DE214264C

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Publication number: DE214264C
Application number: DE1908214264D
Authority: DE
Priority date: 1909-03-18
Filing date: 1908-11-07
Publication date: 1908-10-09
Also published as: GB190906515A

Description

KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMTPATENT OFFICE

Die Reinigung tiefsiedender .Mischgase, besonders atmosphärischer Luft, von ihren Fremdbeimischungen zwecks ihrer Verflüssigung und Zerlegung bildet einen wunden Punkt der Tief-.The cleaning of low-boiling mixed gases, especially atmospheric air, from their foreign admixtures for their liquefaction and decomposition forms a sore point of the deep.

temperaturindustrie. Namentlich sind die letzten Spuren der Kohlensäure und anderer höher.. siedender Gase wegen ihres Lösungsdrucks^v in der Luft äußerst schwierig auszuscheiden, solange die einzelnen Komponenten der Luft sichtemperature industry. In particular, the last traces of carbonic acid and other higher boiling gases are ^{extremely difficult to separate out because of their solution pressure v} in the air, as long as the individual components of the air are separated

ίο in Gasform befinden. Wenn man auch mit den bekannten chemischen und physikalischen Mitteln eine sehr hohe Reinheit der zu verflüssigenden, tiefsiedenden Gase, namentlich denen, aus welchen die atmosphärische Luft zusammengesetzt ist, erzielt, so daß sich etwa in einem Kubikmeter keine Spur von Kohlensäure usw. nachweisen läßt, so erfolgt doch, infolge des Durchgangs der vielen Hunderte von Kubikmetern Luft durch die Verflüssigungs- und Trennungsapparaturen, in der Tieftemperaturz'one eine genügende Ansammlung von fester Kohlensäure, daß schwere Störungen und Unterbrechungen des Betriebs, wenn auch nicht in Stunden, so doch in Tagen hervorgerufen werden.ίο are in gaseous form. If you also work with the known chemical and physical agents a very high purity of the liquefied, low-boiling gases, especially those of which atmospheric air is composed is achieved, so that about one cubic meter there is no trace of carbonic acid, etc. can be proven, it takes place as a result of the passage of the many hundreds of cubic meters Air through the liquefaction and separation equipment, in the low temperature zone a sufficient accumulation of solid carbonic acid that serious disturbances and interruptions of the operation, if not in hours, at least in days.

Man kannte bisher keine Mittel, um diese An-· Sammlung von fester Kohlensäure in den Apparaturen der Tieftemperaturzone so vollständig auszuschalten, daß Verstopfungen und Betriebsstörungen der Apparaturen bei DauerbetriebUp to now, no means were known to prevent this accumulation of solid carbonic acid in the apparatus switch off the low-temperature zone so completely that blockages and malfunctions of the equipment in continuous operation

vermieden wurden. ■were avoided. ■

Das neue Verfahren zur totalen Abscheidung von Kohlensäure stützt sich auf die Differenz der spezifischen Gewichte flüssiger Luft und gefrorener, höher siedender Mischgase. Da beispielsweise gefrorene Kohlensäure schwerer ist als flüssige Luft, muß sie in flüssiger Luft zu Boden sinken, weil bei der Temperatur der verflüssigten Luft oder deren Komponenten Kohlensäure nicht mehr in gasförmigem Zustand in Lösungsdruck gehen kann. Hiermit ist die physikalische Möglichkeit für die Ausführbarkeit des neuen Verfahrens gegeben. Man kann sehr gut beobachten, daß eine mit Kohlensäure versetzte flüssige Luft, in Dewarsche Flaschen aufbewahrt, sich durch Absetzen vollständig klärt, so daß man die gesamte Kohlensäure als Bodensatz gewinnen kann.The new process for the total separation of carbon dioxide is based on the difference the specific gravity of liquid air and frozen, higher-boiling mixed gases. For example Frozen carbonic acid is heavier than liquid air, it must be in liquid air too Soils sink because at the temperature of the liquefied air or its components carbonic acid can no longer go into solution pressure in a gaseous state. This is the physical possibility for the feasibility of the new procedure. One can very well observe that one was carbonated liquid air, stored in Dewar's bottles, clears completely on settling, so that all of the carbonic acid can be obtained as sediment.

