DE1501716A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Auftrennen von niedrig siedenden Gasgemischen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Auftrennen von niedrig siedenden GasgemischenInfo
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Description
1501718
DA-690
PA 596 360
zu der Petentsniaeldung
der Firma
HITACHI LTD.
New Marunouchi Building 4,1-Choa«, Merunouohi,
Chiyoda-Ku, Tokyo, Japen,
betreffend
Die vorliegende Erfindung bezieht eich auf ein Verfahren und
auf eine Vorrichtung zum Auftrennen von Gasgemischen, die Bestandteile mit unterschiedlichem Siedepunkt enthalten. Die Erfindung bezieht sich auf die Entfernung dieser Bestandteile,
die zum Verfestigen unter den Bedingungen neigen, die während des Auftrennungaverfahrens vorherrschen, aus derartigen Gasgemischen.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf das Auftrennen
von Luft in Stickstoff und Sauerstoff unter Beseitigung von WhBaer und CO2 (Kohlendioxid) aus diesen Gesen während des
Abkühlens der einströnenden Luft alt Hilfe von Verfestigung
und Verdampfung (oder Sublimation) in einen reversiblen wärmeaustauscher.
- 1 - 8AD ORIGINAL
a.
Dia uHjaoadsren Problame# die durch dia 3?findung in wirks*<ser
■ieiae gelöst werden und die ^eaiohtspunkte der Erfindung werden em besten verständlich Susannen sit der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.,
Io Fig. 1 ist ein Sehens einer Lufttrennenlsge dargestellt,
die nach der Lehre der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
Wärmeaustauschers, der in der erfindungsgenäseen Vorrichtung verwendet wird.
Fig* 3 ist eine perspektivische Teilaaeicht einaβ Wäreeaus»
tauscherblockes aus Alualniunplatten; si» dient zur
des Wesefle der Probleme, die durch die
ΐ?άβ Erfindung gelöst werden.
Komprimierte Luft, die aufgetrennt werden soll, enthält sowohl Stickstoff als aucb Sauerstoff und andere geringere Bestandteile wie Wasser und CO^, die viel höhere Siedepunkte besitzen eis
Stickstoff«wd Saverstoff. Diese Bestandteile neigen während dee
Abkühlens der sinströmenden Luft zum Verfestigen und die Ablagerungen /on gefrorenem Wesser und (XX, neigen dssu, den Durchgang für die einströmende Luft resoh zu verstopfen. X^efeelb \n%
die Entfernung der Ablagerungen eine Voraussetzung für ^osit -nuierliche Luftabtrennung· Oa dieses Problem sa Ic« r,., imrden
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1716 3
bereits bei Lufttrennungssnlagen reversible Regeneratoren verwendet,
die mit kleinen Formkörperti gefüllt wer en* Hierbei wurden
die Durchgänge für die einströmende Luft und ein aufgetrenntes Gesprodukt abwechselnd von einem Durchgang zu dem anderen
und zurück geschaltet. Bei solchen Anordnungen dient des abgetrennte Gas als Kühlmittel für die einströmende komprimierte
Luft, wobei sich Abisgerungen der geringen Bestandteile bei einem Durchgang im Verlauf einer vorbestimmten Periode bilden«
Während der alternierenden dareuf folgenden Periode werden die
beiden Durchgänge so geschaltet, dass einer, der vorher die komprimierte Luft führte, nun des aus dem aufgetrennten Gas
abgeschiedene Kühlmittel führt und umgekehrt. Als Folge hiervon werden die Ablagerungen während der alternierenden Periode
durch Sublimation weggetaut und in das abgetrennte Gas eingeschleppt. Auf diese Weise wird erreicht, dass sich die Ablagerungen
in den Durchgängen nicht abscheiden und die Durchgänge nicht verstopfen.
Anstelle der oben erwähnten Regeneratoren kommen euch reversible
Ittetellpiettöü-Wärmeeustauecher in weitem Umfang zur Anwendung.
