DE1501723A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung gasfoermigen Hochdrucksauerstoffs bei der Tieftemperaturrektifikation von Luft - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung gasfoermigen Hochdrucksauerstoffs bei der Tieftemperaturrektifikation von Luft

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DE1501723A1 DE19661501723 DE1501723A DE1501723A1 DE 1501723 A1 DE1501723 A1 DE 1501723A1 DE 19661501723 DE19661501723 DE 19661501723 DE 1501723 A DE1501723 A DE 1501723A DE 1501723 A1 DE1501723 A1 DE 1501723A1
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Description

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
(H 314) η G^/002
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A» 1
Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung gasförmigen Hochdrucksauerstoffs bei der Tieftemperaturrektifikation von Luft
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung gasförmigen Hochdrucksauerstoffs bei der Tieftemperaturrektifikation von Luft, wobei die Luft in Regeneratoren gekühlt und gereinigt und ä einer Trennsäule zugeführt wird, am Kopf der Trennsäule Stickstoff abgezogen und in den Regeneratoren im Gegenstrom zur Luft angewärmt wird und der flüssige Sauerstoff auf den gewünschten Druck gepumpt und im Gegenstrom zu einem verdichteten Gas verdampft wird. Verfahren zur Erzeugung von gasförmigem
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Hochdrucksauerstoff sind bekannt. So beschreibt beispielsweise das DBP 1 103 363 ein Verfahren, bei dem der flüssige Sauerstoff der Niederdruckstufe eines Zweisäulenapparates entnommen und durch einen Wärmeaustauscher im Gegenstrom zu der Druckstufe entnommener und in Regeneratoren angewärmter Luft gepumpt und erwärmt wird, bevor er die Anlage gasförmig verlässt.
Auch sind Verfahren bekannt, bei denen der Sauerstoff unter Normaldruck gasförmig erzeugt und in Kolbenkompressoren auf den gewünschten Druck verdichtet wird.
Die bekannten Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß sie entweder den Einsatz von teueren Hochdruckkompressoren zur Verdichtung des gasförmigen Sauerstoffs erfordern oder, wie im Falle der Vorrichtung nach der obengenannten deutschen Patentschrift zur direkten oder indirekten Verdampfung und Erwärmung von auf erhöhten Druck gepumpten flüssigem Sauerstoff einen zusätzli- ψ chen Hochdruckkreislauf.
Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch beseitigt, daß die Luft auf einen solchen Druck verdichtet wird, daß sie im Sumpf eines Einsäulenrektifikators 5, bzw. bei Verwendung eines Zweisäulenrektifikators der aus der Luft gewonnene Stickstoff, im Wärmeaustausch zu verdampfendem Sauerstoff verflüssigt wird,
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und daß eine Teilemenge der in den Regeneratoren 1 gereinigten und gekühlten Luft oder ein Teil eines Zerlegungsproduktes im Gegenstrom durch die Regeneratoren 1 hindurchgeschickt, erwärmt und zur Verdampfung des erzeugten Hochdrucksauerstoffs verwendet wird, wobei die Kälteverluste durch arbeitsleistende Entspannung 16 des gewonnenen Stickstoffs gedeckt werden.
Bei diesem neuartigen Verfahren wird eine
Niederdruckluftzerlegung mit einer Hochdruck-Og-Erzeu- " gung kombiniert, ohne daß die zu zerlegende Luft oder der erzeugte Stickstoff auf Hochdruck verdichtet werden muß. Die Entspannung des den Kopf des Einsäulenrektifikators verlassenden Stickstoffe erfolgt vorteilhafter Weise in einer Turbine, die ständig voll beaufschlagt ist. Eine Regelung der Stickstoffaustrittstemperatur an den Regeneratoren läßt sich durch Steuerung des vor dem Rektifikator befindlichen Entspannungsventils für die hinter den Regeneratoren abgezweigte und im Gegenstrom ä durch die Regeneratoren zurückgeführte Teilluftmenge erreichen.
Die Vorteile des Verfahrens lassen sich auch mit einem Zweisäulenapparat erzielen. In diesem Fall wild der aur der Luft gewonnene Stickstoff im Wärmeaustausch zu verdampfendem Sauerstoff verflüssigt. Auch
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besteht die vorteilhafte Möglichkeit, anstelle von in den Regeneratoren gereinigter und gekühlter Luft eine Teilmenge eines Zerlegungsproduktes im Gegenstrom durch die Regeneratoren hindurch zu schicken, auf diese Weise zu erwärmen und zur Verdampfung des erzeugten Hochdrucksaue> stoffs zu verwenden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann grundsätzlich der Druck der zur Erwärmung bzw. Verdampfung und Erwärmung des Sauerstoffs dienen Luft bzw, eines Zerlegungsproduktes unter dem Sauerstoffdruck liegen· Eine zusätzliche Verdichtung des Anwärmgases vor dem Wärmeaustausch mit dem Hochdrucksauerstoff hat sich aber in den Fällen als zweckmäßig erwiesen, in denen die Erwärmung des Sauerstoffs relativ groß sein soll·
