DE1120486B

DE1120486B - Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen und Kuehlen verdichteter und in einer Rektifikationskolonne zu zerlegender Luft

Info

Publication number: DE1120486B
Application number: DEH36809A
Authority: DE
Inventors: Yoshio Matsumoto
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1959-07-03
Filing date: 1959-07-03
Publication date: 1961-12-28

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen und Kühlen verdichteter und in einer Rektifikationskolonne zu zerlegender Luft Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zum Reinigen und Kühlen verdichteter und in einer Rektifikationskolonne zu zerlegender Luft, bei welchem ein Teilstrom der Luft aus dem Mittelteil umschaltbarer, von den Zerlegungsprodukten im Gegenstrom zur eintretenden Luft durchflossener Regeneratoren entnommen wird und die in dem Teilstrom der Luft enthaltenen unerwünschten Bestandteile durch mit Gel gefüllte Absorber entfernt werden, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Es ist bereits ein Verfahren zum Reinigen und Kühlen zu zerlegender verdichteter Gasgemische in Kältespeichern oder austauschbaren Gegenstromwärmeaustauschern bekannt, bei welchem ein Teil des Gasstroms in Kältespeichern oder austauschbaren Gegenströmern gekühlt und gereinigt, während der andere Teil mit einem Adsorptionsmittel gereinigt wird und die Zerlegungsprodukte beider Teilströme untergleichzeitigerErwärmung aus denKältespeichern wieder nach außen geleitet werden, wobei das nach Durchströmen eines Regeneratorteilabschnitts entnommene und durch Adsorption gereinigte Gas im Gegenstrom mit sich selbst auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt, auf einen mittleren oder höheren Druck verdichtet und nach Abführung seiner Kompressionswärme sowie nach Rückkühlung etwa auf die Temperatur der Entnahme aus dem Regenerator zur Anwärmung eines kalten, arbeitsleistend zu entspannenden Gases verwendet wird. Die bei der tiefen Temperatur außerordentlich hohe Reinigungswirkung des Adsorptionsmittels erspart nach diesem Verfahren eine besondere Reinigung des Gases, z. B. auf chemischem Wege bei Normaltemperatur. Es ist aber nachteilig, daß die Reinigungswirkung des Absorbers für den entnommenen Teil des Gasstromes abhängig von dessen Temperatur ist und der Wirkungsgrad der Entfernung der unerwünschten Bestandteile mit der Veränderung der Temperatur nachläßt. Wenn z. B. das in der Luft befindliche Kohlensäuregas unter vier Atmosphären Druck mittels Adsorption getrennt werden soll, so darf, damit es in wirksamer Weise vor sich geht, die Temperatur der durch die Absorber hindurchgehenden Luft auf nicht mehr als -135°C erhöht werden. Da die Temperatur der aus dem mittleren Teil des Regenerators entnommenen Luft von Zeit zu Zeit schwankt, ist sie für eine Adsorption nicht immer geeignet, so daß die Kohlensäure durch Adsorption nicht restlos entfernt wird. Wenn die Unreinigkeiten nicht restlos entfernt werden, so wird der Arbeitsablauf der Kolonne durch die niedergeschlagenen Unreinigkeiten unterbrochen, die den Durchgang im Bereich der niedrigen Temperatur, wo die Frischluft ununterbrochen ankommen sollte, drosseln oder verstopfen. Man könnte die Luft aus dem unteren Teil des Regenerators entnehmen, in welchem die Temperatur niedriger als im oberen Teil ist, um die Temperatur der entnommenen Luft für die Adsorption wirksam zu halten. Die Luftentnahme dient jedoch zur Aufrechterhaltung eines thermischen Stabilitätszustandes im Regenerator, so daß die Menge der zu entnehmenden Luft vergrößert werden müßte, wenn die Luft in den Bereichen der niedrigeren Temperatur entnommen werden soll. Als Resultat treten dann Nachteile bei der Behandlung -einer größeren Luftmenge auf. Der Absorber muß vergrößert werden, wenn die Luftentnahme zunimmt, was einen Kälteverlust für die Reaktivierung bedeutet. Infolgedessen ist es nicht wünschenswert, die Luftentnahmestelle im Regenerator zu senken.
Es ist auch bereits bekannt, Kälte von außen zuzuführen, um dadurch eine niedrige Temperatur der entnommenen Luft vor dem Eintritt in die Absorber zu gewährleisten, indem man dem ungereinigten Teilstrom der Luft vor dem Eintritt in die Absorber kalte Luft vom unteren Ende eines O1,-Regenerators beigibt. Wenn man jedoch Kaltluft direkt mit dem ungereinigten Teilstrom von Luft mischt, so ist die beizugebende Menge von Kaltluft beträchtlich und müßte etwa 50 Prozent der Menge der entnommenen Luft betragen, wodurch sich die Gesamtmenge der durch die Absorber hindurchgehenden Luftmenge vergrößert, was eine Vergrößerung der Absorber nach sich zieht, die aber nicht wünschenswert ist. Außerdem ist es nachteilig, daß der partielle Druck des Kohlendioxydes. das in dem entnommenen Teilstrom der Luft vorhanden ist, durch das direkte Beimischen von kalter Luft, die Kohlendioxyd nicht enthält, erniedrigt wird, so daß der Wirkungsgrad der Adsorption sinkt und auch aus diesem Grunde die Kapazität der Absorber wesentlich größer werden maßte.
Die Aufgabe der Erfindung ist es. die Reinigungswirkung der Adsorptiönsmittel zu verbessern und die bisher vorhandenen Nachteile zu vermeiden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zu diesem Zweck der Teilstrom vor seinem Eintritt in die Absorber durch mittelbaren Wärmeaustausch mit kalter Luft oder einem kalten Zerlegungsprodukt abgekühlt. Die Reinigung des entnommenen Teilstromes der Luft erfolgt somit unabhängig von deren Temperatur.
