DE1551588C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Verdampfen eines Fliissiggases - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Verdampfen eines FliissiggasesInfo
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- DE1551588C3 DE1551588C3 DE1967L0057024 DEL0057024A DE1551588C3 DE 1551588 C3 DE1551588 C3 DE 1551588C3 DE 1967L0057024 DE1967L0057024 DE 1967L0057024 DE L0057024 A DEL0057024 A DE L0057024A DE 1551588 C3 DE1551588 C3 DE 1551588C3
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verdampfen eines mit Kohlenwasserstoffen
verunreinigten, explosiblen, sauerstoffreichen Flüssiggases, welches beim Abstellen einer Tieftemperatur-Gasgemisch-Zerlegungsanlage
aus dieser entfernt wird, wobei das Flüssiggas zerstäubt und im Wärmetausch mit einem Wärmeträger verdampft wird.
Flüssiggase können gefahrlos verdampft werden, wenn sie keine Kohlenwasserstoffe enthalten. Bei der
Zerlegung von Gasgemischen jedoch, welche in geringem Maße Beimengungen enthalten, die sich bei
der Rektifikation anreichern und explosionsgefährlich sind, wie z. B. Azetylen, welches sich bei der Zerlegung
atmosphärischer Luft im flüssigen Sauerstoff anreichert, besteht ständig die Gefahr von betriebsstörenden
Explosionen an den Stellen, an denen sich Festausscheidungen der explosiblen Gase ansammeln können.
Beim Abstellen von Tieftemperatur-Gasgemisch-Zerlegungsanlagen, z. B. Luftzerlegungsanlagen, oder einzelnen
Apparateteilen derselben, bleiben in den Apparaten tiefsiedende Flüssigkeiten oder Fest-Flüssig-Suspensionen
zurück, die schnell entfernt, gefahrlos verdampft und deren Dämpfe abgeleitet werden
müssen.
Um die Gefahr des Ausfallens von Azetylen in fester Form zu vermindern, ist es aus der deutschen
Patentschrift 10 70 658 bekannt, kohlenwasserstoffhaltigen flüssigen Sauerstoff zu zerstäuben und in Form von
fein über ein Kupfergazenetz verteilten Tropfen durch Wärmetausch zu verdampfen. Ein solches Verfahren
weist jedoch den Nachteil auf, daß es infolge von Regelstörungen bei der Zufuhr des zu verdampfenden
Flüssiggases oder infolge von Verschmutzung der
ίο Kupfergaze zur Anreicherung von Azetylen im
Verdampfungsraum kommen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das eine schnelle, gefahrlose und
vollständige Verdampfung explosiblen, sauerstoffreichen Flüssiggases ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Wärmeträger eine Mischung aus einem Treibgas
und Luft verwendet wird, wobei durch das Treibgas gleichzeitig die Luft angesaugt und das Flüssiggas
zerstäubt und daraufhin das Flüssiggas in dem sich bildenden Gemisch aus Treibgas, Luft und zerstäubtem
Flüssiggas verdampft wird.
Nach dem Verfahren der Erfindung wird die kinetische Energie eines eine Düse verlassenden
Treibgasstrahles ausgenutzt, um eine begrenzte Menge atmosphärischer Luft anzusaugen und gleichzeitig das
zu verdampfende Flüssiggas zu zerstäuben. Danach wird das zerstäubte Flüssiggas in einem vorbestimmten
Volumenstrom des sich bildenden Aerosols unter Abkühlung des Treibgases und der angesaugten Luft
kontinuierlich verdampft. Zur Erzeugung des Volumenstromes wird das Aerosol durch einen in seiner
seitlichen Ausdehnung begrenzten Raum geführt. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß durch die
Zerstäubung das Flüssiggas schnell und vollständig verdampft und daß sich daher eventuell vorhandene,
beigemengte Kohlenwasserstoffe in dem zu verdampfenden Flüssiggas nicht anreichern können. Die
Enthalpien der mitgerissenen Luft und des Treibgases liefern die zur Verdampfung des Flüssiggases notwendige
Wärme. Erfindungsgemäß erhält das Aerosol in dem Vefdampfungsraum eine hohe Strömungsgeschwindigkeit
und Turbulenz, und der dadurch erreichte gute Wärmeübergang vom Treibgas und der mitgerissenen
Luft an.das zerstäubte Flüssiggas läßt dieses schnell und rückstandlos verdampfen.
