DE1199294B - Einrichtung zum Zerlegen eines Gasgemisches durch Rektifikation - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

F 25 j

Deutsche Kl.: 17 g-2/01

Nummer: 1199 294

Aktenzeichen: N 248281 a/17 g

Anmeldetag: 20. April 1964

Auslegetag: 26. August 1965

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Zerlegen eines Gasgemisches durch Rektifikation bei tiefen Temperaturen in einer Trennkolonne, deren unterer Teil an seinem Fuße ein Kochgefäß zur Aufnahme des mit dem höhersiedenden Bestandteil des Gasgemisches angereicherten flüssigen Sumpfproduktes aufweist und der das über eine Zufuhrleitung ankommende Gasgemisch zur Zerlegung zuströmt, wobei aus dem Kochgefäß eine Abfuhrleitung für das Sumpfprodukt nach außen führt und eine weitere Leitung aus dem Kochgefäß in den unteren Teil der Trennkolonne und die Zufuhrleitung zwischen dem unteren und oberen Teil in die Trennkolonne mündet.

Bei bekannten Einrichtungen der erwähnten Art wird während der Abkühlungsperiode kein Dampf aus dem Siedegefäß nach außen abgeführt. Unter Abkühlungsperiode ist die Zeit zu verstehen, die beim Inbetriebsetzen der Anlage zu ihrer Abkühlung von der Zimmertemperatur bis zur Betriebstemperatur erforderlich ist. Das obere Ende einer solchen Kolonne ist mit einer Zufuhrleitung für flüssiges Kopfprodukt und einer Abfuhrleitung für im Siedegefäß verdampfte Flüssigkeit versehen. Die Zufuhrleitung für die Flüssigkeit und die Abfuhrleitung für den Dampf können dabei durch eine einzige Leitung gebildet sein, deren anderes Ende an einen den kalten Kopf einer Kaltgaskühlmaschine umgebenden Kondensationsraum anschließt. Der Dampf fließt dann durch diese Leitung zum Kondensationsraum, wo er kondensiert wird, wonach das Kondensat durch dieselbe Leitung zur Kolonne zurückgeführt wird. Das Kondensat fließt über die Füllung oder die Böden der Kolonne nach unten und wird im Siedegefäß aufgefangen.

Es hat sich herausgestellt, daß während der Abkühlungsperiode die in der Kolonne auftretenden Dampfströmungen von den beim normalen Betrieb auftretenden Dampfströmungen verschieden sind. Die Kühlmaschine hat eine Kapazität von M Liter kondensiertem Gas je Stunde. Beim Betrieb werden χ Liter flüssiges Kopfprodukt entnommen, so daß nur M — χ Liter Kondensat in das Siedegefäß gelangen und dort verdampfen. Von dem im Siedegefäß gebildeten Dampf wird eine y Liter Kondensat je Stunde entsprechende Menge abgeführt. Durch den unteren Kolonnenteil steigt somit ein Dampfstrom auf, der M— (x + y) Liter Kondensat entspricht. An der Stelle, an der der Zuführungskanal für das zu trennende Gasgemisch in die Kolonne mündet, wird dem aufsteigenden Gasstrom ein Gasstrom zugesetzt, der (x + y) Liter Kondensat ent-Einrichtung zum Zerlegen eines Gasgemisches durch Rektifikation

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenf abrieken,

Eindhoven (Niederlande)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Zoepke, Patentanwalt,

München 5, Erhardtstr. 11

Als Erfinder benannt:

Johannes van der Ster, Emmasingel,

Eindhoven (Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 25. April 1963 (291994)

spricht, so daß je Stunde durch den oberen Kolonnenteil ein Gasstrom aufsteigt, der M Liter Kondensat entspricht. Während der Abkühlungsperiode kondensiert die Kühlmaschine wieder M Liter je Stunde. Da während dieser Periode kein Kopfprodukt entnommen wird, gelangt die ganze Kondensatmenge in das Siedegefäß. Insbesondere im Anfang der Abkühlungsperiode ist dieses Siedegefäß noch warm, so daß das Kondensat schnell verdampft. Da nun auch kein Bodenprodukt entnommen wird, muß die ganze gebildete Dampfmenge durch die Kolonne zum Kondensationsraum zurückfließen. Dies bedeutet, daß nun sowohl durch den oberen Teil als auch durch den unteren Teil der Kolonne je Stunde ein Gasstrom aufsteigt, der M Liter Kondensat entspricht. Dieser Strom kann bisweilen sogar um einen Faktor 3 größer als der Strom M — (x + y) sein, der beim normalen Betrieb je Stunde durch den unteren Kolonnenteil aufsteigt. Dies bedeutet, daß die Aufstieggeschwindigkeit des Gases im unteren Kolonnenteil während der Abkühlungsperiode größer als beim normalen Betrieb ist. Dadurch ergibt sich die Gefahr einer Aufstauung der herabfließenden Flüssigkeit durch den aufsteigenden Dampf. Die Aufstauung der Flüssigkeit kann dabei so stark werden, daß die

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Flüssigkeit nicht in den unteren Kolonnenteil treten kann und in die Zufuhrleitung für das zu trennende Gas gelangt. Eine gute Abkühlung der Anlage würde dadurch gestört werden.

Um diesen Nachteil zu beseitigen, weist die eingangs umschriebene Einrichtung zum Zerlegen eines Gasgemisches durch Rektifikation nach der Erfindung das Merkmal auf, daß eine absperrbare Kurzschlußleitung aus dem Kochgefäß in den über dem unteren Teil der Trennkolonne liegenden Teil derselben führt oder eine absperrbare Verbindungsleitung zwischen der Abfuhr und der Zufuhrleitung angeordnet ist.

Auf diese Weise wird mit baulich einfachen Mitteln verhütet, daß die Gasgeschwindigkeiten in dem zwischen dem Siedegefäß und der Mündungsstelle des Zufuhrkanals für das zu trennende Gasgemisch liegenden Kolonnenteil zu hoch werden. Dadurch wird die Gefahr einer Aufstauung der Flüssigkeit und des sich daraus ergebenden Eintretens dieser Flüssigkeit in den Zufuhrkanal beseitigt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung, die schematisch Einrichtungen zum Zerlegen eines Gasgemisches nach der Erfindung zeigt, näher erläutert.

Fig. 1 und 2 zeigen im Schnitt zwei Gastrennkolonnen, wobei die Gastrennkolonne nach F i g. 1 mit einer gesonderten Kurzschlußleitung versehen ist und die Gastrennkolonne nach F i g. 2 eine Absperrvorrichtung enthält, die die Abfuhrleitung für das gasförmige Bodenprodukt und die Zufuhrleitung für das zu trennende Gasgemisch miteinander verbinden kann.

Das Kochgefäß 1 trägt einen Käfig von Rohren 2, deren untere Enden mit einer Ringleitung 3 verbunden sind, in die ein Rohr 4 mündet, das flüssiges Gas aus der Trennkolonne zum Ring 3, den Rohren 2 und dem Gefäß 1 führt.

Die Kolonne enthält einen Teil 5 und einen Teil 6, zwischen denen bei 7 die Zufuhr für zu trennendes Gas mündet. Die Teile 5 und 6 sind mit einer Füllung versehen.

Der Rohrkäfig 2 ist ringsum von einem Metallgazezylinder 8 umgeben. Die Gaze steht mit den Rohren in wärmeleitender Verbindung und wird durch die durch die Rohre 2 fließende Flüssigkeit stark abgekühlt.

An das Gefäß 1 schließt eine Abfuhrleitung 9 für das gasförmige Bodenprodukt an. Diese Leitung 9 enthält eine Leitung 24, die sich spiralförmig zwischen der Oberseite eines das Gefäß 1 umgebenden Gehäuses 10 und einer Isolierplatte 25 erstreckt und sich in eine Rohrschlage 26 fortsetzt, die mäanderförmig sowohl längs der Innenseite als auch längs der Außenseite eines Schildes 27 verläuft und als Abfuhrleitung 28 die Anlage verläßt.

