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PATENTAMT.PATENT OFFICE.

M 158838 KLASSE Ug. M 158838 CLASS Ug.

fr Ifor I

RENE J. LfiVY und ANDRfi HELBRONNER in PARIS.RENE J. LfiVY and ANDRfi HELBRONNER in PARIS.

der verflüssigten Gemische.of the liquefied mixtures.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 6. November 1902 ab.Patented in the German Empire on November 6, 1902.

Vorliegende Erfindung betrifft die Zerlegung gasförmiger Gemische in ihre Bestandteile und ist ganz besonders für die Zerlegung von atmosphärischer Luft in Sauerstoff und Stickstoff geeignet. Die Erfindung bezweckt, die Trennung der genannten Gase aus der atmosphärischen Luft auf einfache Weise viel vollständiger durchzuführen, als dies bisher möglich war.The present invention relates to the decomposition of gaseous mixtures into their constituent parts and is very special for the decomposition of atmospheric air into oxygen and Suitable for nitrogen. The invention aims to separate said gases from the atmospheric air in a simple manner much more completely than before was possible.

ίο Nach den bisherigen Verfahren von Linde, Pictet, Lesueur und anderen war es nur möglich, Stickstoff mit 7 Prozent Sauerstoff in einem einzigen Fraktionierapparate zu erhalten. Hierdurch entstand nicht nur ein Verlust einer wesentlichen Menge Sauerstoff der behandelten Luft, sondern der erhaltene Stickstoff war wegen seiner Unreinheit kaumίο According to Linde's previous procedures, It was just Pictet, Lesueur and others possible to get nitrogen with 7 percent oxygen in a single fractionator. This resulted in a loss of not only a substantial amount of oxygen from the treated air, but also that which was retained Nitrogen was scarce because of its impurity

. zu verwenden. Diese Übelstände sollen durch das vorliegende Verfahren vermieden werden... to use. The present proceedings are intended to avoid these inconveniences.

. Bei den bekannten Verfahren zur Zerlegung von Luft in ihre Bestandteile wird die Luft verflüssigt und die entstandene flüssige Luft unter Anwendung bekannter Fraktioniermethoden bei atmosphärischem Drucke verdampft. Wie oben bemerkt, kann auf diese Weise die Trennung der Gase nicht vollständig durchgeführt werden, sondern man erhält hierbei stets nur Stickstoff mit etwa 7 Prozent Sauerstoff (s. Linde, Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure Bd. 46, S. 1173 und ff.). Diesen Verfahren gegenüber unterscheidet sich das vorliegende Verfahren dadurch, daß man die Rektifikation der flüssigen Luft in zwei Stadien zerlegt, und zwar wird im ersten Stadium des Prozesses die Fraktionierung unter einem den atmosphärischen Druck übersteigenden Druck vorgenommen, worauf man im zweiten Stadium die durch Fraktionierung erhaltenen Gasgemische durch den ihnen innewohnenden Druck wiederum verflüssigt und die wiederverflüssigten Gasgemische einer erneuten Fraktionierung bei atmosphärischem Druck unterwirft. Durch diese Arbeitsmethode erreicht man nicht nur eine vollständigere Trennung der atmosphärisehen Luft in ihre Bestandteile, sondern man gelangt auch auf einfachere und schnellere Weise zum Ziele, als wenn man sich der bekannten Verfahren bediente und diese mehrere Male nacheinander in gleicher Weise zur Ausführung brächte, wozu man überdies statt eines einzigen Apparates deren mehrerer bedarf. . In the known method for breaking down air into its components, the air liquefied and the resulting liquid air using known fractionation methods evaporated at atmospheric pressure. As noted above, in this way the separation of the gases cannot be complete be carried out, but you always get only nitrogen with about 7 percent oxygen (see Linde, magazine des Association of German Engineers, vol. 46, p. 1173 and ff.). This differs from this process the present process by the fact that the rectification of the liquid Air is broken down into two stages, namely fractionation in the first stage of the process carried out under a pressure exceeding atmospheric pressure, whereupon in the second stage the through Fractionation obtained gas mixtures by their inherent pressure in turn liquefied and the reliquefied gas mixtures in a renewed fractionation subject to atmospheric pressure. Through this working method one not only achieves a more complete separation of atmospheric air into its components, but one also gets to the goal in a simpler and faster way than if you look at the known one Procedure and this would be carried out several times one after the other in the same way, for which one also takes place a single apparatus which requires several.

