus der gleichen Kolonne etwas höher entnommen wird, z, B. aus dem unmittelbar über der Einführungsstelle der flüssigen Luft liegenden Boden, und durch die Leitung 14, die Rohrschlange 15 und das Ventil 18 in einen Behälter 19 geleitet wird. Aus dem Behälter 19 wird dann der Niederdruckkolonne 22 eine Füssigkeit zugeführt, die von allen wenig flüchtigen Verunreinigungsrückständen, z. B. Azetylen, frei ist, da diese Verunreinigungen in dem unteren Teil der Hochdruckkolonne 11 durch die aufsteigende Flüssigkeit mitgerissen werden. Die Verunreinigungen sammeln sich in der im unteren Teil der Hochdruckkolonne 11 entnommenen, mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit und werden in Filtern 25.4, 255 bekannter Bauart abgeschieden.

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Regelung des Kältebedarfs einer Anlage zur Zerlegung eines Gasgemisches durch Rektifikation bei niedriger Temperatur, bei welcher der weniger flüchtige, gasförmige Bestandteil in schwankender Menge einer Rektifizierkolonne entnommen und mit veränderbarer Menge ein Austausch dieses weniger flüchtigen Bestandteils in flüssigem Zustand zwischen derselben Rektifizierkolonne und einem Behälter für den weniger flüchtigen Bestandteil vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein verflüssigtes Gasgemisch, dessen Zusammensetzung der des zu zerlegenden Gasgemisches etwa nahe ist, in an sich bekannter Weise aus einem Behälter (19) in veränderbarer Menge derselben Rektifizierkolonne (22) zugeführt wird, und die zwischen den Behältern (16, 19) und der Rektifiziierkolonne (22) ausgetauschten Flüssigkeitsmengen so geregelt werden, daß die gesamte der Rektifizierkolonne (22) durch die ausgetauschten Flüssigkeitsmengen zugeführte Kältemenge bei allen Schwankungen in der Entnahme des weniger flüchtigen gasförmigen Bestandteils des Gasgemisches etwa gleich bleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verflüssigte Gasgemisch durch einen Teil des zu zerlegenden Gasgemisches im flüssigen Zustand gebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verflüssigte Gasgemisch aus einer einer Niederdruckkolonne (22) vorausgehenden Hochdruckkolonne (11) entnommenen Flüssigkeit besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Behälter (19) der Rektifizierkolonne (22) zugeführte Menge des verflüssigten Gasgemisches in Abhängigkeit von der Reinheit des der Rektifizierkolonne (22) in gasförmigem Zustand entnommenen, weniger flüchtigen Bestandteils geregelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verflüssigte Gasgemisch durch Wärmeaustausch mit dem im Behälter (16) befindlichen weniger flüchtigen Bestandteil gekühlt, hierauf entspannt und dem Behälter (19) zugeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu zerlegende Gasgemisch Luft ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 742 779.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 109 510/111 2.61
DEA28862A 1957-02-13 1958-02-12 Verfahren zur Regelung des Kaeltebedarfs einer Anlage zur Zerlegung eines Gasgemisches durch Rektifikation bei niedriger Temperatur Pending DE1099563B (de)

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