Von dieser Tatsache wird hier zweckmäßig Gebrauch gemacht. Gemäß dem Verfahren werden verdichtete und vorgekühlte, tiefsiedende Mischgase, besonders Luft, vor ihrer Entspannung in ein in der Tieftemperaturzone angeordnetes Absetzgefäß geleitet und hier durch Wärmeentziehung verflüssigt. Diese Vorverflüssigung vor der Entspannung geschieht zweckmäßig dadurch, daß man dieses Absetzgefäß in ein Bad von unter niederem Druck stehender flüssiger Luft oder"" flüssigem "Sauerstoff bringt oder es^: damit berieselt. \.y-. ,';,'■Expedient use is made of this fact here. According to the method, compressed and pre-cooled, low-boiling mixed gases, especially air, are passed into a settling vessel arranged in the low-temperature zone before they are released and liquefied here by removing heat. This preliquefaction before expansion is expediently characterized by bringing this settling vessel in a bath of fluid under low pressure liquid air or "" liquid "or ^oxygen. Sprinkled so \ .y-, ';,' ■.

Hierdurch wird eine sichere Vorverflüssigung,: schon deshalb erzielt, weil die kritische Tem-''.,_;. peratur der Luft schon bei etwa—140⁰ G. liegt, und ihr kritischer Druck bei etwa 40 Atm. Gegen die Temperatur der unter niederem DruckIn this way, reliable pre-liquefaction is achieved: if only because the critical tem- ''., _; . temperature the air, and its critical pressure is about 40 atm already at about 140 ⁰ G.. Against the temperature of the under low pressure

stehenden entspannten flüssigen Luft oder flüssigem Sauerstoff besteht also ein genügend hohes Temperaturgefälle, um gepreßte, noch kohlensäure- usw. haltige Luft, welche unter dem kritischen Druck steht und bis zur kritischen Temperatur abgekühlt ist, durch Kälteübertragung zu verflüssigen.There is enough standing relaxed liquid air or liquid oxygen high temperature gradient, around compressed, still carbonated, etc. air, which is below the critical pressure is and has cooled down to the critical temperature, by cold transfer to liquefy.

Bei diesem intensiven Wärmeentziehungsprozeß wird auch den letzten noch in Lösung befindlicheri gasförmigen Kohlensäurespuren die latente Wärme völlig entzögen. Sie gefrieren und sinken nun langsam zu Boden, wenn man die Vorsicht gebraucht, die Dimensionierung des Absetzgefäßes ausreichend ■ zu bemessen, so daß nicht durch den Abfluß der geklärten φ J und verflüssigten Luft nijjch dem Entspannungsventil störende Wirbel und Durchführungen des Bodensatzes stattfinden. Sind am Boden des Absetzgefäßes Ausblasöffnungen angejipjtt 20 bracht, so kann föhne Störung des sonstigen Betriebs die CO² nach Belieben entfernen oder für weitere technische Zwecke in sehr reinem Zustand gewinnen.During this intensive heat extraction process, the latent heat is completely withdrawn from the last traces of gaseous carbonic acid still in solution. They freeze and then slowly sink to the ground, if one takes the care to dimension the sedimentation vessel sufficiently so that the outflow of the clarified φ J and liquefied air into the expansion valve does not cause disturbing eddies and passages of the sediment. If blow-out openings are attached to the bottom of the sedimentation vessel, the CO ² can be removed at will or obtained in a very pure state for further technical purposes without disrupting other operations.

Zur Ausführung des Verfahrens wird Luft in bekannter Weise durch Kompression und Abkühlung nach beliebigen Kühlmethoden und mit beliebigen Kühlmitteln vorbereitet und dann vor der Druckentlastung einem oder mehreren in der Tieftemperaturzone angeordneten Absetzgefäßen zugeführt. Unter dem Einfluß der von außen _bew.irkteri„B.erieseliings- pHerTo carry out the process, air is prepared in a known manner by compression and cooling according to any cooling method and with any coolant and then fed to one or more settling vessels arranged in the low-temperature zone before the pressure is released. Under the influence of the "B.serieselings-pHer."