Es hat sich ferner zur Einstellung der Sauerstoff menge als günstig erwiesen, hinter der Druckerhöhungspumpe für den Sauerstoff eine Rückführleitung in den Sumpf des Rektifikators vorzusehen.
Die Kälteleistung und damit die Reinheit des Sauerstoffs lassen sich durch die Entspannung des fitickstoffs in der Turbine in bekannter Weise von Hand oder automatisch durch Verstellung der Saugdrossel einer Umgehung oder der Turbinenleitschaufeln steuern. Die Förderleistung der Sauerstoffdruckerhöhungspumpe kann man
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beim Betrieb mit einer schwankenden Luftzufuhr in einfacher Weise über den Sauerstoffflüssigkeitsstand im Rektifikator regeln.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes wird der von dem Kopf des Rektifikators abgenommene Stickstoff vor seiner Entspannung zur Kühlung des Hauptluft- und des Rückluftstromes verwendet. Das neuartige Verfahren läßt sich mit einer g apparativ sehr einfach aufgebauten Anlage durchführen, die in der Zeichnung beispielshalber schematisch dargestellt ist.
Eine Luftmenge von 11 000 NmVh tritt bei einer Temperatur von 3000K und einem Druck von 10 ata in die wechselweise betriebenen Regeneratoren 1 ein und wird in ihnen auf 107,5°K abgekühlt. Dabei frieren HpO und CO2 pus. Hinter dem Regeneratoraustritt wird der gereinigte Luftstrom bei 2 geteilt, wobei der eine Teil durch die Leitung 3 dem Sumpf des Rektifikators 5 zu- "
strömt, während der andere durch die Zweigleitung 4 zur Anwärmung in die Regeneratoren 1 zurückgeführt wird. Im Sumpf des Rektifikators 5 findet zwischen der Luft und dem bereits durch Zerlegung gewonnenen Sauerstoff ein indirekter Wärmeaustausch in der Schlange 6 statt. Danach wird die Luft über das Entspannungsventil 7 auf
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den Säulendruck von 3*3 ata entspannt. Der flüssige Sauerstoff sammelt sich im Säulensumpf, während der Stickstoff über Kopf abgezogen, zur Unterkühlung der Luft in einem Gegenströmer 8 verwendet und durch die Leitung 14 der Entspannungsturbine 16 zugeführt wird. Der Stickstoff tritt in die Turbine l6 mit 105°K unter 3 ata ein und wird auf 1,2 ata entspannt, wobei er sich auf 860K abkühlt. Darauf wird er im Gegenstrom
™ zur abzukühlenden und zu reinigenden Luft durch die Regeneratoren geführt und verlässt diese mit einer Temperatur von 2900K.
Zur Einstellung der Regeneratoreintrittstemperatur des Stickstoffs ist eine Umgehung 17 um die Turbine 16 vorhanden, in der sich ein Ventil 18 befindet. Das kalte Stickstoffgas wird vor seiner Entspannung in einem Gegenströmer I5 zur Kühlung der gereinigten Luft vor deren Einleitung in den Sumpf des Rektifikators 5 verwendet.
Aus dem Sumpf strömt der unter einem Druck von 3,3 ata stehende flüssige Sauerstoff durch die Leitung 19 einer Pumpe 20 zu, die seinen Druck auf vorzugsweise 50 bis 250 ata erhöht. Sein Reinheitsgrad wird durch die regelbare Kälteleistung der Turbine bestimmt. Der Flüssigkeitsstand des Sauerstoffs im Sumpf des Rek-
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tifikators 5 lässt sich durch eine Umgehungsleitung 22 mit einem Ventil 21 variieren. Diese Leitung zweigt auf der Druckseite der Pumpe 20 von der Sauerstoffförderleitung 23 ab und mündet im SHulensumpf. Der hinter der Pumpe 20 unter einem Druck von 50 ata stehende Sauerstoff durchströmt einen mit warmer Luft beschickten Oegenstromwärmeaustauscher 10, in dem sich eine Temperatur von 1020K auf 2760K erhöht. Aus der in die Anlage eingeleiteten Luftmenge von 11 000 Nnr/h ergeben sich somit 1 325 Nnr/h " Hochdrucksauerstoffgas*
Zur Verdampfung des Sauerstoffs im Wärmeaus- ' tauscher 10 werden hinter den Regeneratoren 1 bei 2 aus dem gereinigten Luftstrom 2 58O Nnr/h Luft abgezweigt, im Gegenstrom zu der in die Regeneratoren eintretenden Luft auf 2900K erwärmt und über die Leitung 9 dem Wärmeaustauscher 10 zugeführt. Die unter 9*6 ata stehende Luft kühlt sich im Wärmeaustauscher 10 auf 1O6,4°K ab, verlässt den Wärmeaustauscher 10 durch die Leitung 11 und wird im Sumpf des Rektifikator durch indirekten Wärmeaustausch mit flüssigem Sauerstoff in einer Schlange 12 verflüssigt und auf eine Temperatur von 104,90K gebracht, bevor sie nach weiterer Abkühlung in dem öegenstromwärmeaustauscher 8 durch gasförmigen Stickstoff über das Entspannungsventil 13 in den Rektifikator entspannt wird.
7 Patentansprüche
1 Zeichnung 909826/1066 ·/·

