DE1124529B - Verfahren und Einrichtung zur Durchfuehrung von Waermeaustauschvorgaengen in einer mit vorgeschalteten Regeneratoren arbeitenden Gaszerlegungsanlage - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Durchfuehrung von Waermeaustauschvorgaengen in einer mit vorgeschalteten Regeneratoren arbeitenden Gaszerlegungsanlage

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DE1124529B DEG30284A DEG0030284A DE1124529B DE 1124529 B DE1124529 B DE 1124529B DE G30284 A DEG30284 A DE G30284A DE G0030284 A DEG0030284 A DE G0030284A DE 1124529 B DE1124529 B DE 1124529B
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Description

INTERNAT. KL. F 25 j
DEUTSCHES
PATENTAMT
G30284Ia/17g
ANMELDETAG: 13. A U G U S T 1960
BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT: I. MÄRZ 1962
Das Zusatzpatent betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Durchführung von Wärmeaustauschvorgängen in einer mit vorgeschalteten Regeneratoren arbeitenden Gaszerlegungsanlage, vorzugsweise Luftzerlegungsanlage, unter Verwendung mindestens eines zusätzlichen, in den Umschaltbetrieb der Regeneratoranordnung eingefügten und von einem nach Vorreinigung in der Regeneratoranordnung abgezweigten Teil des Rohgases durchströmten Regenerators, wobei das dem zusätzlichen Regenerator entströmende, von diesem angewärmte Gas mindestens teilweise mit mindestens einem Teil eines reinen Zerlegungsprodukts in Wärmeaustausch gebracht wird, welches dabei auf nahezu Umgebungstemperatur angewärmt wird.
Es ist bekannt, ein in einer Tieftemperaturanlage zu zerlegendes Gas in einer Regeneratoranordnung abzukühlen und dabei zu reinigen und die Zerlegungsprodukte anschließend in umgekehrter Richtung durch die Regeneratoren herauszuführen, sie dabei auf Umgebungstemperatur anzuwärmen und die Regeneratoren gleichzeitig von den abgelagerten Verunreinigungen zu befreien. Dabei werden die Zerlegungsprodukte durch die Aufnahme der Ablagerungen verunreinigt. Es ist weiterhin bekannt, besonders reine Zerlegungsprodukte dadurch zu gewinnen, daß ein Teil des in den Regeneratoren abgekühlten und gereinigten, zu zerlegenden Gases in umgekehrter Richtung wieder durch einen zusätzlichen Regenerator heausgeführt und auf Umgebungstemperatur angewärmt wird, worauf es in einem zusätzlichen Gegenströmer das reine Gaszerlegungsprodukt erwärmt und dabei auf Zerlegungstemperatur abgekühlt wird. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß ein zusätzlicher Wärmeaustauscher für das reine Produkt notwendig wird. Da dieser nicht gespült werden kann, sammeln sich in ihm selbst die nur in Spuren vorhandenen Verunreinigungen und können seinen Querschnitt verstopfen. Gemäß einer weiteren Ausbildung dieses Bekannten wurde deshalb dieser Wärmeaustauscher aufgeteilt und vor den kalten Teil desselben ein Adsorber geschaltet, der die restlichen Verunreinigungen aufnimmt. Dies bedeutet einen größeren apparativen Aufwand und bringt weiterhin den Nachteil mit sich, daß der Adsorber von Zeit zu Zeit regeneriert werden muß.
Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, diese Nachteile zu vermeiden und den Wärmeaustausch zwischen dem zu zerlegenden Gas und den reinen Gaszerlegungsprodukten in einfacherer Weise durchzuführen, wobei gewährleistet ist, daß keine Betriebsunterbrechung durch Verstopfung der Wärmeaustausch-Verfahren und Einrichtung zur Durchführung von Wärmeaustauschvorgängen in einer mit vorgeschalteten Regeneratoren arbeitenden Gaszerlegungsanlage
Zusatz zum Zusatzpatent 1 065 867
Anmelder: Gesellschaft für Linde's Eismaschinen
Aktiengesellschaft, Wiesbaden, Hildastr. 4-10
Dipl.-Ing. Rudolf Becker, München-Solln, ist als Erfinder genannt worden
Vorrichtung oder durch Regenerieren des Adsorbers auftritt. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Wärmeaustausch zwischen dem Rohgas und dem reinen Zerlegungsprodukt in mindestens einem periodisch umschaltbaren Regenerator erfolgt.