Einer dieser häufig' verwendeten reversiblen Wärmeaustauscher enthält
Aluminiumplatten. Er ist teilweise in Fig. 3 gezeigt, bei
der zahlreiche gewellte Aluminiumrippen 101 und Platten 100 in abwechselnden Lagen zusammengefügt und verlötet sind, so dass
sich eine Art von Uonigwaben-Sandwich-Struktur bildet. Dieser
Aufbau führt zur Bildung von zahlreichen, voneinander getrennten Durchgängen C, D und E zwischen den Platten, von denen je1.e mehrere
kleine Durchgänge zwischen den gewellten Abschnitten der
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3AD OfV>GlNAL
Hippe iind der Platte aufweist. Die einströmende Luft und die
aufgetrennten Gase gelengen durch nebeneinanderlegende, eber
voneinander getrennte Durchgänge zum gegenseitigen W&rmeaus- *
tausch. Die Wärmeaustauscher dieses Typs haben zahlreiche Vorteile
gegenüber den Regeneratoren. So kann für Einheiten mit
vergleichbarer Grosse, die die gleiche Menge en einströmender
Luft verarbeiten, ein Aluminium-Wärmeaustauscher in ein Viertel der Grosse gebaut werden, die für einen Regenerator erforderlich
ist. Auch die Zeit, die benötigt wird, um eine Anlage
anfahren zu können, wird bei Verwendung eines Wärmeaustauschere dieses Typs um etwa 20 bis 30 Stunden verringert gegenüber 40
bis 60 Stunden, die zum Anfahren einer Anlege erforderlich sind, bei der kalte Akkumulatoren verwendet werden. Wenn such AIuminiumpl8tten-Wärme8Ustauscher
bevorzugt werden, so können natürlich auch andere Metalle wie Kupfer, Stahl für die Herstellung
der Wärmeaustauscher dienen.
Die Wirkung der Wärmeaustauscher bei Lufttrennungsanlagen ist
ähnlich den bisher verwendeten Regeneratoren. Bei einem Wärmeaustauscher gibt die einströmende, komprimierte, aufzutrennende
Luft, welche durch die Durchgänge, z.B. C und £ in Fig. 3 strömt,
ihre Wärme an ein aufgetrenntes Ges oder an abgetrennte Gase ab,
die durch die zu den Durchgängen der einströmenden Luft benachbarten Durchgänge, z.B. D in Fig. 3, strömen. Hierdurch wird die
bei etwa normaler Raumtemperatur einströmende Luft während ihres
Durchganges auf einen Wert nehe ihrer Sättigungs- oder Siedetemperatur
(minus 171° C bis minus 172° 0) gekühlt. Gleichzeitig
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lagern eich kleinere Verunreinigungen, die sich bei diesen
Temperaturen leicht verfestigen, an der Oberfläche der Durchgänge in den Wärmeaustauschern 8b, wie dies bei C und £ in
Fiß· 3 gezeigt ist. Ds diese Ablagerungen dazu neigen, die
Durchgänge zu verstopfen, müssen die Durchgänge für die einströmende Luft und die Durchgänge für des abgetrennte Gssprodukt
abwechselnd und gegenseitig in vorbestimmten Intervallen umgeschaltet werden. Wegen der Druckdifferenz zwischen der einströmenden
komprimierten Luft und dem aufgetrennten Gas sublimieren die Ablagerungen nun in dem Durchgang, durch den das aufgetrennte
Gas strömt und werden gasförmig von dem aufgetrennten Gas mitgenommen. Auf diese Weise werden sie aus dem Wärmeaustauscher
herausgetaut; man verhindert, dass sie den Wärmeaustauscher verstopfen und sich in den Durchgängen ablagern.
Nach dem Kühlen wird die gekühlte, komprimierte Luft den Verflüssigungs-
und Rektifizierungsstufen zugeführt, wie dies allgemein
bekannt ist. Nach diesem Verfahren lässt sich eine kontinuierliche Auftrennung von Luft in N2 und Op bewerkstelligen.
Es hat sich wegen der komplizierten, kombinierten Honigwabenstruktur
von gewellten Rippen und Platten als unpraktisch oder sogar als unmöglich erwiesen, einen Wärmeaustauscher aus Aluminiumplatten
mit grösserer Kapazität zu konstruieren, als mit 7Oü - 800 mm Querschnitt. Eine Erhöhung der Kapazität verursacht
stark ansteigende Kosten sowie einen mechanisch stark geschwächten Aufbau. Um eine Lufttrennungsanlage mit grosser Kapazität zu bauen, ist es deshalb zweckmäßig, eine Anzahl von
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kleineren Wärmeaustauschern dieses Type su verwenden, die
zahlreiche (mehrere bis mehrere 10) tfärneaustauscherblöcke
enthalten, die parallel zueinander verbunden sind. Eine solche Anordnung ist in Fig. 2 gezeigt, naoh der 4 Wärneeustauscherblöcke
4, 4-·, 4*', 41 · · verwendet werden. Bei den Blöcken
entsprechen die Eingänge und Auegänge 17 und 18 dee Blockes
den gesonderten Durchgängen C, E und D (In Fig. 5 gezeigt);
sie sind mit entsprechenden Heizrohren 15» 16, 15'» 16' parallel 2SU den Durchgängen der anderen Blöcke gescheitet.
