DE1501727A1

DE1501727A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Gasgemischen

Info

Publication number: DE1501727A1
Application number: DE19661501727
Authority: DE
Inventors: Becker Dipl-Ing Rudolf
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1966-03-31
Filing date: 1966-03-31
Publication date: 1969-10-30
Also published as: GB1124546A; US3518839A; FR1513117A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Gasgemischen, insbesondere von Luft, die in umschaltbaren Wärmeaustauschern gekühlt und gereinigt werden, wobei ein nur teilweise gereinigter Teii des Gasgemisches mindestens einem umschaltbaren Wärmeaustauscher entnommen und zur Ausfrierung von in ihm noch enthaltenen Verunreinigungen im Wärmeaustausch zu kaltem Gasgemisch abgekühlt wird.

Derartige Verfahren sind bekannt. Durch die Entnahme eines Teils des zu zerlegenden Gasgemisches an einer Zwischenstelle eines umschaltbaren Wärmeaustauschers werden kleine Temperaturdifferensen am kalten Ende des Wärmeaustauschers erreicht und damit während

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der Kaltperiode die Wieder verdampfung der in der Warmperiode ausgeschiedenen Kondensate begünstigt.

Der an einer Zwischenstelle entnommene Teil des zu zerlegenden Gasgemisches wird bei den bekannten Verfahren im Gegenstrom zu schon abgekühltem, gereinigtem Gasgemisch vollends gereinigt, wobei sich die Verunreinigungen in dem GegenstrÖmer ablagern. Lifolgedessen muß der GegenstrÖmer nach einer gewissen Zeit abgeschaltet und gereinigt werden, während ein zweiter, zusätzlich vorhandener GegenstrÖmer die Aufgabe des ersten übernimmt. Die Tatsache, daß bei den bekannten Verfahren zwei GegenstrÖmer dieser Art vorhanden sein müssen, ist aber wegen der relativ hohen Herstellungskosten und des großen Platzbedarfs dieser Apparate ein erheblicher Nachteil.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, W bei dem nur einer der beiden obengenannten GegenstrÖmer benötigt

wird und das damit wesentlich wirtschaftlicher ist als die bekannten Verfahren. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Zufuhr von kaltem, gereinigtem Gasgemisch zum GegenstrÖmer periodisch unterbrochen wird, und die in dem GegenstrÖmer abgelagerten Verunreinigungen während jeder dieser Unterbrechungen mit Hilfe des nur teilweise gereinigten Teils des Gasgemisches verdunstet und nach außen abgeführt werden.

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Bei dem neuartigen Verfahren wird somit ein Teil des nur teilweise gereinigten Gasgemisches kontinuierlich durch den Gegenstromwärmeiustauscher geführt, in dem die Verunreinigungen auegefroren werden. Der im Gegenströmer stattfindende Wärmeaustausch zwischen dem wärmeren, nur teilweise gereinigten Gasgemisch und dem kalten, gereinigten Gasgemisch wird dabei zur Reinigung des Wärmeaustauschers periodisch unterbrochen. Diese Unterbrechungen, die so lange dauern, )is die abgelagerten Verunreinigungen verdunstet und mit dem spülen -ien, teilweise gereinigten Gasgemisch nach außen abgeführt sind, erbrdern jedoch nur eine relativ kurze Zeit und wirken sich deshalb luf eine kontinuierliche Fahrweise der Gesamtanlage kaum aus, zumal lie Betriebszeit des Gegenströmers von Reinigungsperiode zu Reinijungsperiode etwa einen Monat beträgt und damit relativ lang ist. Die hirch Verwendung nur eines einzigen Wärmeaustauschers zum Ausrieren der im teilweise gereinigten Gasgemisch noch vorhandenen Verunreinigungen aufgrund der niedrigeren Anlagekosten erzielten Vor- |

eile haben eine beträchtliche Erhöhung der Wirtschaftlichkeit der becannten Verfahren zur Folge. Allerdings läßt sich der Gegenstromirärmeauetauscher, falls gewünscht, auch für eine kürzere Betriebe- :eit auslegen, so daß die Reinigungsperioden dichter aufeinanderfolgen. \n diesem Fall wird zweckmäßigerweise zur Aufrechterhaltung eines

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kontinuierlichen Betriebs der Anlage ein zweiter, gleichartiger Gegen-Stromwärmeaustauscher vorgesehen, so daß die beiden Wärmeaustauscher wechselweise betrieben werden können.