Dies hat den Vorteil, daß die Masse der Regeneratoren, durch die nur reine Gase strömen, bei gleichen Schaltzeiten wesentlich kleiner gehalten werden kann und normalerweise weniger als die Hälfte solcher Regeneratoren beträgt, in denen Verunreinigungen abgeschieden werden müssen. Dadurch wird auch beim Umschalten nur eine kleinere Verunreinigung des reinen Produkts mit unzerlegtem Gas hervorgerufen als beim normalen Regeneratorbetrieb. Dieser Effekt läßt sich noch verbessern, wenn für den Wärmeaustausch zwischen dem reinen Gaszerlegungsprodukt und dem zu zerlegenden Gasgemisch größere Temperaturdifferenzen und erhöhte Druckabfälle in Kauf genommen werden. Insbesondere sind Regeneratoren geeignet, die eine Speichermasse mit großer Raumerfüllung haben. Solche Regeneratoren lassen sich beispielsweise durch Verwendung von enggewickelten Drähten oder Flachprofilen als Füllmaterial herstellen.
Das zu zerlegende, komprimierte Gas wird in einer ersten Schaltperiode in einem Regenerator gekühlt und
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gereinigt und ein Teil davon in die Rektifikationseinrichtung geführt. Der andere Teil dieses gereinigten Gases wird durch einen dritten Regenerator, der in der vorhergehenden Periode durch ein in der Richtung vom kalten zum warmen Ende strömendes Gaszerlegungsprodukt gereinigt wurde, geleitet und in diesem mindestens teilweise auf Umgebungstemperatur angewärmt. Ein Teil dieses Gases kann an einer Zwischenstelle entnommen und arbeitsleistend entspannt werden. Der auf Umgebungstemperatur angewärmte gereinigte Gasstrom wird anschließend durch einen der Regeneratoren geführt und abgekühlt, in denen im periodischen Wechsel das rein zu gewinnende Zerlegungsprodukt angewärmt wird. Werden zwei reine Zerlegungsprodukte benötigt, so müssen zusätzlich zwei Regeneratoren verwendet werden, durch die abwechselnd ein Teil des auf Umgebungstemperatur angewärmten gereinigten Gases und der Teil des anderen Zerlegungsproduktes geht, der rein gewonnen werden soll. Zur Überwindung des Druckabfalls, den das abgezweigte Gas beim Wiedererwärmen und Abkühlen in den entsprechenden Regeneratoren erleidet, ist es zweckmäßig, das wiedererwärmte Gas mit einem Gebläse nachzuverdichten, bevor es in den Regeneratoren für das reine Produkt wieder abgekühlt wird.
In den Zeichnungen sind Luftzerlegungsanlagen als Beispiele für den Gegenstand der Erfindung schematisch dargestellt. Die Umschaltventile für die Regeneratoren wurden der Einfachheit halber weggelassen. Die Pfeile zeigen den Strömungsverlauf in einer bestimmten Schaltphase. Die Funktionen der einzelnen Regeneratorengruppen werden untereinander periodisch und zyklisch vertauscht.
Fig. 1 zeigt eine Anlage, in der das Verfahren nach der Erfindung in Verbindung mit einem anderen zum Patent angemeldeten Verfahren zur Erzeugung reinen Drucksauerstoffs verwendet wird. Die zu zerlegende Luft wird der Anlage durch die Leitung 6 zugeführt, im Kompressor 7 auf etwa 5,7 ata verdichtet, durch den Regenerator 1 geführt und in diesem gekühlt und gereinigt. Ein Teil dieser Luft wird durch die Leitung 11 direkt in die Drucksäule 13 eines zweistufigen Rektifikationsapparates geführt. Der andere Teil wird im Wärmeaustauscher 8 weitergekühlt, dabei teilweise verflüssigt und im Abscheider 31 in einen flüssigen und einen gasförmigen Anteil getrennt. Der flüssige Anteil wird durch die Leitungen 32 und 11 in die Drucksäule 13 geführt. Der gasförmige Anteil wird in den Regenerator 3 geleitet, in diesem angewärmt, zum Teil an einer Zwischenstelle durch die Leitung 9 entnommen, zusammen mit der im Wärmeaustauscher 30 angewärmten Luft in der Turbine 33 entspannt und in die Niederdrucksäule 14 eingeführt.