Bei Lufttrennungsanlagen, bei denen eine Installation von mehreren Wärmeaustauscherblücken verwendet wird, hat die Erfahrung
gezeigt, dess eine Neigung zur Bildung von Bruchstellen
oder ernstlichen Schaden bei einigen Blöcken besteht, so
dass die Gesamtwirkung der Anlage niedriger eis erwertet war.
Wenn man nun den eigentlichen Betrieb der Anlage betrechtet, so haben die Erfinder gefunden, dass sich unter den Einlessdurch^.lnsen
17, 18 dar entsprechenden Blöcke sowie unter den gesonderten Durchgängen in den einzelnen Blöcken einer der
Eingsngsdurchgänge oder der gesonderten Durchgänge befand, der
durch die Ablagerungen von gefrorenem Wasser und COo viel rascher
verstopft war als die anderen Durchgänge oder die anderen gesonderten Durchgänge. Diese partiellen oder ungleichmässigen
Ablagerungen neigen dazu, sich in einer solchen Menge zu bilden, dass das Entfernen der Ablagerungen durch das abgetrennte
Gas bei dem alternierenden Betrieb in Intervallen unmöglich war. Die Folge hiervon war, dass einige Durchgänge vollständig
- 6 909882/U20 .
verstopft waren und dabs sich schwere Unfälle ereigneten, wie
dies oben engedeutet wurde.
Diese unsleichmüssigen oder partiellen Ablagerungen bildeten
eich insbesondere während der Anlaufperiode durch einen partiellen 3trom der einströmenden Luft in die Blöcke oder in die
kleinen Durchgänge von einigen Blöcken. Ee ist üblich, einen
'./äroeeustauscher so zu bauen, dass eine ausgeglichene und stabile Strömung in allen Blöcken und in eilen kleinen Durchgängen jedes Blocks erfolgt, wenn eine nornaIe Strömungsmenge bzw.
-geschwindigkeit eingehalten wird. Während der Anfangeperiode, die einige Tage dauern kann, befindet sich sowohl der Strom der
einströmenden Luft, als auch der der aufgetrennten Gase weit unterhalb des Wertes der normalen Strömungsmenge, so dass eine
Noi^un^ zum Auftreten des Phänomens der partiellen Strömung besteht, wie dies oben erwähnt ist. Das Phänomen der pertiellen
Strömung äussert sich darin, dass eine stärkere Strömung (Strömungsmenge) in den Durchgang eines Blockes stattfindet, der vom
Einlass eines Heizrohres weiter weg gelegen ist, als in demjenigen, der dichter an dem Heizrohr liegt. Dies ist auf die Trägheit der Strömung zurückzuführen. Beispielsweise erfolgt in de·
Block V'' der Fig. 2 eine stärkere Strömung als in den Blöcken
4, 4·, 4".
Das gleiche Phänomen der partiellen Strömung kann bei den gesonderten Durchgängen C, D, E in jedem Block stattfinden, wenn
die in den Block einkommende Strömung sich unterhalb der normalen Strömungsmenge befindet.
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D&n Ergebnis ist, dass sich ungleichmässige oder partielle
Ablegerungen an diesen Blöcken und euch en den kleinen Durchgängen in ieäea Block bilden. Die Ablegerungen erhöhen den *
'Widerstand gegen den Strom der abgetrennten Gese In dem nächsten Kreislauf, so dees die Entfernung der Ablagerungen eohwieriger und schwieriger wird. Dieses Problem scheint für die parallele Verbindung von Wärmeeusteuscherblöcken eigentümlich su
Es 1st deshalb eine Heupteufgebe der Erfindung, eine Gesmischungs-Trennanlage unter Verwendung einee reversiblen Wärmeaustauschers anzugeben, bei der die oben geschilderten Nachtelle, die während des Anfengsbetriebes auftreten, vermieden '
werden und die Geeemtwirkaamkeit der Anlege verbessert wird.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und
eine Vorrichtung für Lufttrennungeanlagen anzugeben, bei der der Gasstrom in jedem Durohgeng des Blocke in einem reversiblen Wärmeeusteussher im Gleichgewicht mit den anderen steht,
und zwar nicht nur während der normalen Strömungsmenge, sondern such während des Anfangebetriebes der Anlage.
Bei der praktischen Ausübung der Erfindung steht eine Lufttrennungssnlsgo unter Verwendung eines reversiblen Alumlniuapletten-Wärmeaustauschers asur Verfügung, in der eine genügende Menge an
einströmender, komprimierter Luft während der Periode das Anlaufbetriebes zur Verfügung steht, so dass die Strömungsmenge während
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ΰ.βν Aiifsngsperiode im wesentlichen gleich gross gehalten wird
v/i β die normale Meng® bei norme lea Betrieb.