Um das Wesen der vorliegenden Erfindung in ihren Einzelheiten zu erläutern, soll beispielsweise der Betrieb eines nach den vorbe-. schriebenen Grundsätzen konstruierten Apparates zur Zerlegung von atmosphärischer Luft in Sauerstoff und Stickstoff erklärt werden. Die Vorrichtung ist in der beiliegenden Zeich-In order to explain the essence of the present invention in detail, for example the operation of one after the pre-. written principles of constructed apparatus on the decomposition of atmospheric air into oxygen and nitrogen. The device is shown in the accompanying drawing

(2. Auflage, ausgegeben am 15. Augus(2nd edition, issued August 15

nung schematiscli dargestellt und sind zur Vereinfachung Filter, Kompressoren, Entwässerungsapparate usw., durch welche die in ihre Bestandteile zu zerlegende Luft filtriert, komprimiert und getrocknet wird, in der Zeichnung fortgelassen.Schematiscli shown and are for Simplification of filters, compressors, drainage devices, etc., through which the in its components to be decomposed is filtered, compressed and dried in the air Drawing omitted.

Der Apparat stellt im Vertikalschnitt eine in wirksamer Weise gegen Wärmeaufnahme geschützte Kolonne dar. Diese Kolonne istIn vertical section, the apparatus is an effective way of preventing heat absorption protected column. This column is

ίο durch eine Scheidewand U in zwei Abteilungen geteilt, und jede dieser Abteilungen wird oberhalb und unterhalb der Scheidewand durch Platten D in eine größere Anzahl von Unterabteilungen zerlegt. In der Zeichnung sind beispielsweise zehn solcher Unterabteilungen unterhalb der Scheidewand U und sieben derartiger Unterabteilungen oberhalb der Scheidewand U dargestellt. Der Apparat kann also gleichsam als aus zwei übereinander befindlichen Fraktionierkolonne].! bestehend angesehen werden, von welchen die untere Kolonne stets unter Druck steht, wogegen die obere Kolonne unter atmosphärischem Druck arbeitet.ίο divided into two compartments by a partition U , and each of these compartments is divided into a larger number of sub- compartments above and below the partition by panels D. In the drawing, for example, ten such subdivisions are shown below the partition U and seven such subdivisions above the partition U are shown. The apparatus can, as it were, consist of two fractionating columns one above the other].! of which the lower column is always under pressure, whereas the upper column operates under atmospheric pressure.

In jeder der Platten D, mit Ausnahme der Platten D' und D" befinden sich in der bei Fraktionierapparaten üblichen Weise mit Wasserverschlüssen überdeckte Öffnungen E und Uberlaufrohre F. Die Platte D' ist mit einem Rohrstutzen und einem daran befestigten Schwimmerhahn 6" versehen, um der unter Druck befindlichen Flüssigkeit in Abteilung B den Durchfluß nach Abteilung A zu gestatten, wenn das Niveau der Flüssigkeit in Abteilung A unter die beabsichtigte Höhe sinkt.In each of the plates D, with the exception of the plates D ' and D ", there are openings E and overflow pipes F covered with water closures in the manner customary in fractionating apparatus. The plate D' is provided with a pipe socket and a float tap 6" attached to it allow the pressurized fluid in compartment B to flow to compartment A when the level of the fluid in compartment A falls below the intended level.