Der andere Teil des in den Regenerator 3 geführten Gases wird bis auf Umgebungstemperatur angewärmt, dann im Kompressor 29 auf etwa 10 ata verdichtet und anschließend im Regenerator 4 wieder bis in die Nähe der Verflüssigungstemperatur abgekühlt. Hierauf wird dieser Teil im Wärmeaustauscher 30 weiter abgekühlt, dabei teilweise verflüssigt und anschließend in den Wärmeaustauscher 15 geführt. In diesem wird weitere Luft im Wärmeaustausch mit verdampfendem Sauerstoff von etwa 3,8 ata verflüssigt und schließlich mit dem Ventil 16 in die Drucksäule 13 entspannt. Flüssiger reiner Sauerstoff wird der Niederdrucksäule durch die Leitung 25 entnommen, in der Pumpe 26 auf den Druck von etwa 3,8 ata gebracht, im Wärmeaustauscher 15 verdampft und im Regenerator 5 auf Umgebungstemperatur angewärmt. Nach einer Verdichtung im Kompressor 27 verläßt der reine Drucksauerstoff durch die Leitung 28 die Anlage. Die Zerlegung der Luft in der zweistufigen Rektifikationssäule geschieht in bekannter Weise. Durch die Leitung 17 wird der Drucksäule ein sauerstoffreiches Gemisch entnommen, im Wärmeaustauscher 18 gekühlt und mit dem Ventil 19 an einer Zwischenstelle in die Niederdrucksäule entspannt. Durch die Leitung 20 wird flüssiger Stickstoff der Drucksäule 13 entnommen, im Wärmeaustauscher 21 gekühlt und mit dem Ventil 22 als Waschflüssigkeit dem Kopf der Säule 14 aufgegeben. Gasförmiger Stickstoff verläßt den Kopf dieser Säule durch die Leitung 23. Er wird in den Wärmeaustauschern 21, 18 und 8 anschließend im Regenerator 2 angewärmt und der Anlage durch die Leitung 24 entnommen.
In Fig. 2 ist eine Anlage dargestellt, in der zwei reine Zerlegungsprodukte, also reiner Stickstoff und und reiner Sauerstoff, gewonnen werden können. Die zusätzlichen Regeneratoren 34 und 35 dienen der Gewinnung des reinen Stickstoffs, der durch die Leitung 37 der Niederdrucksäule 14 entnommen und nach Anwärmung im Regenerator 35 durch die Leitung 38 abgeführt wird. Unreiner Stickstoff wird durch die Leitung 36 aus der Säule 14 abgezogen, auf dem aus Fig. 1 bekannten Wege angewärmt und verläßt durch die Leitung 24 die Anlage. Der reine Sauerstoff wird der Säule 14 gasförmig durch die Leitung 39 entnommen und nach der Anwärmung im Wärmeaustauscher5 drucklos durch die Leitung 40 abgeführt. Der Kompressor 29 dient in dieser Anlage lediglich dazu, die durch den mehrmaligen Durchgang der Luft durch die Regeneratoren bewirkten Druckabfälle zu kompensieren. Ansonsten entspricht die Wirkungsweise der einzelnen Teile denen der Fig. 1.
Wenn nur reiner Stickstoff gewonnen werden soll, können die Sauerstoff-Regeneratoren 4 und 5 in bekannter Weise mit unreiner Luft beschickt werden oder gegebenenfalls ganz entfallen.

Claims (11)

PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zur Durchführung von Wärmeaustauschvorgängen in einer mit vorgeschalteten Regeneratoren arbeitenden Gaszerlegungsanlage, vorzugsweise Luftzerlegungsanlage, unter Verwendung mindestens eines zusätzlichen, in den Umschaltbetrieb der Regeneratoranordnung eingefügten und von einem nach Vorreinigung in der Regeneratoranordnung abgezweigten Teil des Rohgases durchströmten Regenerators, wobei das dem zusätzlichen Regenerator entströmende, von diesem angewärmte Gas mindestens teilweise mit mindestens einem Teil eines reinen Zerlegungsprodukts in Wärmeaustausch gebracht wird, welches dabei auf nahezu Umgebungstemperatur angewärmt wird, nach Zusatzpatent 1065 867, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustausch zwischen dem Rohgas und dem reinen Zerlegungsprodukt in mindestens einem periodisch umschaltbaren Regenerator erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf Umgebungstemperatur
angewärmte Teil des Gases auf etwa Zerlegungstemperatur abgekühlt und in eine Rektifikationssäule eingeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Umgebungstemperatür angewärmte Gas vor der erneuten Abkühlung verdichtet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des durch die gereinigten Regeneratoren zurückströmenden Gases vor der Erwärmung auf Umgebungstemperatur entnommen und arbeitsleistend entspannt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der auf Umgebungstemperatur angewärmten Luft arbeitsleistend entspannt wird.
6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils periodisch das warme Ende eines Regenerators (3) aus der Regeneratorgruppe für das unreine Gas mit dem eines Regenerators (4, 5; 34, 35) für ein reines Gas verbunden ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindungsleitung zwischen den wärmen Enden dieser Regeneratoren ein Kompressor (29) geschaltet ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für je ein reines Zerlegungsprodukt ein Regeneratorpaar (4, 5; 34, 35) vorhanden ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmespeichermasse der Regeneratoren (4, 5; 34, 35) für reine Zerlegungsprodukte, auf gleiche Schaltzeit bezogen, weniger als halb so groß ist wie die der Regeneratoren (1, 2) zur Reinigung des Gases.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmespeichermasse eine große Raumerfüllung hat.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmespeichermasse aus enggewickelten Drähten oder Flachprofilen besteht.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 1046 640, 1 065 867.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 209 517/81 2.62
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