DE1112997B - Verfahren und Einrichtung zur Gaszerlegung durch Rektifikation bei tiefer Temperatur - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Gaszerlegung durch Rektifikation bei tiefer Temperatur

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DE1112997B
DE1112997B DEG30283A DEG0030283A DE1112997B DE 1112997 B DE1112997 B DE 1112997B DE G30283 A DEG30283 A DE G30283A DE G0030283 A DEG0030283 A DE G0030283A DE 1112997 B DE1112997 B DE 1112997B
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Description

DEUTSCHES
PATENTAMT
G30283Ia/17g
ANMELDETAG: 13. A U G U S T I960
BEKANNTMACHUNG
PER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 24. AUGUST 1961
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Zerlegen eines Gasgemisches, insbesondere Luft, durch Rektifikation bei tiefer Temperatur, wobei mindestens ein Zerlegungsprodukt, insbesondere Sauerstoff, im flüssigen Zustand durch eine Pumpe auf einen erhöhten Druck gebracht und anschließend im Wärmeaustausch mit einem dabei kondensierenden Gas, vorzugsweise Luft, verdampft und auf Umgebungstemperatur angewärmt wird.
Es ist bekannt, zur Gewinnung gasförmigen, verdichteten Sauerstoffs das der Rektifikationssäule entnommene, flüssige Produkt zunächst zu verdampfen, im Gegenstrom mit zu zerlegender Luft anzuwärmen und dann auf den gewünschten Enddruck zu komprimieren.
Es ist weiterhin bekannt, zunächst den flüssigen Sauerstoff auf den gewünschten Enddruck zu bringen und ihn dann im Wärmeaustausch mit zu zerlegender Luft zu verdampfen. Das erstgenannte Verfahren hat den Nachteil, daß der Sauerstoff vom Atmosphärendruck aus mit Turbo- oder Kolbenkompressoren verdichtet werden muß. Die ersten Stufen dieser Kompressoren sind groß und teuer, und es ist schwierig, den Sauerstoff vor der Verunreinigung mit Öl zu schützen. Das andere bekannte Verfahren vermeidet zwar diese Nachteile, doch muß hier die zu zerlegende Luft auf einen hohen Druck verdichtet werden, damit sie bei der Verdampfungstemperatur des Hochdrucksauerstoffs im Wärmeaustausch mit diesem kondensiert.
Der Gegenstand der Erfindung vermeidet diesen Nachteil dadurch, daß das flüssige Zerlegungsprodukt zunächst auf einen Zwischendruck gepumpt und erst nach erfolgter Verdampfung auf den Enddruck verdichtet wird.
Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, daß der Energiebedarf für das Pumpen des flüssigen Zerlegungsprodukts auf einen bestimmten Druck kleiner ist als der für den Betrieb mit Gaskompressoren. Einen weiteren Vorteil bilden die gegenüber bekannten Anlagen geringeren Anlagekosten.
Die Erfindung läßt sich besonders vorteilhaft bei der Sauerstoffgewinnung durch Luftzerlegung anwenden und soll im folgenden an diesem Beispiel eingehender erläutert werden. Sie läßt sich in entsprechender Weise bei allen ein- oder mehrstufigen Gaszerlegungsverfahren anwenden, bei denen mindestens ein Zerlegungsprodukt unter Druck gewonnen werden soll.
Bei der Luftzerlegung wird der flüssige Sauerstoff der Rektifikationssäule entnommen und mit einer Pumpe auf den gewünschten Zwischendruck gefördert.
Verfahren und Einrichtung
zur Gaszerlegung durch Rektifikation
bei tiefer Temperatur
Anmelder:
Gesellschaft für Linde's Eismaschinen
Aktiengesellschaft,
Wiesbaden, Hildastr. 4-10
Dipl.-Ing. Rudolf Becker, München-Solln,
ist als Erfinder genannt worden
der so gewählt wird, daß durch den verdampfenden Sauerstoff Luft oder Stickstoff unter dem von Turbo-Kompressoren oder Schraubenverdichtern erreichbaren Druck von etwa 6 bis 18 ata verflüssigt werden kann. Im einfachsten Falle wird die gesamte zu zerlegende Luftmenge unter einem etwas höheren Druck der Anlage zugeführt, als zur Zerlegung notwendig ist. Nach der Abkühlung und Reinigung in den Hauptwärmeaustauschern, vorzugsweise Regeneratoren, kondensiert ein Teil dieser Druckluft im Gegenstrom mit dem flüssig auf einen entsprechenden Druck geförderten, verdampfenden Sauerstoff und wird dann in die Rektifikationssäule entspannt, während der andere Teil, gegebenenfalls nach einer Anwärmung, arbeitsleistend entspannt und ebenfalls in die Rektifikationssäule eingeführt wird. Bei Verwendung eines mehrstufigen Rektifikationsapparates kann diese arbeitsleistende Entspannung ein- oder mehrstufig auf die Drücke der Druck- und Niederdrucksäule erfolgen, in die das Gas dann eingeführt wird. Zur Anwärmung dieses zu entspannenden Gases können an sich bekannte Verfahren verwendet werden. Besonders zweckmäßig ist es, einen Teil des im Regenerator abgekühlten und vollständig gereinigten Gases in umgekehrter Richtung durch mindestens einen Teil eines in der vorhergehenden Phase gereinigten Regenerators zu schicken und das dabei erwärmte Gas vor der arbeitsleistenden Entspannung mit dem gereinigten kalten Gasstrom zu mischen.