Dies© und anders Vorteile sowie Gesichtspunkte der Erfindung
werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich.
IJaeh oiner AusführarAgE^form der Erfindung, die in Fig. 1 dargestellt
ist, ist öin reversibler Aluffiiaiunplatten-tyärjnesuetsuficher
mit ia wesentlichen der gleichen Luftströmung währen
ei or Periode des Anfengsbetriebe wie während der Perlode des
normalen Betriebes vorgesehen; dioe wird mit Hilfe eines Umgohuiiigsvantilß
und einer Leitung erreicht, die zwischen elrieas
Γ : i-cih^an.-r für gekühlte, komprimiert© Luft und ainem Durchgang
foe abgetrenntes Gsep<?udukt vorgesehen ist.
hLu. 1 ist κ it O.B-Z Beziigsa eichen 1 ein Kompressor zum Soa-
-n.'ii'ten von 8in8i;r5i?s#ndei? Luft beseichnet, so dswa sich &«>r
-.'v^f :-!:t:ti Druck eiuBcellt. Hit 2 Isst eine Lölfeuag böKeiökaei
ι'.:; 5em Aucr'-ig Jes Kompressors 1 in Verbindung steht; und
.ία1βχ'ί:^ϋ Ι,.,,Γν, Erfiodoogagöisäse kenn dlesa Laltuo^ 2
n yep'isa, wiiii in Obere instinmung rait der Erfindung
Ti=tg--!r:~'-.f·'.' im wOBfmrliühen stets rait de-' normelen
,-.en£3 ;;:;::c:-J :-.\:t wsrdca. Mii. 3 aind Scheltrvifctgl aas
.h^ü ov^a- .;:;.": u *>
lie« el t«??».:* ti Ten und geg^r. .-,-gisigen
--if ..^ic;c'.;.;:-;:f^i>
1.'J-5 16 für di# ainetropf«.»r^ Luft :^id
-g ;ί·*ί .■'.(:ι-· ■'iViproi'uk-fe foeÄeiclmet, wob·! <■!·■?■· '.''ssß^hsH-
/. η β λ ο ί ·♦ #
;' i/'l' w & i / <
■*
3AD ORIGINAL
^;"j, üvt" Icteivailen erfolgt. Ein reversibler Wärmeaustauscher
ΐ /ν. ■; Aluiairiiumplattentyp, wie in Fig. 2 gezeigt, enthält aeh-ΓΛΓ«
Ausbsnseherblöcke 4, 41, 4", 41 ·', obwohl nur 2 Blöcke
4 und 4J in der Zeichnung dargestellt sind. Jeder Blook entii;.n.*
ftix.eu unteren Teil oder einen warnen Block 4b bsw· 4b1
üi·:,! ■.'irr';»·,» DDftren Teil oder kalten Block 4a bsw. 4a1- Jeder
31: : ^ ra % zwei Leitungen l?f 18 versehen, die in jeden
K'.-■-' i vioiche kleine Durchgänge aufgeteilt sind, wie
li i i 5 ersichtlich ist. Di© Einlass- oder Auslase-1
' S '', 18 sind parallel durch die Heizröhren 15# 16
b-·-- -. '' - ';·-:; -;;it; den entsprechenden Durchgängen der anderen
:■.:;," ■-; ■ .-■: .-^undon. Die Haiaröhren 13« 16» 15* t 16' können als
;-, --SSiBe Durchgang« betrechtet werden, wie dies sue Fig. 1
ist» ·■■..·: anderen Ende der liöhrea 15'» 16' aind zwei
lsätv ■::. irz- . Ab^perrveaüil a 5* 5s' vorgesehen, von
K:i.-'v:i: :-j-:.-ivM--- 5·η, 1J-'- :.';;*ält:, die auf Druck en-
;. ' ·.'. ".-/ω lir&ch-i 1 ν^'νΐ-^-ΐ^ rlsr Durchgänge 15» 16 iea
-. ;;·.."; -lan. b^^sltmitteln 2 mithelfen.
..optimierten Luftt die durch die Wärmeaueteu-■.;■:.
^XCd, v/ird au eines unteren Abschnitt einer
.N-skolonne IO durch einen Durchgang 6 geleitet.