Claims (7)

1501723 Linde Aktiengesellschaft (η 314) . TT*· ■:■-;---- η SG/002 Ke/Ri Patentansprüche
1. Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung gasförmigen Hochdrucksauerstoffs bei der Tieftemperaturrektifika-
Λ tion von Luft, wobei die Luft in Regeneratoren gekühlt
. S
ψ und gereinigt und einer Trennsäule zugeführt wird, am Kopf der Trennsäule Stickstoff abgezogen und in den Regeneratoren im Gegenstrom zur Luft angewärmt wird und der flüssige Sauerstoff auf den gewünschten Druck' gepumpt und im Gegenstrom zu einem verdichteten Gas verdampft wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft auf einen solchen Druck verdichtet wird, daß sie im Sumpf eines Einsäulenrektifikators (5) bzw. bei Verwendung eines Zweisäulenrektifikators der aus der Luft gewonnene Stickstoff, im WärmeaustausCh7Zu verdampfendem Sauerstoff verflüssigt wird, und daß eine Teilmenge der in den Regeneratoren (l) gereinigten und gekühlten Luft oder ein Teil eines Zerlegungsproduktes im Gegenstrom durch die Regeneratoren (l) hindurchgeschickt, erwärmt und zur Verdampfung des erzeugten Hochdrucksauerstoffs verwendet wird, wobei die Kälteverluste durch arbeitsleistende Entspannung (16) des gewonnenen Stickstoffs gedeckt werden.
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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des zur Erwärmung bzw. Verdampfung und Erwärmung des Sauerstoffs dienenden Gases niedriger gehalten wird als der Sauerstoffdruck.
J5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Erwärmung bzw. Verdampfung und Erwärmung des Sauerstoffs dienende Gas vor dem Wärmeaustausch (1O) mit dem Sauerstoff komprimiert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis j5j dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des dem Sumpf des Rektifikators (5) entnommenen Sauerstoffs hinter der Druckerhöhungspumpe (20) abgezweigt und in den Rektifikator (5) zurückgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der .Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Kopf des Rektifikators f (5) entnommene Stickstoff vor seiner arbeitsleistenden Entspannung in der Turbine (l6) in einem Gegenstromwärmeaustauscher (8) zur Kühlung der aus den Regeneratoren (l) und aus dem den Drucksauerstoff anwär-" menden Wärmeaustauscher (lO) dem Rektifikator (5) zuströmenden Luftmengen verwendet wird.
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6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit wechselweise mit Luft und Zerlegungsprodukt beaufschlagten Regeneratoren und einer mit diesen über entsprechende Leitungen in Verbindung stehenden Trennsäule, dadurch gekennzeichnet, daß von der Zerlegungsluft führenden Leitung (2) hinter den Regeneratoren (l) eine Leitung (4) abgezweigt, durch die Regeneratoren (l) hindurchgeführt und an den im Gegenstrom von anzuwärmendem Drucksauerstoff durchströmten Wärmeaustauscher (10) angeschlossen ist, daß die Luftaustrittsleitung (ll) des Wärmeaustauschers (lO) über ein Entspannungsventil (lj5) mit dem Rektifikator (5) in Verbindung steht, und daß in die das gasförmige Kopfprodukt abführende Leitung (14) vor deren Eintritt in die Regeneratoren (l) eine Entspannungsturbine (16) geschaltet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die von den Regeneratoren (l) und von dem den Drucksauerstoff anwärmenden Wärmeaustauscher (lO) kommenden, Luft führenden Leitungen (j5, 11) vor deren Mündung in die auf den Druck des Rektifikators (5) entspannenden Ventile (13, 7) ein mit gasförmigem Zerlegungsprodukt beaufschlagter Gegenstromwärmeaustauscher (8) eingebaut ist.
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DE19661501723 1966-01-13 1966-01-13 Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung gasfoermigen Hochdrucksauerstoffs bei der Tieftemperaturrektifikation von Luft Pending DE1501723A1 (de)

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