Das Gehäuse 10 ist mit einer Anzahl von Öffnungen 11 versehen, durch die das zu trennende Gas in die Anlage eintreten kann. Aus dem zu trennenden Gas abgetrenntes Wasser wird auf dem Boden des Gehäuses 10 angesammelt und durch die Leitung 13 abgeführt. Das nicht auf den Boden des Gehäuses 10 gelangende Wasser wird in einer sich auf der Metallgaze 8 bildenden Schneeschicht gefangen.

Rings um das Rohr 4 und den Kolonnenteil 5 ist ein sich durch das Gefäß 1 erstreckendes Rohr 14 angebracht, dessen unteres Ende an einem mit Öffnungen versehenen Topf 15 befestigt ist, in dem Filtermaterial 16 vorhanden ist. Zwischen dem Rohr 14 und dem Kolonnenteil 5 befindet sich ein Ringkanal 17. Im Ringkanal 17 sind Gazekragen 18 angebracht, die mit der Außenwand des Kolonnenteils 5 in wärmeleitender Verbindung stehen.

Durch das Rohr 19 wird in die Kolonne Kondensat eingeführt, das in der Kolonne durch Flüssigkeitsverteiler 20 und 21 über die Füllung verteilt wird.

Der den Verteiler 21 umgebende Teil 22 der Wand

ίο des Kolonnenteils 5 ist auf der Innenseite mit einem ringförmigen Flüssigkeitsbehälter 23 versehen, in dem aus dem Kolonnenteil 6 herausfließende Waschflüssigkeit aufgefangen und in wärmeleitenden Kontakt mit dem Wandteil 22 gebracht wird.

Die Anlage nach Fig. 1 enthält weiterhin eine mit einem Ventil 30 versehene Kurzschlußleitung 29, deren eines Ende an das Gefäß 1 angeschlossen ist und deren anderes Ende bei 7 oder an einer beliebigen Stelle 31 in den Kolonnenteil 6 mündet.

Beim Inbetriebsetzen der Anlage muß sie zunächst von der Zimmertemperatur auf ihre endgültige Betriebstemperatur abgekühlt werden. Dies wird dadurch bewerkstelligt, daß die ganze Kondensatmenge durch die Leitung 19 der Kolonne zugeführt wird.

Dieses Kondensat fließt durch die Kolonne herab und gelangt schließlich in das Gefäß 1, wo es infolge der hohen Temperatur schnell verdampft. Bei Beginn der Abkühlung ist die Abfuhrleitung 9, 26, 28 infolge des zugedrehten Ventils 32 geschlossen, wie auch die Zufuhrleitung 33 für das zu trennende Gasgemisch abgeschlossen ist. Infolgedessen steigt die ganze im Gefäß 1 gebildete Dampfmenge durch die Leitung 36 durch die Kolonne auf, von wo sie durch die Leitung 35 zu einer nicht dargestellten Kondensationsvorrichtung abgeführt wird. Der aufsteigende Dampfstrom, der, wie in der Einleitung bereits erwähnt wurde, größer als der im Betrieb auftretende Dampfstrom ist, staut das flüssige Gas, das über die Füllung herabfließt, auf, wodurch sich die Gefahr ergibt, daß die Flüssigkeit in den Ringkanal 17 gelangt. Eine gute Abkühlung der Anlage würde dadurch gestört werden. Um diese Gefahr abzuwenden, wird nun nach der Erfindung während der Abkühlung der Hahn 30 in der Leitung 29 aufgedreht, so daß ein Teil des im Gefäß 1 gebildeten Gases durch die Leitung 29 zum oberen Teil 6 der Kolonne strömen kann. Dies hat zur Folge, daß eine kleinere Gasmenge durch den Kolonnenteil 5 aufsteigt, so daß sich keine starke Aufstauung der herabfließenden Flüssigkeit ergibt.