Gemäß einer weiteren Ausbildung des Erfindungsgegenstandes ist es möglich, das zu zerlegende Gas
109 679/49

Claims (5)

  1. 3 4
    der Anlage unter dem normalen Zerlegungsdruck zu- Durch, die Leitung 17 wird der Drucksäule mit
    zuführen und nur einen Teil des Gases auf den Druck Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit entnommen, im
    zu verdichten, bei dem es in Wärmeaustausch mit Wärmeaustauscher 18 gekühlt und mit dem Ventil 19
    dem flüssigen Sauerstoff kondensiert. in die Niederdrucksäule 14 entspannt. Mit der Lei-
    Zur Gewinnung besonders reinen Sauerstoffs kann 5 rung 20 wird flüssiger Stickstoff aus der Drucksäule die gesamte zu zerlegende unreine Luft durch den entnommen, im Wärmeaustauscher 21 unterkühlt Stickstoff-Regenerator zugeführt und in diesem voll- und nach Entspannung im Ventil 22 dem Kopf der ständig gereinigt werden. Ein Teil davon wird an- Niederdrucksäule 14 als Waschflüssigkeit aufgegeben, schließend durch einen bereits gereinigten Stickstoff- Gasförmiger Stickstoff verläßt die Säule durch die regenerator in umgekehrter Richtung wieder hin- io Leitung 23 und wird nacheinander in den Wärmeausdurchgeführt und auf Umgebungstemperatur ange- tauschern 21, 18 und 8 sowie im Regenerator 2 anwärmt, bevor er im Sauerstoffregenerator wieder auf gewärmt, bevor er die Anlage durch die Leitung 24 die Zerlegungstemperatur abgekühlt wird. Dieser verläßt.
    Teilstrom kann nach der Anwärmung auf Um- Dem Sumpf der Niederdrucksäule 14 wird flüssiger
    gebungstemperatur auf den zur Verdampfung des 15 Sauerstoff durch die Leitung 25 entnommen und mit
    Sauerstoffs notwendigen Zwischendruck komprimiert, der Pumpe 26 auf etwa 2,4 ata gebracht. Er wird an-
    dann im Sauerstoffregenerator und gegebenenfalls schließend im Wärmeaustauscher 15 verdampft, im
    weiteren Wärmeaustauschern abgekühlt werden, be- Regenerator 5 auf Umgebungstemperatur angewärmt
    vor er im Wärmeaustausch mit verdampfendem und dann mit dem Kompressor 27 auf den gewünsch-
    Sauerstoff kondensiert und in die Drucksäule der 20 ten Enddruck verdichtet. Gasförmiger Drucksauer-
    Rektifikationsanlage entspannt wird. Die Sauerstoff- stoff verläßt die Anlage durch die Leitung 28.
    regeneratoren erhalten dann trockene Luft und In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird die
    brauchen deshalb nur etwa halb so groß ausgeführt gesamte mit etwa 5,7 ata zugeführte Luft durch den
    zu werden wie im Normalfalle. Dadurch wird auch Regenerator 1 geführt und in diesem gekühlt und ge-
    die Verunreinigung des Sauerstoffs beim Schalten 25 reinigt. Ein Teil davon wird im Wärmeaustauscher 8
    klein. Diese Wirkung wird noch günstiger, wenn für weitergekühlt, dabei teilweise verflüssigt und in den
    den Wärmeaustausch Sauerstoff—Luft größere Tem- Abscheider 31 geleitet. Der flüssige Anteil wird durch
    peraturdifferenzen in Kauf genommen werden. Dies die Leitung 32 in die zur Drucksäule 13 gehende
    ist möglich, weil das Sublimationsverhältnis nicht be- Leitung 11 geführt. Der gasförmige Anteil wird in
    achtet zu werden braucht. 30 den Regenerator 3 geleitet. Ein Teil dieses Gases wird
    In Fig. 1 und 2 sind Ausführungsbeispiele des mit der Leitung 9 entnommen, der andere Teil bis Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt. auf Umgebungstemperatur angewärmt, mit dem Für die Erfindung unwesentliche Teile, insbesondere Kompressor 29 auf etwa 10 ata verdichtet und andie Schaltventile für die Regeneratoren, wurden nicht schließend im Regenerator 4 wieder abgekühlt. Das gezeichnet. Die Pfeile geben den Stromverlauf in der 35 Gas wird dann im Wärmeaustauscher 30 weitergeeinen Schaltphase an; in der folgenden wird die kühlt, dabei teilweise verflüssigt und im Wärmeaus-Funktion der Stickstoffregeneratoren 1, 2, 3 und der tauscher 15 in Wärmeaustausch mit flüssigem Sauer-Sauerstoffregeneratoren 4, 5 untereinander je zyklisch stoff von etwa 3,8 ata gebracht, der verdampft und vertauscht. dabei weitere Luft verflüssigt, die mit dem Ventil 16
    In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird die 40 in die Drucksäule 13 entspannt wird,