Die bei der Reinigung des Gegenstromwärmeaustauschers in die Gasphase tibertretenden Stoffe lassen sich in einfacher Weise zusammen mit dem teilweise gereinigten Gasgemisch durch ein Ventil ins Freie ) abblasen. Diese Maßnahme ist besonders dann geeignet, wenn die auegefrorenen Bestandteile, z.B. CO«, an sich wertlos sind und nach dem Abblasen auch keine Gefahr für die Umgebung darstellen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes lassen sich der nur teilweise gereinigte Gasstrom und der abgekühlte, gereinigte Gaestrom nach dem Wärmeaustausch in einer Kammer des Gegenstromwärmeaustauschers mischen. Infolge des beim Mischen eintretenden Verluetee an Bewegungsenergie und des Einstellene einer Mischungetemperatur läßt sich die Abscheidung von Verunreinigungen aus dem zu reinigenden Gas noch erhöhen, und somit ein größerer Reinheitsgrad erzielen.

Vorteilhafterweise wird nicht die ganze Menge des dem Ende der umschaltbaren Wärmeaustauscher entnommenen, gereinigten Gasgemisches

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dem Gegenstromwärmeaustauscher zugeführt, sondern nur ein Teil davon. Der andere Teil wird mit dem gereinigten, wärmeren Gasstrom Dach dessen Austritt aus dem Gegenstromwärmeaustauscher gemischt, worauf die miteinander vermischten Gasströme vor ihrer Entspannung !in den Rektifikator durch einen mit einer wärmespeichernden Masse gefüllten Temperaturausgleichsbehälter geleitet werden. Diese Speicherjmasse kann so beschaffen sein, daß sie Kohlensäure und Kohlenwasser- !stoffe adsorbiert,

Das während der Reinigungsperiode des Gegenstrom Wärmeaustauschers anfallende Spülgas läßt sich, entsprechend agewärmt, z.B. in in den umschaltbaren Wärmeaustauschern befindlichen Anwärmspiralen, als Instrumentenluft verwenden.

Es hat sich ferner als zweckmäßig erwiesen, den teilweise gereinigten Gasstrom um die Rohre des Gegenstromwärmeaustauschers und das abgekühlte, gereinigte Gasgemisch durch die Rohre hindurchzuführen, weil sich die ausgefrorenen Bestandteile einfacher von der Rohrober-

fläche als aus dem Rohrinneren entfernen lassen.

Pes weiteren hat sich bewährt, den Rohrabstand von innen nach außen zu verringern, um den Durchströmungsquerschnitt zwischen den einzel-

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ien Rohrreihen in etwa konstant zu halten und somit zu verhindern, laß aufgrund ungleichmäßiger Beaufschlagung der Rohroberfläche einzelne Abschnitte des Wärmeaustauschers vorzeitig verstopfen.

Veitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind dem in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel einer Tiefemperaturzerlegungsanlage für Luft zu entnehmen.

Die durch den Turboverdichter 1 verdichtete Luft wird in Teilströmen en beiden Regeneratorpaaren 2, 3 und 4, 5 zugeführt. In der gezeigen Schaltperiode strömt die Luft durch die Regeneratoren 2 und Jt* während durch die Regeneratoren 3 und 5 die kalten Zerlegungsprodukte pns der Anlage abgeführt werden. An einer Zwischenstelle 6 bzw. 7 der egeneratoren 4 bzw. 5 werden 2-8% der Gesamtluftmenge bei einer emperatur von 150 - 23O⁰K entnommen und dem Wärmeaustauscher 8 ugeführt, in dem die weitere Ausfrierung der in dem entnommenen Gasstrom noch enthaltenen Verunreinigungen erfolgt. Die in den Regeneratoren 2, 4 auf ca. 85 - HO⁰K abgekühlte und gereinigte Luft wird in zwei

eiche Ströme geteilt, von denen der größere durch die Leitung 9, er die Entspannungsturbine 14 in die Zerlegungssäule und der kleinere die Rohre 10 des Wärmeaustauschers 8 eingespeist werden. Im Wärmeustauscher 8 wird das die Rohre umströmende, teilweise gereinigte