^ScEsvemmkühiung mit unter niederem Druck^ ScEsvemmkühiung with under low pressure

stehender flüssiger Xuff^^erTTüsMgem Sauer-standing liquid Xuff ^^ erTTüsMgem Sauer-

'stO"ff""wir'd""die Preßluft im Absetzgefäß flüssig.,'stO "ff" "wir'd" "the compressed air in the settling vessel is liquid.,

iinä~refnlgt"sTcK"ieibst infolge der spezifischen Gewichtsdifferenz von den vorhandenen Kohlensäure- und Feuchtigkeitspartikeln. Am oberen Ende des Absetzgefäßes sind ein oder mehrere Ableitungsrohre anzubringen, welche die nun geklärte, unter Druck verflüssigte Luft in kohlensäurefreiem Zustand dem Entspannungsventil zuleiten. Durch die Entspannung auf^ niederen bis annähernd atmosphärischen Druck wird die~s^Te^usiIgFe"PreßTü"ft"auf —_< 184iinä ~ refnlgt "sTcK" owing to the specific weight difference of the carbonic acid and moisture particles present. At the upper end of the sedimentation vessel, one or more drainage pipes are to be attached, which lead the now clarified, liquefied air under pressure to the expansion valve in a carbonic acid-free state. As a result of the relaxation to ^ low to almost atmospheric pressure, the ~ s ^ Te ^ usiIgFe "PressTü" ft "to - _< 184

bis — 196 ° und mehr herabgekühlt undiSt nun "zü'Kühl- und Berieselungszwecken für die Absetzgefäße verwendungsfähig, um frisch ankommende kohlensäurehaltige Preßluft zu verflüssigen und zu klären. Naturgemäß wird sie hier zum Teil verdampfen und sich in ihre Bestandteile spalten, was ja der Endzweck der gesamten Luftverflüssigung ist. Wenn flüssige Luft fehlt, um den Prozeß einzuleiten, so kann man die Verflüssigung durch Entspannungs- ^_{1 ή}'55 kühlung nach D. R. P. 179132 einleiten und den aus Kohlensäureschnee ""usw.· bestehenden Bodensatz der Absetzgefäße zur intensiven Vorkühlung der Frischluft und zu ihrer Reinigung von Wasserdampf nach den gleichen Verfahren benutzen.Cooled down to - 196 ° and more and is now "for cooling and sprinkling purposes usable for the sedimentation vessels to liquefy and clarify freshly arriving carbonated compressed air. Naturally, it will partly evaporate here and split into its components, which is the end purpose _{If there is no} liquid air to initiate the process, the liquefaction can be initiated by relaxation cooling according to DRP 179132 and the sediment of the sedimentation vessels consisting of carbon dioxide snow "" etc. Use fresh air and to purify it from water vapor using the same procedures.

Die Ausführungsform des Verfahrens kannThe embodiment of the method can

der vielseitigen Anwendbarkeit desselben beliebig angepaßt sein. ■the versatile applicability of the same can be adapted as desired. ■

In Fig. ι ist schematisch eine Kohlensäureausscheidungsvorrichtung zwecks absoluter Reinigung atmosphärischer Luft dargestellt:In Fig. Ι a carbon dioxide separation device is schematically shown for the purpose of absolute purification of atmospheric air:

α ist das Hochdruckzuleitungsrohr der Preßluft, welches in das Absetzgefäß b mündet. Der hier durch Luftverflüssigung abgesetzte Kohlensäureschnee wird von Zeit zu Zeit durch das Auslaßventil c entfernt. Die von ihrem Kohlensäuregehalt befreite flüssige Luft fließt durch das Hochdruckrohr d nach dem Entspannungsventil e, wo sie unter niederen bzw.. atmosphärischen Drück gebracht wird. Hierdurch verliert sie zum Teil ihren flüssigen Aggregatzustand und trennt sich durch die Druckentlastung ganz augenblicklich in gasförmige und flüssige Teile, von denen die gasförmigen, die bei der Lufttrennung aus bekannten Gründen stets stickstoffreicher sind, durch ein passend angeordnetes Auslaßrohr/ abfließen. α is the high pressure feed pipe for the compressed air, which opens into the settling vessel b. The carbon dioxide snow deposited here by liquefaction of the air is removed from time to time through the outlet valve c . The liquid air freed from its carbonic acid content flows through the high pressure pipe d to the expansion valve e, where it is brought under low or atmospheric pressure. As a result, it partially loses its liquid state of aggregation and, as a result of the pressure relief, separates instantly into gaseous and liquid parts, from which the gaseous, which are always richer in nitrogen when air is separated for known reasons, flow out through a suitably arranged outlet pipe.