Der gleiche Effekt wird, wie in F i g. 2 angegeben ist, dadurch erzielt, daß die Abfuhrleitung 28 für das Bodenprodukt und die Zufuhrleitung 33 für das zu trennende Gas durch das Aufdrehen eines Hahnes 34 miteinander verbunden werden. Dadurch kann der im Gefäß 1 gebildete Dampf durch die Leitung 9, 26, 28, das Ventil 34, die Leitung 33 und den Ringkanal 17 in den oberen Teil 6 der Kolonne gelangen. Auch bei dieser Anlage wird somit ein Teil des kalten Dampfes während der Abkühlungsperiode vom Gefäß her unter Umgehung des unteren Kolonnenteils 5 dem oberen Teil 6 zugeführt. Ein Vorteil dieser Bauart ist der, daß der umgeleitete Dampf die Leitungen 9, 26, 28 und 33 bereits abkühlt, so daß diese Leitungen beim Umschalten auf normalen Betrieb die richtige Betriebstemperatur aufweisen.

Nach der Abkühlungsperiode wird der Hahn 30 in der Leitung29 nach Fig. 1 bzw. der Hahn34 nach

F i g. 2 geschlossen, und es werden die Absperrhähne in der Abfuhrleitung 28 und in der Zufuhrleitung 33 geöffnet. Das zu trennende Gasgemisch wird dann durch Öffnungen 11 in das Gehäuse 10 eingeführt. Das Wasser wird teilweise durch Kondensation abgetrennt und sammelt sich auf dem Boden des Gehäuses 10 an. Das Gas trifft dann auf seinem Wege zur Kolonne auf die stark abgekühlte Gaze 8, auf der ein Schneekuchen aus Wasser- und Kohlendioxydkristallen gebildet wird. Dieser Kuchen bleibt längere Zeit für das Gas durchlässig. Nachdem das Gas in dem auf der Gaze 8 und den Rohren 2 gebildeten Schneekuchen stark abgekühlt ist, strömt es durch das Filter 15,16 hinauf in den ringförmigen Raum 17 zwischen dem Rohr 4 und der Außenwand des Kolonnenteiles 5. Im ringförmigen Raum 17 befinden sich Gazekragen 18, die mit der Außenwand des Kolonnenteiles 5 in wärmeleitender Verbindung stehen und somit stark abgekühlt werden. Das Gas tritt dann bei 7 in die Kolonne ein, wo die Rektifikation stattfindet.

Bei der Anlage nach der Erfindung hat man somit mit einfachen Mitteln verhütet, daß während der Abkühlungsperiode verflüssigtes Gas in den Zufuhrkanal für das zu trennende Gasgemisch gelangt.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Einrichtung zum Zerlegen eines Gasgemisches durch Rektifikation bei tiefen Temperaturen in einer Trennkolonne, deren unterer Teil an seinem Fuße ein Kochgefäß zur Aufnahme des mit dem höhersiedenden Bestandteil des Gasgemisches angereicherten flüssigen Sumpfproduktes aufweist und der das über eine Zufuhrleitung ankommende Gasgemisch zur Zerlegung zuströmt, wobei aus dem Kochgefäß eine Abfuhrleitung für das Sumpfprodukt nach außen führt und eine weitere Leitung aus dem Kochgefäß in den unteren Teil der Trennkolonne und die Zufuhrleitung zwischen dem unteren und oberen Teil in die Trennkolonne mündet, dadurch gekennzeichnet, daß eine absperrbare Kurzschlußleitung (29) aus dem Kochgefäß (1) in den über dem unteren Teil (5) der Trennkolonne liegenden Teil derselben führt oder eine absperrbare Verbindungsleitung zwischen der Abfuhr- (28) und der Zufuhrleitung (33) angeordnet ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Zeitschrift »Kältetechnik«, Heft 9 (1960), S. 275.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   509 658/107 8.65

   Bundesdruckerei Berlin