Durch die mittelbare Kühlung des Teilstromes wird die Gesamtluftmenge, die durch die Absorber strömt, nicht vergrößert, und auch der partielle Druck des Kohlendioxydaases in der zu behandelnden Luft sinkt nicht ab, so daß durch die Erfindung ein höher er '%#,irkungsgrad der Reinigung erzielt und es ermön, clicht wird, die Absorber zu verkleinern.
Die nach der Erfindung vorgenommene mittelbare Kühlung erfolgt zweckmäßig derart, daß der Teilstrom auf eine Temperatur von normalerweise unter -135°C abgekühlt wird.
Soweit sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens richtet, bei welcher die mit Gel gefüllten Absorber durch eine Leitung und Abzweigleitungen mit den Regeneratoren und durch eine abgehende Leitung mit einer Turbine und diese mit der oberen Säule der Rektifikationskolonne verbunden ist, besteht sie darin, daß in der von den Regeneratoren kommenden Leitung vor den Absorbern ein Wärmeaustauscher angeordnet ist, der mit der unteren Säule der Rektifikationskolonne durch eine Leitung in Verbindung steht, während die Turbine durch Abzweigleitungen jeweils an den Wärmeaustauscher und an die Absorber angeschlossen ist.
Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung in einem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
In der Zeichnung stellen 1 und 2 abwechselnd zu verwendende Regeneratoren dar und 3 eine Rektifikationskolonne. Der in den Regenerator eingeführten Frischluft wird ihre Wärme während des Durchganges durch den Regenerator entzogen und ihre Temperatur ungefähr auf den Sättigungspunkt gebracht, worauf sie dann zu dem gekühlten, unteren Teil der Rektifikationskolonne geht. Ein Teil der zugeführten Luft wird von den Abzweigleitungen 4 und 5 etwa im mittleren Teil der Regeneratoren 1 und 2 entnommen, denn Wärmeaustauscher 6 zugeführt, in ihm mittelbar gekühlt und darauf den Absorbern 7 und 8 zugeführt, in denen die in der entnommenen Luft befindlichen unerwünschten Bestandteile, wie Kohlendioxyd, entfernt werden. Die so erhaltene gereinigte Luft wird in die Turbine 9 geleitet. Der Wärmeaustauscher 6 ist speziell gemäß der Erfindung vorgesehen, wobei die Vermischung der kalten und der entnommenen Luft erst vor der Turbine 9 erfolgt. Mittels einer Abzweigleitung wird die im Wärmeaustauscher 6 bis zu einem gewissen Grad erwärmte kalte Luft, die von der unteren Säule der Rektifikationskolonne 3 kommt, nachdem sie sich mit dem gereinigten Teilluftstrom vermischt hat, der Turbine zugeleitet. Diese Luft wird in der Turbine entspannt, dabei abgekühlt und tritt mit der niedrigen Temperatur in die obere Säule der Rektifikationskolonne 3 ein.
Bei dem Ausführungsbeispiel wird kalte Luft vom Boden der unteren Säule der Rektifikationskolonne dem Wärmeaustauscher 6 zugeführt. An Stelle von kalter Luft aus der Rektifikationskolonne kann auch ein kaltes Zerlegungsprodukt in den Wärmeaustauscher 6 eingeführt werden.
Durch die Erfindung kann der wirksame Temperaturbereich für die Adsorption stets aufrechterhalten werden.
Da die Temperatur der entnommenen Luft gemäß der Erfindung erhöht werden kann, können die Absorber beträchtlich verkleinert werden, d. h., die Menge der zwecks Aufrechterhaltung der Stabilität des thermischen Gleichgewichts im Regenerator erforderlichen entnommenen Luft variiert gemäß der Differenz zwischen dem Wärmeinhalt der entnommenen Luft und der kalten Luft am Ende des Regenerators. Wenn z. B. Luft bei -110°C entnommen wird, kann die Hälfte der bei -135°C entnommenen Luft genügen, so daß die Absorber entsprechend kleiner hergestellt werden können. Durch die Erfindung kann die für die Adsorption von Unreinigkeiten zweckmäßigste Temperatur leicht mittels eines Kühlmittels aufrechtgehalten werden, selbst wenn die Luft bei -1101>C entnommen wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Reinigen und Kühlen verdichteter und in einer Rektifikationskolonne zu zerlegender Luft, bei welchem ein Teilstrom der Luft aus dem Mittelteil umschaltbarer, von den Zerlegungsprodukten im Gegenstrom zur eintretenden Luft durchflossener Regeneratoren entnommen wird und die in dem Teilstrom der Luft enthaltenen unerwünschten Bestandteile durch mit Gel gefüllte Absorber entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilstrom vor seinem Eintritt in die Absorber durch mittelbaren Wärmeaustausch mit kalter Luft oder einem kalten Zerlegungsprodukt abgekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilstrom auf eine Temperatur von normalerweise unter -135 C abgekühlt wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, bei welcher die mit Gel gefüllten Absorber durch eine Leitung und Abzweigleitungen mit den Regeneratoren und durch eine abgehende Leitung mit einer Turbine und diese mit der oberen Säule der Rektifikationskolonne verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der von den Regeneratoren (1, 2) kommenden Leitung vor den Absorbern (7, 8) ein Wärmeaustauscher (6) angeordnet ist, der mit der unteren Säule der Rektifikationskolonne (3) durch eine Leitung in Verbindung steht, während die Turbine (9) durch Abzweigleitungen jeweils an den Wärmeaustauscher (6) und an die Absorber (7, 8) angeschlossen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 833 051, 843 705.