In den Abteilungen A und B, welche mit reinem flüssigen Sauerstoff bezw. mit einer sauerstoffreichen Flüssigkeit angefüllt sind, befinden sich Schlangenrohre, die einerseits in die Röhren Q und P und andererseits in Abzweigungen der Röhre C auslaufen. Durch die Röhren P und Q wird getrocknete, kalte und komprimierte Luft in die Sclilangenröhren eingeführt, welche sich in diesen verflüssigt, wobei gleichzeitig ein Teil der in A. und B befindlichen Flüssigkeit verdampft. Die verflüssigte Luft fließt durch das Rohr C nach oben und wird vermittels des Hahnes G und der Röhre K in die in den Abteilungen H und H² befindlichen Schlangenrohre g'eleitet. Aus dem Schlangenrohr der Abteilung H, welche als Gegenstromkühler für die aus dem unteren Teile der Kolonne von Abteilung 8 entweichenden fraktionierten Gasgemische dient, tritt die flüssige Luft durch das Rohrende L auf die Platte der Abteilung 8 und ergießt sich systematisch in sämtliche darunter befindliche Platten. Die in der Abteilung B durch Verdampfung gebildeten Gase streichen in ihrer Wanderung nach oben durch die Flüssigkeiten der verschiedenen Abteilungen 1 bis 8, und es findet auf diese Weise ein Austausch eines Teiles des flüssigen Stickstoffes gegen eine entsprechende Menge Sauerstoff in den Gasen statt. Das Ergebnis dieser aufeinander folgenden Austauschvorgänge ist, daß die Flüssigkeiten, indem sie in der Kolonne herabströmen, stets an Sauerstoff reicher werden, wogegen das nach oben streichende Gas entsprechend reicher an Stickstoff wird.In departments A and B, which bezw with pure liquid oxygen. are filled with an oxygen-rich liquid, there are coiled tubes which run into tubes Q and P on the one hand and in branches of tube C on the other. Dried, cold and compressed air is introduced through the tubes P and Q into the snake tubes, which liquefies in them, with part of the liquid in A and B evaporating at the same time. The liquefied air flows up through the pipe C and is guided by means of the tap G and the pipe K into the coiled pipes located in the compartments H and H ^2. From the coiled pipe of compartment H, which serves as a countercurrent cooler for the fractionated gas mixtures escaping from the lower part of the column of compartment 8, the liquid air passes through the pipe end L onto the plate of compartment 8 and systematically pours into all the plates below. The gases formed by evaporation in compartment B sweep upwards through the liquids in the various compartments 1 to 8, and in this way a part of the liquid nitrogen is exchanged for a corresponding amount of oxygen in the gases. The result of these successive exchanges is that the liquids, as they flow down the column, always become richer in oxygen, whereas the gas flowing upwards becomes correspondingly richer in nitrogen.

In der Abteilung B verdampft mit etwas Sauerstoff der größere Teil des zurückbleibenden Stickstoffes, so daß die durch den Schwimmer 6" in die Abteilung A strömende Flüssigkeit aus sehr hoch konzentriertem Sauerstoff besteht. Diese Flüssigkeit verdampft infolge der bei Q in die Schlange eintretenden Luft, und das entstandene Gas (reiner Sauerstoff) verläßt den Apparat durch die Öffnung O, um von da in den Gegenstromapparat zu strömen und die eintretende Menge Luft in entsprechender Weise zu kühlen. ■ ,^i" "^In compartment B , the greater part of the remaining nitrogen evaporates with some oxygen, so that the liquid flowing through the float 6 "into compartment A consists of very highly concentrated oxygen. This liquid evaporates as a result of the air entering the snake at Q, and the resulting gas (pure oxygen) leaves the apparatus through opening O in order to flow from there into the countercurrent apparatus and cool the incoming amount of air in a corresponding manner. ■, ^ i "" ^

Die von Platte'^©;' ausgehenden stickstoffreichen Gasgemische entweichen, selbstverständlich noch unter Druck stehend, durch den Gegenstromkühler H hindurch bei V in das Rohr T¹, treten in die in H¹ befindliche Schlange ein und treten durch das Rohr T² aus, und zwar in die in Abteilung B¹ befindliche Schlange, wo sie sich verflüssigen, da Abteilung B¹ mit einer sauerstoffreichen kälteren Flüssigkeit angefüllt ist, in welche die Schlange untertaucht. Das andere Ende der Schlange läuft in das Rohr T³ aus, welches r/, die verflüssigten Stickstoff reichen Gase / bei "V L¹ auf die Platte 5' führt. In dem oberen"', Teile der Kolonne, welche unter gewöhn- 10b' lichem atmosphärischen Druck steht, findet in der Weise wie in dem unteren Teile eine Rektifikation statt, d. h. also ein Austausch zwischen den in der Abteilung· B¹ gebildeten und aufwärts strömenden Gasen und der in den Abteilungen 1' bis 5' enthaltenen Flüssigkeit. Eine Folge dieses Austausches ist, daß das Gas, wenn es die oberste Abteilung 5' passiert hat, in welcher die Flüssigkeit etwa 93 Prozent Stickstoff enthält, aus etwa 98 prozentigem Stickstoff besteht, welcher nach Durchstreichen der Gegenstromapparate Ii¹ und H- bei V¹ den Apparat verläßt, um in den Hauptgegenstromkühler zu strömen. Gleichzeitig sammelt sich nahezu der ganze Sauerstoff der Flüssigkeit in der Abteilung B¹ an und die von B¹ nach A¹ übertretende Flüssigkeit ist selbstverständlich an Sauerstoff reicher als Luft. Die Flüssigkeit strömt von B¹ nach A¹ selbsttätig und periodisch, und zwar wird das Fließen durch eine Kombination von Ventilen und Schwimm-The from plate '^ ©;' Outgoing nitrogen-rich gas mixtures escape, of course still under pressure, through the countercurrent cooler H at V into the pipe T ¹ , enter the coil ^{located in H 1} and exit through the pipe T ² into the one in compartment B ¹ located snake, where they liquefy, as compartment B ¹ is filled with an oxygen-rich colder liquid, in which the snake is submerged. The other end of the coil runs out into the tube T ³ , which leads r /, the liquefied nitrogen-rich gases / at "V L ¹ to the plate 5 '. In the upper"', parts of the column, which under usual 10b At atmospheric pressure, a rectification takes place in the same way as in the lower part, ie an exchange between the gases formed in compartment B ¹ and flowing upwards and the liquid contained in compartments 1 'to 5'. A consequence of this exchange is that the gas, when it has passed the uppermost compartment 5 ', in which the liquid contains about 93 percent nitrogen, consists of about 98 percent nitrogen, which after passing through the countercurrent devices Ii ¹ and H- at V ¹ leaves the apparatus to flow into the main countercurrent cooler. At the same time, almost all of the oxygen in the liquid accumulates in compartment B ¹ and the liquid passing from B ¹ to A ¹ is of course richer in oxygen than air. The liquid flows from B ¹ to A ¹ automatically and periodically, and the flow is controlled by a combination of valves and swimming

