DE1501521C - Verfahren zum Entfernen von leicht kondensierbaren Bestandteilen aus bei tiefer Temperatur zu zerlegenden Gasgemischen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Hntferncn von leicht kondensierbaren Bestandteilen aus bei lici'cr Temperatur zu /erlegenden Gasgemischen durch Abkühlen im Gegenstrom zu kalten Zcrlcgungspro-(liiktcn in periodisch umschaltbaren Röhrenwärmetauscher!), deren Rohre mindestens zum Teil zu Doppel- oder Mehrfachrohren wärmeleitend verbunden sind und mehrere Strömungswege bilden, mit einander abwechselnden Kondensationsperioden, in denen dem Gasgemisch in einem Strömungsweg die fühlbare Wärme und den leicht kondensierbaren Bestandteilen außerdem die latente Wärme entzogen wird, und einer Sublimationsperiode, in der diese Bestandteile wieder verdampft und ausgespült werden und die Zerlegungsprodukte während der Kondensationsperioden durch den Raum zwischen den Rohren und mindestens einen weiteren Strömungsweg der Doppel- oder Mehrfachrohre geleitet sind, .von denen die Strömungswege für die reinen Zerlegungsprodukte während der Sublimationsperiode abgesperrt werden.

Derartige Verfahrensschritte sind, in dem älteren Patent 1 271 732 beschrieben. Sie sollen .im Rahmen der vorliegenden Erfindung in Röhrenwärmetauschern durchgeführt werden, wie sie z. B. aus dem »Journal of Heat Transfer« vom Mai 1965, auf S. 202 und 203 bekanntgeworden sind. Damit soll der Wärmeübergang zwischen den Strömungswegen in den Rohren vornehmlich durch deren gegenseitige metallische Berührung als »Rippeneffekt« erfolgen, also in der Hauptsache nicht als indirekter Wärmeübergang über eine zwischen den Rohren liegende Gasatmosphäre. Dadurch ist eine Intensivierung des Wärmeüberganges möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das vorgeschlagene Verfahren zum Entfernen von leicht kondensierbaren Bestandteilen aus bei tiefer Temperatur zu zerlegenden Gasgemischen weiter zu verbessern und eine noch höhere Ausbeute an reinen Zerlegungsprodukten zu erhalten.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß bei dem in der Sublimationsperiode befindlichen Wärmetauscher durch den in seiner Kondensationsperiode vom abzukühlenden Gasgemisch durchflossenen Strömungsweg eine während der Kondensationsperiode eines der anderen Wärmetauscher abgekühlte Gasgemischmenge und durch den in seiner Kondensationsperiode von einem anzuwärmenden Zerlegungsprodukt durchflossenen Strömungsweg eine während der Kondensationsperiode eines der anderen Wärmetauscher wieder angewärmte Menge dieses Zerlegungsproduktes zurückgeleitet wird.

Der erfindungsgemäße Vorschlag bringt den Vorteil, daß in den einzelnen Strömungswegen immer nur eine bestimmte Gasart strömt, wodurch eine Becinträchtigung des Reinheitsgrades durch insbesondere beim Umschalten übrigbleibende Restbestände nicht eintreten kann. Außerdem ist es von Vorteil, daß das Gasgemisch in einen in Doppel- oder Mehrfachrohrcn stattfindenden intensiven Wärmetausch mit jedem Zerlegungsprodukt gebracht werden kann — nicht wie bei wechselnden Strömungswegen nur mit einem unreinen Abgas —, so daß das hinsichtlich seiner anfallenden Menge und seines Zustandes günstigste Zerlegungsprodukt auswählbar ist. Außerdem ist auch eine unabhängige vorteilhafte Wählbarkeit gegeben, welche Gase in den wärmeleitend vereinigten Rohren und welche gegebenenfalls durch separat verlegte Rohre geführt werden sollen. Weilcrhin wird vorgeschlagen, daß bei Durchführung des Verfahrens in mehreren periodisch umsehaltharcn Röhrenwärmetauschern jeweils einer die Sublimalionsperiode und die übrigen die Kondensationsperiode durchlaufen. Eine zweckmäßige Weiterbil-

dung des Verfahrens kann dadurch erzielt werden, daß die abgekühlte Gasgemischmenge während der Sublimationsperiode unter Unterdruck durch den Strömungsweg gesaugt wird. Weiter wird vorgeschlagen, für das Verfahren an sich bekannte Dreifachrohre zu verwenden, so daß in jeder Periode das Gasgemisch gleichzeitig durch zwei Rohre und ein Zerlegungsprodukt durch das dritte Rohr geführt wird. Auch kann so verfahren werden, daß das angewärmte Zerlegungsprodukt mittels einer Umwälzpumpe in den in der Sublimationsperiode befindlichen Wärmetauscher eingeleitet wird.

Das erfmdungsgemäße Verfahren wird nachfolgend an Hand der Zeichnung, in der der Wärmetauscherteil einer Zerlegungsanlage für Gasgemische bei tiefer Temperatur schematisch dargestellt ist, beispielsweise erläutert.