-,;. I 'ter gekiihltan und komprimiorten Luft wird
. :■:;■?".,ο,3rig '"»ü au einer iix-pBasionsturbine 7 gelei-.-.·...■
iar:i sdis^stisch® ibepsnsion abzukühlen. Mit
-■ , "\.ί:α8Γ für flüssig« Luft bezeichnet; 9 ist «ine
.■·■, inr Lcihtungt die einen ϊβίΐ der gekühlten a
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komprimierten Luft durch einen Durchgang 21 erhält; IO ist
eine Bektifizierungseinrichtung mit zwei Abtrennungsstufen.
Luft von der Expansionsturbine mit niederen Temperaturen und niederen Drücken wird einem oberen Teil der Rektifizierungekolonne 10 durch eine Leitung 11 und Ventile 22 zugeführt.
Abgetrennter, gasförmiger Stickstoff, der einige Verunreinigungen enthalten kann, wird von dem Kopf der Rektifizierungeeäule 10 durch eine Leitung 12* entnommen und desc Ventil 5
durch den Flüssigkeits-Superkühler 8, die Verflüssigungsanlage 9 und eine Leitung 12 zugeführt. Ein Teil der Luft aus
de- Expansionsturbine 7 kann der Leitung 12* durch das Ventil 2tc and eine Leitung 23 zugeführt werden. Auch ein Teil
der Luft aus den Ventilen 5, 5f kann weiter durch die kalten
Block» 4e, 48* gekühlt und der Expansionsturbine 7 durch «ine
Leitung 9 zugeführt werden. Di· Leitungen und Vorrichtungen fur abgetrennten Sauerstoff aus der Rektlfisierungssäuie sind
der Einfachheit halber in der Zeichnung weggelassen. Pur den
Fachmann ist es ohne weiteres möglich, andere Wärmeaustauscher
zu verwenden, oder in dem Wärmeaustauscher 4 Durchgänge für
Sauerstoff vorzusehen.
Es ist notwendig» die Anlage auf eine gewünschte Temperatur während des Anfahrens für den Anfragebetrieb zu kühlen. Für
diesen Zweck arbeitet die Expansionsturbine 7 ao, dass die einströmende Luft auf dem Weg 11-22-23-12*-12 gekühlt wird. De Jedoch die Kapazität bzw. der Durchsatz der Expansionsturbine
* ·*·■■
- 11 -
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,·· '.πα nur 3tw8 30 bis $0' $ dar normalen Strömungs-
- ··■'..";. strömenden Luft besitzt t weil während des nor-
-;■; s'c-θΒ der Anlege nur etwa 15 # der normalen StrÖ- .
-; -erarbeitet werden müssen, beträgt während dee
t\ 4,1 a der Anfangsperiode die Menge der in den Wär-
rlyHV ^ einströmenden Luft höchstens 50 % der norme-
Ausrührungsfora der Erfindung ist zwischen der
ir die gokühlte und komprimierte Luft und der leiden
abgetrennten Stickstoff eine Ungehungeleitung 0ii» in der ein steuerbares Expansionsventil; 14 ein-
-■·■ :.-;t. i)3s Ventil 14 wird durch Steuermittel 24 gesteuert,
υ an 3troß3 der zu dem Wärmeaustauscher 4 einkommenden
dD^sten und die üffnung des Ventils 14 entsprechend den
;*-".cliüIten Linien steuern. Während der Anfsngeperiode let;·;
-r:::<--■ ßn dinstromender Luft, welche von der
·-"■ verarbeitet werden kenn, geringer als 50 %
'uüc^&euge, wie dies vorher erklärt worden ist.
;·;£γ; der Ümgehuiig®leitung 13 kenn ein Teil der
-cair:-i35iört©n Luft, der im weeentlichen gleich ist derj^V
Ströaungsmenge (50 * 70 j<)
u 6 su der Leitung 12 durch freie Expansion
rden* Bee bedeutet, dass susserhelb der Expansions-■
'2V;i der "/erflüssigungs- und Rektifizierungsstufe ein
?a£ stattfindet: 15' - 5 (5'b)-6-13 (14) -12-5 (5·)-
BAD ORIGINAL
Nach den Versuchen der Erfinder sind wenigstens 80 % der normalen
Strömungsmenge an einströmender Luft notwendig, um partielle
Ablagerungen zu vermeiden· Demnach wird jede Strömungemenge
oberhalb von etwa 80 % der normalen Strömungsmenge eis
im wesentlichen gleich der normalen Strömungsmenge angesehen. Die zurückgeführte Luft, die sich ausdehnt, bewirkt eine Kühlung
der einströmenden Luft In dem Wärmeaustauscher. Als Ergebnis kenn die Menge an in den Wärmeaustauscher einströmender
Luft im wesentlichen die gleiche sein wie die normale Strömungsmenge,
selbst während des Anfengsbetrlebes. Die partiellen Ablagerungen
können infolge der Verringerung der einströmenden Menge vermieden werden. Als Folge wird eine vollständige Ebtfernun^
der Ablagerungen bei dem nächsten Intervall erreicht
und der Durchgang für die einkommende Luft wird daran gehindert.,,
3ich allmählich zu verstopfen. Das Ergebnis ist demnach
erflndungsgemäss, dass keine Unfallgefahr infolge von partiellen
Abisgerungen besteht. De zusätzlich die rfirkssmkoit dee
Wärmeaustauschers verbessert wird, ist die Zeitt die zum Anl-n^er;.