    zu zerlegende Luft durch die Leitung^ zugeführt, im Diese Verfahrensweise hat den Vorteil, daß durch Kompressor 7 auf etwa 7 ata verdichtet, durch die die Sauerstoffregeneratoren nur gereinigte Luft geRegeneratoren 1 und 4 geleitet, in diesen abgekühlt führt wird und dadurch ein sehr reines Endprodukt und dabei von Kohlendioxyd und Wasser befreit. Ein zu erzielen ist. Durch die Verdichtung der Luft auf Teil der Luft wird hinter dem Regenerator 1 abge- 45 10 ata kann der Zwischendruck, bei dem der flüssige zweigt, im Wärmeaustauscher 8 weiter abgekühlt, da- Sauerstoff verdampft wird, höher gewählt werden als bei teilweise verflüssigt und anschließend im Ab- bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel. Die scheider 31 in einen flüssigen und einen gasförmigen Kälteerzeugung erfolgt durch arbeitsleistende EntAnteil getrennt. Der gasförmige Anteil wird minde- spannung des dem Regenerator 3 an einer Zwischenstens teilweise im unteren Teil des Regenerators 3 50 stelle entnommenen warmen Gasstromes, dem noch angewärmt und durch die Leitung 9 an einer Zwi- ein im Wärmeaustauscher 30 angewärmter Teil des schenstelle entnommen. Dieser warme Luftstrom durch die Leitung 11 gehenden Hauptstromes zugewird mit dem direkt vom Regenerator 1 kommenden mischt wird, in der Turbine 33.
    kalten Teilstrom vereinigt, zur Turbine 10 geführt In den beschriebenen Verfahren wird die Ver- und in dieser auf einen Druck von etwa 5,5 ata ent- 55 dampfung des Sauerstoffs durch kondensierende Luft spannt. Die entspannte Luft wird zum einen Teil bewirkt. In entsprechender Weise kann auch Stickdurch die Leitung 11 direkt in die Drucksäule 13 stoff an Stelle der Luft verwendet werden,
    eines zweistufigen Rektifikators geführt, zum anderen Teil in der Turbine 12 auf etwa 1,3 ata entspannt PATENTANSPRÜCHE·
    und in die Niederdrucksäule 14 geführt. 60
    Der flüssige und gegebenenfalls auch ein Teil des 1. Verfahren zum Zerlegen eines Gasgemisches, gasförmigen Anteils wird dem unteren Teil des Ab- insbesondere Luft, durch Rektifikation bei tiefer scheiders 31 entnommen, mit der im Regenerator 4 Temperatur, wobei mindestens ein Zerlegungsgekühlten und gereinigten Luft vereinigt, in den produkt, insbesondere Sauerstoff, im flüssigen ZuWärmeaustauscher 15 geführt, in dem der gasförmige 65 stand durch eine Druckpumpe auf einen erhöhten Anteil mindestens teilweise durch Wärmeaustausch Druck gebracht und anschließend im Wärmeausmit verdampfendem Sauerstoff kondensiert, und dann tausch mit einem dabei kondensierenden Gas, mit dem Ventil 16 in die Drucksäule 13 entspannt. vorzugsweise Luft, verdampft und auf Um-
    gebungstemperatur angewärmt wird, dadurch ge kennzeichnet, daß das flüssige Zerlegungsprodukt zunächst auf einen Zwischendruck gepumpt und erst nach erfolgter Verdampfung auf den Enddruck verdichtet wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kälteerzeugung das Gasgemisch oder ein Gaszerlegungsprodukt arbeitsleistend entspannt wird, nachdem es mindestens teilweise im kalten Teil eines Regenerators angewärmt wurde.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch zunächst abgekühlt und gereinigt, dann teilweise wieder auf Umgebungstemperatur angewärmt und verdichtet wird und anschließend nach erneuter Abkühlung in Wärmeaustausch mit dem dabei verdampfenden, auf den Zwischendruck gebrachten Zerlegungsprodukt verflüssigt wird.
  4. 4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Pumpe (26), deren Saugseite mit dem Sumpf einer Niederdrucksäule (14) und deren Druckseite mit einem Wärmeaustauscher (15) verbunden ist, von dem eine Leitung zum kalten Ende eines Regenerators (5) führt, und einen Kompressor (27), dessen Niederdruckseite mit dem warmen Ende des Regenerators (5) verbunden ist.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die warmen Enden eines Regenerators (3) für ein unreines und eines Regenerators (4) für ein reines Zerlegungsprodukt über einen Kompressor (29) miteinander verbunden sind.
    In Betracht gezogene Druckschriften:
    Deutsche Patentschriften Nr. 901 542, 952 908.
    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
    © 109 679/49 8.61
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