Das zu zerlegende Gasgemisch — hier z.B. Luft — wird in der Leitung 16 mit Umschaltventilen 17 einem der Wärmetauscher 19 und 31 zugeführt und gelangt durch den Strömungsweg 18, wobei es im Gegenstrom zu Zerlegungsprodukten bis nahe an die Sättigungstemperatur abgekühlt wird, und durch eine Rohrleitung 21 mit einer Rückschlagklappe 20 zum nicht gezeichneten Rektifikationsteil. Als gasförmige Zerlegungsprodukte sollen in diesem reiner Stickstoff, reiner Sauerstoff und unreiner Stickstoff gewonnen werden. Der unreine Stickstoff strömt durch die Leitung 22 in den Strömungsweg 23 im Wärmetauscher 19 und gelangt durch ein Umschaltventil 24 in die Austrittsleitung 25. Der reine Sauerstoff strömt durch die Leitung 26, den Strömungsweg 26 a durch den Wärmetauscher 19 und kann am warmen Ende desselben abgeführt werden. Der reine Stickstoff gelangt als Zerlegungsprodukt durch die Leitung 27 in den Außenraum im Wärmetauscher 19, wird in diesem angewärmt und durch das Schaltventil 28 in die Produktleitung 29 abgeführt. Der Wärmetauscher 19 befindet sich also in der Kondensationsperiode. Dabei lagern sich die leicht kondensierbaren Bestandteile, hier z.B. CO₂ und H₂O, in dem Strömungsweg 18 ab. Der Wärmetauscher 31 befindet sich in der Sublimationsperiode, in der die in einer vorangehenden Kondensationsperiode in dem Strömungsweg 30 abgelagerten leicht kondensierbaren Bestandteile, wie CO₂ und H₂O, entfernt werden sollen. Dies geschieht dadurch, daß der Strömungsweg 30 von getrocknetem und gereinigtem Gasgemisch, hier Luft, aus der Leitung 21 über das Regelventil 32 und das Schaltventil 33 vom kalten zum warmen Ende durchströmt wird. Dieser als Spülgas wirkende Teil des Gasgemisches wird infolge eines Druckgefälles, hier mittels einer Vakuumpumpe 35, aus dem Wärmetauscher 31 und durch das Schaltventil 34 abgesaugt. Durch den erniedrigten Druck ist die Wiederverdampfung der abgelagerten Bestandteile begünstigt. Die für die Wiederverdampfung notwendige Wärme wird durch unreinen Stickstoff, der in dem Strömungsweg 36 vom warmen zum kalten Ende strömt, gedeckt. Diese Stickstoffmenge wird aus der Leitung 25 entnommen, mittels eines Umwälzgebläses 37 auf einen geringen Überdruck verdichtet und strömt durch eine Leitung 38 und ein Schaltventil 39 dem Strömungsweg 36 im Wärmetauscher 31 zu, aus dem er in die Leitung 22 übertritt. Der Strömungsweg für den reinen Stickstoff und der Strömungsweg 26 b für den reinen Sauerstoff sind während der Sublimationsperiode mittels der Schaltventile 40 bzw. 41 abgeschlossen.

Für den Fall, daß in dem Wärmetauscherteil für die Gaszerlegungsanlage mehr als zwei Wärmetauscher vorgesehen sind, ist es zweckmäßig, die Sublimationsperiode jeweils nur in einem Wärmetauscher und in den übrigen gleichzeitig die Kondensationsperiode durchzuführen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   I. Verfahren zum Entfernen von leicht kondensierbaren Bestandteilen aus bei tiefer Temperatur zu zerlegenden Gasgemischen durch Abkühlen im Gegenstrom zu kalten Zerlegungsprodukten in periodisch umschaltbaren Röhrenwärmetauschern, deren Rohre mindestens zum Teil zu Doppeloder Mehrfachrohren wärmeleitend verbunden sind und mehrere Strömungswege bilden, mit einander abwechselnden Kondensationsperioden, in denen dem Gasgemisch in einem Strömungsweg die fühlbare Wärme und den leicht kondensierbaren Bestandteilen außerdem die latente Wärme entzogen wird, und einer Sublimationsperiode, in der diese Bestandteile wieder verdampft und ausgespült· werden und die Zerlegungsprodukte während der Kondensationsperioden durch den Raum zwischen den Rohren und mindestens einen weiteren Strömungsweg der Doppel- oder Mehrfachrohre geleitet sind, von denen die Strömungswege für die reinen Zerlegungsprodukte während der Sublimationsperiode abgesperrt werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem in der Sublimationsperiode befindlichen Wärmetauscher durch den in seiner Kondensationsperiode vom abzukühlenden Gasgemisch durchrlossenen Strömungsweg eine während der Kondensationsperiode eines der anderen Wärmetauscher abgekühlte Gasgemischmenge und durch den in seiner Kondensationsperiode von einem anzuwärmenden Zerlegungsprodukt durchflossenen Strömungsweg eine während der Kondensationsperiode eines der anderen Wärmetauscher wieder angewärmte Menge dieses Zerlegungsproduktes zurückgeleitet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von mehreren periodisch umschaltbaren Röhrenwärmetauschern jeweils einer die Sublimationsperiode und die übrigen die Kondensationsperiode durchlaufen.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abgekühlte Gasgemischmenge während der Sublimationsperiode unter Unterdruck durch den Strömungsweg gesaugt wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von an sich bekannten Dreifachrohren in jeder Periode das Gasgemisch gleichzeitig durch zwei Rohre und ein Zerlegungsprodukt durch das dritte Rohr geführt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das angewärmte Zerlegungsprodukt mittels einer Umwälzpumpe in den in der Sublimationsperiode befindlichen Wärmetauscher eingeleitet wird.