der Anlöge erforderlich ist, viel kürzer und die Gesamtfceit
der Anlag© wird verbessert.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsfoni wird eine ümgehungs-ι
ei GJn^ ij verwendet, weil eie sich leicht und billig anbringen
lasen/ Zusätzlich kenn die abzuzweigende Menge gesteuert werden,
obEf dßo Wärmegleichgewicht der Anlage zu stören, wenn die kom-
^rit.-:i*rts Luft durch freie Sitpenaion abgezweigt wird. Wenn ^e-
iisii-T^i-ne 7 grose genug ausgeführt istt xut
- i-3 -
■ ■ f ■: S 2 / ■";■■· -
He^Qi der einströmenden Luft tv. verarbeiten, die im wesentlich^ . gidxoc ist der Luftoenge, die normalerweise elnatröat
und vom;, dss. KiIb 1 Gleichgewicht der Anlage auf andere Veie«
einßt'illfcör-ist, braucht nur die Absweigung, die die Expen-8j a-::-.;';rl.;c einschliesst, verwendet zu werden, dealt sieh
die r.rrrsöU· Strömungsmenge der einströmenden Luft zu den ¥ärise·'....:-:..:.-:-,:■·■ ■■ ergibt, selbst während des Anlaufes der Anlege.
In d: ϋβς ]?&!! können vorzugsweise Steuerorgane 25 ähnlich den
Stein : :>:sy?nan 24 VQrwendet werden, um die einströmende Luft su
steUt-Vi^ -.-iUr dies durch gestrichelte Linien angedeutet ist·
Ander bliche /mordnungen, welche die normale Strömungameng'i
auoii wäbrenä der Anlcufpariode ergeben, sind dem Pachfiiöiir.
aufgrund dsr obigen Ausführungen ohne weiteres geläufig.
Aus dor obigen Ber-cüreibun.^ ist erfinduagsgemäse zu entnehmen,
dose ,.ai'tielle /u;..:. agerun^ea ¥oc kleineren Verunreinigungen in
den; !^,siseöustt'j-icber wirksam Termieden werden können, und de se
deshslb k$U..(<
ZsTshv des ?®retopfene von Durchgängen in den
/aiiitt „ : τ»-»-, während das Betriebes besteht· Infolgedes-β* ι ' .,.,.., ? die Luftabtrennungsanlagenc bei denen War»
^e ic u ■ τ ff ί ii0t8lipl8tten, insbesondere alt Aluminiumplat-
te-- .. --arWcrule:: weraen, wirksamer, wirtschaftlicher und «uverläs-
l;a;:r. -^.i.-i/. ..'.-.t- Erfindung in Verbindung mit bestimmten Ausfuh-7U-v:.·
:.:v:e:: i>esufcriebeR worden ist, so ist es doch aelbstver
it-■■:■-.". ...-■. :-s:- weitere Modifikationen,:. Inderungea und
» 14. -
η .,'-η-G weiteres gegeben ji.ad. ....r.-\ is as diese
υ.fikaftz.cn■<-.■ \.m Bereich der ϊοΐ^^ηάβη Än-:\ /icae
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.15 -
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Claims (1)
150171(5
Patentansprüche
1. Verfahren zum Auftrennen von Gasgemischen, die Verunreinigungen mit verschiedenen Siedepunkten besitzen, nach einen
Verflüssigungs- und Rektifizierungeverfahren, enthaltend
die Schritte, bei denen man das einströmende, komprimierte Gasgemisch in einein reversiblen Wärmeaustauscher durch Anwendung eines abgetrennten Goses als Kühlmittel kühlt und
gleichzeitig dareus kleinere Verunreinigungen entfernt, die
sich unter den Bedingungen des Abtrennungsverfshrens verfestigen, wobei die Verbesserung darin besteht, dass men eine
solche Menge komprimiertes Gasgemisch dem abgetrennten Gas während der Anlaufperiode zufügt, dass der Wärmeaustauscher
während der Anlaufperiode «it im wesentlichen der gleichen Strömungsmenge beschickt wird, wie die normale Strömungsmenge, so dass unerwünschte partielle Ablagerungen;der
kleineren Verunreinigungen im Wärmeaustauscher während der Anlaufperiode vermieden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Menge des komprimierten Gasgemisches dem abgetrennten Gas nach dem Kühlen
und nech einer gewissen Expansion zugefügt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Gasgemisch Luft ist und die Zugabestufe eine Stufe zum Zugeben eines Teiles
der komprimierten und gekühlten Luft durch adiabetische Expansion und eine Stufe zum Zugeben eines Teils der komprimierten und gekühlten Luft durch freie Expansion enthält.