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!as von dem kälteren Reingas in den Rohren abgekühlt, so daß die in im befindlichen Verunreinigungen, insbesondere CO„, ausfrieren und ich auf der Rohroberfläche absetzen. '

>er Abstand zwischen den Rohren 10 ist in der Mitte des Wärmeaus -!Mischers 8 größer als an seinem Umfang, um eine über dem Querchnitt etwa einheitliche Gasgeschwindigkeit zu erzielen.

Ie beiden Gasströme treten nach dem Wärmeaustausch in die Mischammer 11 des Wärmeaustauschers 8 ein, wobei die aus der Zwischenteile 6 des Regenerators 4 abgezweigte Luftmenge durch eine öffnung m unteren Rohrboden des Austauschers strömt. In der Mischkammer rerden die eventuell noch vorhandenen CO„-Reste durch die Verwirbelung er beiden Gasströme und den erfolgenden Temperaturausgleich abgechieden. Im Anschluß daran wird die Luft über die Leitung 23 das Ven-U 21 der Mischkammer 11 entnommen und in den kälteren, durch die .leitung 9 strömenden Luftstrom eingespeist, dann durch die Temperaurausgleichsvorrichtung 13 geführt, in der Turbine 14 arbeiteleistend ntspannt und schließlich der Zerlegungssäule 15 aufgegeben. Die Beheiung des Sumpfes der Säule 15 erfolgt durch eine Schlange, die mit aus ler Leitung 9 abgezweigter Kaltluft beaufschlagt wird, wobei die Abzweiungsstelle noch vor der Mündung der von dem Gegenstromwärmeaus-

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auscher 8 kommenden Leitung liegt. Die Entnahme der Zerlegungspro lukte aus der Säule 15 erfolgt am Fuß durch die Leitung 16, bzw. am Kopf durch die Leitung 17, wobei die Zerlegungsprodukte in bekannter Veise dazu dienen, die Regeneratoren 3, 5 wieder auf Umgebungstem- >eratur zu erwärmen.

[st der Wärmeaustauscher 8 nach einer Laufzeit von etwa einem Monat nit Ausfrierungsbestandteilen, wie CO,, beladen, so wird durch Schließen der Ventile 18 und 21 der Strom von kalter, gereinigter Luft interbrochen und die weiter in den Austauscher durch die Leitung 22 inströmende tfärnraeceleilweise gereinigte Luft zur Verdampfung der bgelagerten Verunreinigungen verwendet. Gleichzeitig wird das Ventil m Wärmeaustauscher geöffnet, so daß die beladene Spülluft durch die Leitung 19 ins Freie strömt.

iach relativ kurzer Zeit ist die Rohroberfläche des Wärmeaustauschers on den Ausfrierungsbestandteilen befreit, so daß das Ventil 20 wieder «schlössen und die vor der Spülung geschlossenen Ventile 18 und 21 xrieder geöffnet werden können. Die Dauer der Reinigungsperiode ist m Vergleich zur Gesamtbetriebszeit des Wärmeaustauschers 8 so kurz, laß der Verlust an zu zerlegender Luft die Energiebilanz der Gesamtuüage nur unwesentlich beeinflußt.