hähnen XYZ geregelt. Wenn die Flüssigkeit in A¹ ein gewisses Niveau erreicht hat, so schließt der Schwimmer Y die Verbindung von B¹ und A¹ und unterbricht auf diese Weise den Strom der Flüssigkeit nach Abteilung A''. Hierdurch eröffnet der durch den Schwimmer Z betätigte Dreiweghahn eine Verbindung zwischen Ä¹ und dem unter Druck befindlichen unteren Teil der Kolonne. Unter dem Einfluß des nun auf A¹ lastenden Druckes öffnet sich das Ventil X, und die Flüssigkeit aus A¹ fließt durch die Röhre M bei N in diejenige Abteilung (z. B. 5) des unteren Teiles der Kolonne, in welcher die Zusammensetzung der Flüssigkeit die gleiche ist wie die Zusammensetzung der von A¹ kommen Jen Flüssigkeit. Wenn das Niveau der Flüssigkeit in A¹ genügend gefallen ist, so werden durch den Schwimmer Z des Dreiweghahns die Abteilungen B¹ und A¹ in Verbindung gesetzt. Der Druck in A¹ fällt wiederum zum atmosphärischen Druck herab, das Ventil X schließt sich unter dem Drucke von unten, der Schwimmer Y öffnet die Verbindung von B¹ zu A¹ und gestattet der Flüssigkeit wiederum von B¹ nach A¹ zu fließen, so daß das Spiel von neuem beginnen kann.taps XYZ regulated. When the liquid in A ^{1 has reached} a certain level, the float Y closes the connection between B ¹ and A ¹ and in this way interrupts the flow of the liquid to compartment A ''. As a result, the three-way cock actuated by the float Z opens a connection between Ä ¹ and the lower part of the column which is under pressure. Under the influence of the pressure now on A ^1, valve X opens and the liquid from A ¹ flows through tube M at N into that compartment (e.g. 5) of the lower part of the column in which the composition of the Liquid is the same as the composition of the liquid come from A ^1. When the level of the liquid in A ^{1 has} fallen sufficiently, the compartments B ¹ and A ¹ are connected by the float Z of the three-way tap. The pressure in A ¹ drops again to atmospheric pressure, the valve X closes under the pressure from below, the float Y opens the connection from B ¹ to A ¹ and allows the liquid to flow again from B ¹ to A ^{1, so} that the game can begin again.

Zur Inbetriebsetzung des Apparates wirdTo start up the device

durch die Hähne R R^x flüssige Luft eingeführt, und wenn die Abteilungen des Apparates mit flüssiger Luft beschickt sind, wird der Hahn R geschlossen, und dann beginnt der Apparat zu arbeiten, indem man gekühlte und komprimierte Luft in die Schlangen P und Q schickt. Der Hahn T?¹ wird erst geschlossen, wenn die stickstoffreiche Flüssigkeit, welche bei L¹ auf die Platte S' geführt wird, den oberen Teil des Apparates vollgefüllt hat. Um die Verluste an Flüssigkeit, welche durch Unvollkommenheiten der Isolierungen, Gegenstromapparate usw. entstehen, auszugleichen, kann man entweder durch R¹ flüssige Luft, die unabhängig her-, gestellt ist, hinzutreten lassen oder auch den Anfangsdruck der in ihre Bestandteile zu zerlegenden Luft erhöhen.liquid air is introduced through the taps RR ^x , and when the compartments of the apparatus are filled with liquid air, the tap R is closed and then the apparatus begins to work by sending cooled and compressed air into the P and Q coils. The rooster T? ¹ is only closed when the nitrogen-rich liquid, which is fed ^{onto plate S 'at L 1} , has completely filled the upper part of the apparatus. In order to compensate for the loss of liquid caused by imperfections in the insulation, countercurrent devices, etc., you can either add liquid air, which is produced independently, through R ¹ , or you can increase the initial pressure of the air to be broken down into its components .