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4. Verfahren nach Anspruch 3, Ί/orin der reversible Wärmeaustauscher aus einem Wärmeaustauscher mit Aluminiumplatten besteht, der mehrere Wärmeaustauecherblöcke enthält, von denen jeder wenigstens 2 Durchgänge für die einströmende Luft und den gasförmigen Stickstoff besitzt und
die Durchgänge alternativ im Hinblick auf die Luft und das
Gas in vorbestimmten Intervallen umgeschaltet werden, ua Abisgerungen der kleineren Verunreinigungen in einem der
Durchgänge durch Sublimation in den gasförmigen Stickstoff bei dem nächsten alternierenden Intervall zu entfernen.
5. Vorrichtung zum Auftrennen von Luft in Sauerstoff und Stickstoff, ηθch einem Verflüssigungs- und Rektifizierungsverfahren, wobei die Vorrichtung enthält einen Kompressor zum Komprimieren einströmender Luft, einen-reversiblen Wärmeaustauscher vom Uetollplattentyp mit mehreren
Wärmesustsuscherblöcken, von denen jeder wenigstens einen
ersten und einon zweiten Durchgang aufweist, die arbeitsfähig parallel geschaltet sind zu den entsprechenden Durchgängen der anderen Blöcke zum Kühlen der durch den.einen
oder den anderen der ersten und zweiten Durchgänge einströmenden komprimierten Luft, durch ein aufgetrenntes Gesprodukt, das durch den anderen Durchgang strömt, Schaltalttel, die arbeitsfähig mit dem reversiblen Wärmeaustauscher
verbunden sind, um die ersten und zweiten Durchgänge alternativ 8uf die einströmende komprimierte Luft und auf das
aufgetrennte Gasprodukt nech einem vorbestimmten Kreislaufschema zu schelten, Verflüssißungs- und Rektifiziemnga-
- 17 -909882/1420 bad
mittel einschliesslich eines dritten Durchganges für die
komprimierte und gekühlte Luft und eines vierten Durchganges für das aufgetrennte Gasprodukt, wobei der dritte
und vierte Durchgang arbeitsfähig mit den Verflüasigungs-
und Rektifizierungsstufen verbunden sind und mit dem reversiblen Wärmeaustauscher, die Verbesserung, dass eine
Umgehungsleitung arbeitsfähig zwischen den Ausgang des Wärmeaustauschers und dem vierten Durchgang zu» Abzweigen
einer Menge an komprimierter Luft in den vierten Durchgang vorgesehen ist, um die tienge an einströmender Luft in dea
Wärmeaustauscher auf im wesentlichen der normalen Strömungsmenge während des Anlaufens der Vorrichtung zu halten.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Umgehungsmittel arbeitsfähig zwischen dem dritten Durchgang und dem vierten Durchgang eingeschaltet sind und ferner Expansionsmittel zum Abzweigen einer solchen Menge der komprimierten, gekühlten Luft von dem dritten Durchgang zu dem vierten Durchgang durch Expansion vorgesehen sind, damit die
während der Anlaufperiode der Vorrichtung in den Wärmeaustauscher einströmende Luft im wesentlichen auf den Wert
der normalen Strömungsmenge gehalten wird.