Bei der Verdampfung eines sauerstoffreichen Flüssiggases wird durch das Treibgas und die angesaugte Luft
eine Verminderung der Sauerstoffkonzentration des Aerosols erreicht, die sich fortsetzt, wenn das
verdampfte Flüssiggas den Verdampfungsraum verläßt und sich wegen der noch hohen kinetischen Energie des
Strahles der Dämpfe mit der Umgebungsluft intensiv vermischt. Eine Gefährdung der Umgebung des Ortes
der erfindungsgemäßen Flüssiggasverdampfung ist somit ausgeschlossen.
Als Treibgas kann Niederdruckluft verwendet werden. Luft steht kostenlos zur Verfügung und braucht nur
mittels eines Gebläses, das z. B. in Luftzerlegungsanlagen ohnehin vorhanden ist, auf einen höheren Druck
gebracht zu werden. Unter Umständen kann es jedoch von Vorteil sein, als Treibgas überhitzten Wasserdampf
zu verwenden.
Erfindungsgemäß besteht die Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens aus einem Mischrohr, das
an einem Ende zentrisch mit einer Treibgasdüse wesentlich geringeren Querschnitts versehen ist. Etwa
rechtwinklig zum Mischrohr ist mindestens eine
Flüssiggasleitung angeordnet, die sich mit ihrem offenen Ende bis zur Treibgasdüse erstreckt Der seitlich
begrenzte Verdampfungsraum besteht also aus einem Rohr, das an beiden Enden offen ist. Im Rohr stellt sich
eine turbulente Strömung und eine hohe Strömungsgeschwindigkeit des Aerosols ein, weil durch den
Treibgasstrahl eine große Menge atmosphärischer Luft mitgerissen und der Strom beider Gase zusammen
durch das Mischrohr getrieben wird. Die turbulente Strömung im Mischrohr ist in der Lage, die Wärme des
Treibgases und der mitgerissenen Luft schnell an das zerstäubte, kalte Flüssiggas zu übertragen. Die lichte
Weite und die Länge des Mischrohres müssen der Verdampfungsgeschwindigkeit des zerstäubten Flüssiggases
angepaßt sein. Zwischen der Treibgasdüse, die in einem Ende des Mischrohres zentrisch angeordnet ist,
und der Innenwandung dieses Mischrohrendes verbleibt eine so große ringförmige öffnung, daß eine genügende
Menge atmosphärischer Luft in das Mischrohr mitgerissen wird, um das zerstäubte Flüssiggas verdampfen zu
können. Die ringförmige Öffnung ist so groß bemessen, daß die Luftgeschwindigkeit in ihr größer oder gleich
der Mitreißgeschwindigkeit für das zerstäubte Flüssiggas ist. Die angesaugte Luftmenge beträgt ein
Vielfaches der Treibgasmenge, so daß die Enthalpie der angesaugten Luft den größten Teil der Verdampfungswärme des zerstäubten Flüssiggases deckt.
In zweckmäßiger Weise ist das Mischrohr senkrecht aufgestellt und die Treibgasdüse im unteren Ende des
Mischrohres angebracht. Auf diese Weise wird das zerstäubte Flüssiggas in der Aerosolströmung von
unten nach oben durch das Mischrohr getragen. Am oberen Ende des Mischrohres tritt ein trockenes Gas
aus, das in einer größeren Entfernung vom Erdboden gefahrlos in die Luft abgeblasen werden kann. Das
Mischrohr kann jedoch auch waagerecht liegend angeordnet sein, wobei das Rohrende nach oben
umgebogen ist. Im Gegensatz zum senkrecht aufgestellten Mischrohr benötigt das waagerecht liegende mehr
Platz.
Das untere Ende des Mischrohres kann eine Erweiterung, vorzugsweise eine konische, aufweisen.
Die Erweiterung des Mischrohrendes begünstigt erheblich das Ansaugen von atmosphärischer Luft durch den
Treibgasstrahl. Eine konische Erweiterung eines Rohrendes ist fertigungstechnisch leicht herstellbar.
Die durch den Treibgasstrahl angesaugte Menge von atmosphärischer Luft kann noch vergrößert werden,
wenn der obere Teil des Mischrohres mit einem Diffusor und einem anschließenden zylindrischen, weiten Rohr
versehen ist.
Die Treibgasdüse kann sich stetig verjüngen, wobei in der Düsenmündung höchstens Schallgeschwindigkeit
erreicht wird. Die Treibgasdüse kann jedoch auch aus einer Laval-Düse bestehen, die eine Überschallströmung
ermöglicht. Damit ist gewährleistet, daß durch die hohe Treibgasgeschwindigkeit möglichst viel atmosphärische
Luft in das Mischrohr mitgerissen wird und daß das zu zerstäubende Flüssiggas im Mischrohr in einen
feinsten, schnell verdampfenden Nebel verwandelt wird.