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Claims

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H 66 /023

Patentansprüche

Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Gasgemischen, insbesondere von Luft, die in umschaltbaren Wärmeausauschern gekühlt und gereinigt werden, wobei ein nur teilweise geeinigter Teil des Gasgemisches mindestens einem umschaltbaren Värmeaustauscher entnommen und zur Ausfrierung von in ihm noch !enthaltenen Verunreinigungen im Wärmeaustausch zu kaltem Gasge-

jjnisch abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr von (kaltem, gereinigtem Gasgemisch zum Wärmeaustauscher (8) periodisch

unterbrochen wird, und die in dem Wärmeaustauscher (8) abgelagerten ι
j Verunreinigungen während jeder dieser Unterbrechungen mit Hilfe des

teilweise gereinigten Gasgemisches verdampft und nach außen abge-

(führt werden, |

)J2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der 'Reinigung des Wärmeaustauschers (8) die verdampfenden Verunreinigungen zusammen mit dem teilweise gereinigten Gasgemisch durch eine Leitung (19) ins Freie abgeblasen werden,

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Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Reinigung des Wärmeaustauschers (8) die verdampfenden Verunreinikingen zusammen mit dem teilweise gereinigten Gasgemisch durch line Leitung (19) abgeführt, angewärmt und als Instrumentenluft verwendet werden.

. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichet, daß das teilweise gereinigte, wärmere Gasgemisch und das kältere, er einigte Gasgemisch nach dem Wärmeaustausch im Wärmeaus .uscher (8) in einer Mischkammer (11) verwirbelt werden.

i. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichet, daß das teilweise gereinigte Gasgemisch die die Wärmeaustauschllächen des Wärmeaustauschers (8) bildenden Rohre (10) umspült, wäh-■end das abgekühlte, gereinigte Gasgemisch durch die Rohre (10) hinhirchgeführt wird.

J. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichiet, daß ein Teil des den umschaltbaren Wärmeaustauschern (2, 3, 4, 5) Jntnommenen kalten, gereinigten Gasgemisches dem gereinigten, wärme-•en Gasstrom nach dessen Austritt aus dem Wärmeaustauscher (8) zügenischt wird, und das entstandene Gasgemisch vor seiner Entspannung in ien Rektifikator (15) durch einen mit einer wärmespeichernden Masse Sefüllten Temperaturausgleichsbehälter {13} geleitet wird.

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7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mittels '

der Speicher masse im Temperaturausgleichebehälter (13) auch eine ,

Adsorption der im Gasgemisch vorhandenen Kohlensäure und Kohlen-Wasserstoffe erfolgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichlet, daß der Wärmeaustauscher (8) mit mindestens einem weiteren Wärmeaustauscher (8) in kurzzeitigem Wechsel betrieben wird, derart, daß ler eine Wärmeaustauscher von den aus dem Gasgemisch ausgefroreien Bestandteilen befreit wird, während der andere Wärmeaustauscher Eur Reinigung des Gasgemisches verwendet wird.

Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Anprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das kalte Ende jedes mschaltbaren Wärmeaustauschers sowohl unmittelbar über eine Temeraturausgleichsvorrichtung (13) und eine Entspannungsturbine (14) als uch mittelbar über die Rohre (10) des Wärmeaustauschers (8) mit einer ektifikationssäule (15) in Verbindung steht, wobei je eine Zwischenteile (6, 7) mindestens zweier umschaltbarer Wärmeaustauscher (4, 5) it dem die Rohre (10) des Wärmeaustauschers (8) umgebenden Raum verbunden ist, der zusammen mit den Enden der Rohre (10) in einer Mischkammer (11) des Wärmeaustauschers (8) mündet, die über eine rerschließbare Leitung (19) ins Freie führt, als auch über eine verschließbar e Leitung (23) über die Temperaturausgleichsvorrichtung (13) ind die Entspannungsturbine (14) mit der Rektifikationssäule (15) in Verbindung steht.

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10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Abstand zwischen den Rohren (10) im Wärmeaustauscher (8) vom Umfang des Wärmeaustauschers zur Mitte zu in der Weise vergrößert, daß der zwischen den Rohren vorhandene freie Strömungsquerschnitt über den ganzen Durchmesser des Wärmeaustauschers in etwa konstant ist.

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