7. Vorrichtung nech Anspruch 6, bei der auch eine Expansionturbine vorgesehen ist, die arbeitsfähig zwischen der dritten Leitung und den Verflüssigung^- und Rektifizierungemitteln eingebaut ist, wobei die Umgehungsleitung «ine sol-
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BAD ORIGINAL
909882/U20
ehe Fienge der komprimierten und gekühlten Luft abzweigt,
dess sie im wesentlichen gleich iet der Differenz zwischen
der normalen Strömungsmenge und der Menge der einströmenden Luft, die von der Expansionsturbine und den
Verflüssigung- und Rektifizierungsmitteln verarbeitet
v/erden kann, um im' wesentlichen die normale Strömungsmenge der zu dem Wärmeaustauscher einströmenden Luft zu
erhalten.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5» wobei die Umgehungemittel
eine Expansionsturbine enthalten, die arbeitsfähig mit dem dritten Durchgang in Verbindung stehen und wobei
Ventilmittel arbeitsfähig sowohl zwischen der Expansionsturbine und der Verflüesigungs- und Rektiflzierungsstufe
als auch zwischen der Expansionsturbine und dem vierten Durchgang eingeschaltet sind, die eine solche Menge der
expandierten und weiter gekühlten Luft in den vierten Durchgang abzweigen, dass die Menge der in den Wämeeuetauscher
einströmenden Luft bei la wesentlichen der normalen Strömungsmenge gehalten uird.
9· Vorrichtung nach Anspruch 7» wobei die Abzv/eitmittel ein
Ventil zua Expandieren der komprimierten und gekühlten Luft durch freie Expansion enthalten.
10. Vorrichtung nach Anspruch 5» wobei die Vorrichtung auch
Kontrollmittel zum Steuern der Menge an komprimierter
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Luft enthält, die, entsprechend der in den Wärmeaustauscher einströmenden Luft, abgezweigt werden soll.
11. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei automatische bteuermlttel mit den Abzweigmitteln gekoppelt sind und dies·
in Abhängigkeit von der dem Wärmeaustauscher zugeführten
Luftmenge steuern.
12. Verfahren zum Auftrennen eines Gasgemisches, insbesondere
von Luft, die Verunreinigungen mit verschiedenen Siedepunkten enthält, nach einem Verflüssigungs- und Rektifizierungsverfahren, wobei men des einströmende, komprimierte Gasgemisch in einem reversiblen Wärmeaustauscher- alt -Hilfe eines bereits abgetrennten Gases kühlt und glelqhzeitig daraus die sich bei der Abkühlung verfestigenden
Verunreinigungen entfernt, indem der "kalte" und der "warme" Teil des Wärmeaustauschers periodisch umgeschaltet
wird, dadurch gekennzeichnet, dass man während der Anlaufperiode eine solche Menge eines komprimierten und gekühlten Gasgemisches dem abgetrennten Gas zufügt,
dass der Wärmeaustauscher mit wenigstens 80 % der ütröeungsmenge beschickt uird, die er bei normalem Betrieb verarbeitet.
13· Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass man das komprimierte Gasgemisch dem abgetrennten
Gas nach dem Kühlen und einer partiellen Expansion zuführt.
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14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich
net, dass men daa komprimierte und gekühlte Gasgemisch
durch adiabatische Expansion und durch freie Expansion zufügt.
15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch
12 bis 14, enthaltend einen Kompressor zum Komprimieren des einströmenden Gasgemisches, einen reversiblen Meta11-platten-l/ärmeaustauscher mit mehreren Wärmeaustauscherblöcken von denen jeder wenigstens einen ersten und einen
zweiten Durchgang aufweist, die parallel zu den entsprechenden Durchgängen der anderen Blöcke geschaltet sind,
eine Schalteinrichtung, um die ersten und zweiten Durchgänge des reversiblen Wärmeaustauschers alternativ auf
das einströmende komprimierte Gasgemisch und auf daa aufgetrennte Gasprodukt nach einem vorbestimmten Arbeitezyklus zu schalten, einen Verflüssigungs- und Rektifi*ierungsanteil, einen dritten Durchgang für das komprimierte
und gekühlte Gasgemisch und einen vierten Durchgang für das abgetrennte Gasprodukt, wobei der dritte und vierte
Durchgang mit dem Verflüssigunge- und Rektifizierungsfceil und mit dem reversiblen Wärmeaustauscher in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass
sich eine Umgehungsleitung, vorzugsweise alt einen Expansionsventil, zwischen dem Ausgang des Wärmeaustauschers
und dem vierten Durchgang zum Abzweigen eines Teils des komplizierten Gasgemisches in den vierten Durchgang befindet.
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3AD
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16. Vorrichtung nach Anspruch 15» dadurch g e k β η η - ·
zeichnet, dass ouch eine Expansionsturbine zwischen dem dritten Durchgang und dem Verflüasigungs- und
Rektifikationsteil und der Umgehungsleitung vorgesehen ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine üteuereinrichtung
für die abzuzweigende Menge des komprimierten Gas» gemisches in Abhängigkeit von der dem Wärmeaustauscher
zugeführten Gasgemischmenge enthält.
BAD ORIGINAL - 22 -
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