Die Leitung zum Einspeisen des zu verdampfenden Flüssiggases in das Mischrohr durchdringt in zweckmäßiger
Weise das untere Ende des Mischrohres an einer Durchtrittsstelle. Die ringförmige öffnung zum Ansaugen
von atmosphärischer Luft zwischen Treibgasdüse und Mischrohr wird dabei fast nicht verengt. Außerdem
läßt sich die Flüssiggasleitung an der Wandung des Mischrohres gut befestigen, z. B. durch Schweißen.
Mit Vorteil erstreckt sich die Flüssiggasleitung bis zu der der Durchtrittsstelle zugewandten Innenwandung
der Düsenmündung. Auf diese Weise wird der die Düsenmündung verlassende Treibgasstrahl von der
Flüssiggasleitung nicht gestört Nachdem sich der Treibgasstrahl nach dem Verlassen der Düse kegelförmig
ausbreitet, ist das Ende der Flüssiggasleitung abgeschrägt, wobei zur Erleichterung des Flüssiggasaustritts
der Abschrägungswinkel größer als der Winkel des Strahlkegels ist. Die kinetische Energie der
Grenzschicht des Gasstrahles wird so über die ganze Weite der Flüssiggasleitung zum Zerstäuben des
Flüssiggases wirksam.
Zwischen der Düsenmündung und dem Ende der Flüssiggasleitung befindet sich ein Abstand, um ein
Verstopfen der Düse durch Eis zu verhindern. Bei Verwendung von atmosphärischer Luft als Treibgas
können durch die Kälte des zu zerstäubenden Flüssiggases Wasserdampf und Kohlendioxid aus der
Luft im Bereich der Treibgasdüse ausfrieren, was durch den wärmedämmenden Abstand zwischen Düsenmündung
und Flüssiggasleitung vermieden wird.
Mit besonderem Vorteil sind um die Treibgasdüse mehrere Flüssiggasleitungen angeordnet. So kann die
kinetische Energie der Grenzschicht des Gasstrahles an seinem ganzen Umfang zum Zerstäuben des Flüssiggases
ausgenutzt werden. Außerdem wird auf diese Weise im Mischrohr ein sehr gleichmäßig verteiltes Gas-Flüssigkeits-Gemisch
erreicht, in dem das zerstäubte Flüssiggas schnell und vollständig verdampft.
Die Erfindung sei an Hand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch eine Verdampfungsvorrichtung, mit der das erfindungsgemäße
Verfahren zum Verdampfen von Flüssiggasen durchgeführt wird. Die Vorrichtung besteht im wesentlichen
aus einem Mischrohr 1, das senkrecht aufgestellt und am oberen und unteren Ende offen ist. Am unteren
Ende ist das Mischrohr 1 zentrisch mit einer Treibgasdüse 2 versehen, deren Düsenmündung 3 eine
wesentlich kleinere Querschnittsfläche aufweist als die lichte Weite des Mischrohres 1, so daß zwischen
Treibgasdüse 2 und Mischrohr 1 eine ringförmige Öffnung 4 gebildet wird. Etwa rechtwinklig zur
Treibgasdüse 2 ist eine Flüssiggasleitung 5 angeordnet, die an einer Durchtrittsstelle 6 das untere Ende des
Mischrohres 1 durchdringt und sich mit ihrem offenen Ende 7 bis zu der der Durchtrittsstelle 6 zugewandten
Innenwandung 8 der Düsenmündung 3 erstreckt.
Die Verdampfung eines Flüssiggases mit dieser Vorrichtung geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß
durch einen die Düsenmündung 3 verlassenden Niederdruckluftstrahl 9 eine begrenzte Menge atmosphärischer
Luft 10 angesaugt, das zu verdampfende Flüssiggas 11 zerstäubt und das zerstäubte Flüssiggas in
einem Aerosol, das sich im Mischrohr 1 bildet, kontinuierlich verdampft wird. Bei 12 verlassen nur
mehr Dämpfe ohne zerstäubte Flüssigkeit das obere Ende des Mischrohres 1.