Die Arbeitsweise des vorliegenden Apparates zeigt also, daß die durch die Schlangen P und Q unter Druck eintretende, zu zerlegende Luft nach ihrer Verflüssigung in dem unteren Teil des Apparates einer Rektifikation unterworfen wird, welche die Scheidung in flüssigen konzentrierten Sauerstoff, der in Abteilung A verdampft und im gasförmigen Zustand durch O entweicht, und in Stickstoff von etwa 93 Prozent N. veranlaßt, der durch die öffnung V aus dem oberen Teile der unteren Rektifikationskolonne austritt. Dieses stickstoffreiche Gas muß noch unter einem solchen Druck stehen, der genügend ist, um eine neue Verflüssigung des Gases in der Schlange Q' der Abteilung B¹.herbeizuführen. Im oberen Teile des Apparates wird sodann eine Rektifikation dieses wiederverflüssigten stickstoffreichen Gases bei atmosphärischem Druck vorgenommen, wodurch einerseits die Bildung von Stickstoff mit 98 Prozent N. und andererseits die Bildung einer Flüssigkeit erfolgt, die fast den ganzen Sauerstoff des wiederverflüssigten Gases enthält. Diese Flüssigkeit wird nach dem unteren Teile der Kolonne geleitet und dort rektifiziert und im oberen Teil der Kolonne dadurch ersetzt, daß man durch das Rohr K eine entsprechende Menge Luft schickt, die in dem unteren Teile des Apparates verflüssigt wurde.The operation of the present apparatus thus shows that the air to be separated entering through the coils P and Q under pressure is subjected to a rectification after its liquefaction in the lower part of the apparatus, which separates it into liquid concentrated oxygen, which evaporates in compartment A. and escapes in the gaseous state through O, and caused in nitrogen of about 93 percent N., which emerges through the opening V from the upper part of the lower rectification column. This nitrogen-rich gas must still be under such a pressure that is sufficient to bring about a new liquefaction of the gas in the queue Q ' of compartment B ¹ . In the upper part of the apparatus, this reliquefied nitrogen-rich gas is then rectified at atmospheric pressure, which on the one hand results in the formation of nitrogen with 98 percent N. and, on the other hand, the formation of a liquid which contains almost all of the oxygen in the reliquefied gas. This liquid is passed to the lower part of the column and rectified there and replaced in the upper part of the column by sending a corresponding amount of air through tube K , which was liquefied in the lower part of the apparatus.

Es ist klar, daß man auf die vorbeschriebene Weise auch ganz reinen Stickstoff (mit 100 Prozent N.) darstellen kann, wenn man die Operationen (Wiederverflüssigung und Rektifikation) wiederholt.It is clear that completely pure nitrogen (with 100 percent N.) can represent if one the operations (reliquefaction and Rectification) repeated.

Es ist auch selbstverständlich, daß man die einzelnen Teile " der zusammengesetzten Kolonne nach Belieben abändern kann. Wesentlich hierbei bleibt jedoch, daß die beiden einzelnen Teile der zusammengesetzten Kolonne durch eine Scheidewand getrennt werden, so daß die Rektifikation in den beiden Teilen der Kolonne unter verschie- go denem Druck vorgenommen werden kann.It goes without saying that the individual parts "of the composite Can change the column at will. What is essential here, however, is that the two individual parts of the composite Column to be separated by a partition, so that the rectification in the can be carried out under different pressures in both parts of the column.

Claims

Patent-An saying:

Process for breaking down difficult-to-condense gaseous mixtures into their constituent parts, in particular air for the production of nitrogen and oxygen by repeated fractional distillation and rectification of the liquefied mixtures, characterized in that all distillations, except the last one, are carried out under pressure for the purpose of the pressure to bring about a reliquefaction of the gaseous distillates, 10 g while rectification of the same takes place by washing with liquids _{that are getting colder and colder.}

1 sheet of drawings.