Um das Ansaugen atmosphärischer Luft 10 durch den Druckluftstrahl 9 zu begünstigen, weist das untere Ende
des Mischrohres 1 eine konische Erweiterung 13 auf. Um dem Druckluftstrahl 9 eine Überschallgeschwindigkeit
zu verleihen, ist die Treibgasdüse 2 als Laval-Düse ausgebildet. Das offene Ende 7 der Flüssiggasleitung 5
ist abgeschrägt, wobei der Abschrägungswinkel größer als der Winkel des Kegels des Druckluftstrahles 9 ist.
Zwischen der Düsenmündung 3 und dem Ende 7 der
Flüssiggasleitung 5 befindet sich ein Abstand 14, um ein Vereisen der Düsenmündung 3 zu verhindern.
Die Wirkungsweise der Erfindung sei an Hand von Zahlenbeispielen verdeutlicht.
Die Versuchsergebnisse beziehen sich auf eine erfindungsgemäße Verdampfungsvorrichtung bei folgenden
Bedingungen:
Mischrohrlänge 5,5 m
Nennweite des Mischrohres 100 mm
konische Erweiterung des unteren Endes des Mischrohres
Umgebungstemperatur +5 bis +100C
Temperatur in der Laval-Düse +25 bis +300C
150Nm3/h Treibluft bei einem Druck von 0,5 atü
konnten ohne Flüssigkeitszerstäubung die 4,2fache Menge atmosphärischer Luft ansaugen und in das
Mischrohr mitreißen. Die Geschwindigkeit der angesaugten Luft im Ringquerschnitt kurz vor der
Flüssiggaszuführung betrug 25 m/sec. Bei gleichzeitiger Flüssiggaszuführung (flüssiger Stickstoff) ist das Gewichtsverhältnis
von angesaugter Luft zu Treibluft auf einen Wert von 3,1 und die Luftgeschwindigkeit im
Ringquerschnitt auf 18 m/sec abgesunken. Das Gewichtsverhältnis der verdampften Flüssiggasmenge zu
Treibluftmenge betrug 2,9. Am oberen Ende des Mischrohres ergab sich eine Strömungsgeschwindigkeit
von 19 m/sec und eine Gasaustrittstemperatur von -130bis-1400C.
ίο 600 Nm3/h Treibluft bei einem Druck von 5,5 atü
konnten ohne Flüssiggaszerstäubung die 3fache Menge atmosphärischer Luft ansaugen und in das Mischrohr
mitreißen. Die Geschwindigkeit der angesaugten Luft im Ringquerschnitt kurz vor der Flüssiggaszuführung
betrug 68 m/sec. Bei gleichzeitiger Flüssiggaszuführung (flüssiger Stickstoff) ist das Gewichtsverhältnis von
angesaugter Luft zu Treibluft auf einen Wert von 2,3 und die Luftgeschwindigkeit im Ringquerschnitt auf
47 m/sec abgesunken. Das Gewichtsverhältnis der verdampften Flüssiggasmenge zu Treibluftmenge betrug
2,5. Am oberen Ende des Mischrohres ergab sich eine Strömungsgeschwindigkeit von 63 m/sec und eine
Gasaustrittstemperatur von -130 bis -1400C.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Verfahren zum Verdampfen eines mit Kohlenwasserstoffen verunreinigten, explosiblen, sauerstoffreichen
Flüssiggases, welches beim Abstellen einer Tieftemperatur-Gasgemisch-Zerlegungsanlage
aus dieser entfernt wird, wobei das Flüssiggas zerstäubt und im Wärmetausch mit einem Wärmeträger
verdampft wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmeträger eine Mischung
aus einem Treibgas und Luft verwendet wird, wobei durch das Treibgas gleichzeitig die Luft angesaugt
und das Flüssiggas zerstäubt und daraufhin das Flüssiggas in dem sich bildenden Gemisch aus
Treibgas, Luft und zerstäubtem Flüssiggas verdampft wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Treibgas Niederdruckluft verwendet
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Treibgas überhitzter Wasserdampf
verwendet wird.
4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem an einem Ende mit einer
Treibgasdüse versehenen Mischrohr, wobei die Treibgasdüse gegenüber dem Mischrohr zentriert
und zwischen Mischrohr und Treibgasdüse eine ringförmige öffnung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß etwa rechtwinklig zur Treibgasdüse (2) und in Abstand zur Düsenmündung (3) mindestens eine Flüssiggasleitung (5) angeordnet ist,
die sich mit ihrem offenen Ende (7) bis zur Treibgasdüse (2) erstreckt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Ende (7) der Flüssiggasleitung (5) abgeschrägt ist.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Flüssiggasleitungen
um die Treibgasdüse (2) angeordnet sind.
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