Die flüssig gebliebenen Bestandteile, die ihrer Natur nach sauerstoffreicher sind, werden zur Spülung oder Berieselung des Absetzgefäßes b benutzt und verflüssigen den neu hinzugetretenen Preßluftinhalt durch Kälteübertragung zwecks weiterer Abscheidung neuer Kohlensäure und sonstiger ausgefrorener Verunreinigungen. The remaining liquid components, which are naturally richer in oxygen, are used to flush or sprinkle the sedimentation vessel b and liquefy the newly added compressed air content by transferring cold for the purpose of further separation of new carbon dioxide and other frozen impurities.

Bei dieser Kälteübertragung wird naturgemäß ein weiterer Teil der Spül- und Rieselflüssigkeit oder diese gesamte Flüssigkeit verdampft, die an beliebigen Stellen des Apparats, sowohl bei dem vorher genannten Ausgangspunkt/als auch bei dem unteren Ausgangspunkt g oder dazwischen liegenden Ausgangspunkten h usw. ■ entfernt werden kann, um Gase verschiedenen Gehalts an Stickstoff, Sauerstoff, Argon und anderer Gase, aus denen die atmosphärische Luft zusammengesetzt ist, zu gewinnen.During this cold transfer, a further part of the rinsing and trickling liquid or all of this liquid is naturally evaporated, which is removed at any point in the apparatus, both at the aforementioned starting point / as well as at the lower starting point g or intermediate starting points h etc. ■ can to extract gases of various contents of nitrogen, oxygen, argon and other gases that make up the atmospheric air.

In Fig. 2 ist dieselbe Anordnung gegeben; nur ist dem Umstand Rechnung getragen, daß das Absetzgefäß, weil es räumlich genügend groß dimensioniert werden muß, naturgemäß eine sehr geringe Kühlfläche hat, so daß die Kälteübertragung sehr lange Zeit gebrauchen würde, um die Preßluft usw. im Absetzgefäß zu verflüssigen.The same arrangement is given in FIG. 2; only the fact is taken into account that the sedimentation vessel, because it is spatially sufficient Must be dimensioned large, naturally has a very small cooling surface, so that the Cold transfer would take a very long time to get the compressed air etc. in the settling vessel to liquefy.

Es ist deshalb vorteilhaft, der frisch ankommenden Preßluft eine größere Kühloberfläche zu geben, was in einfachster Weise dadurch erreicht wird, daß das Gashochdruckzuleitungsrohr a, das Absetzgefäß b in einer Spirale umgibt und erst dann bei i in das Absetzgefäß tritt. Hierbei liegt die Gefahr vor, daß das Preßgas schon innerhalb dieser die Kühloberfläche vergrößernden Spirale flüssig werden und hier Verstopfungen hervorrufen könnte. _t It is therefore advantageous to give the fresh incoming compressed air, a larger cooling surface, which is achieved in einfachster manner in that the high-pressure gas feed pipe a, the settling b surrounds in a spiral and only then occurs when i in the settler vessel. In this case, there is the risk that the compressed gas will already become liquid within this spiral which enlarges the cooling surface and could cause blockages here. _t

Diese Gefahr wird vermieden, wenn man die Durchgangsgeschwindigkeit des Preßgases und den Zuleitungsdruck derariig.regelt, daß die inThis risk is avoided if the rate of passage of the press gas and regulates the supply pressure in such a way that the in

der Spirale fließende Luft nur so weit vorgekühlt wird, daß sie tatsächlich erst in dem Absetzgefäß flüssig werden kann.The air flowing in the spiral is only precooled to such an extent that it actually only enters the sedimentation vessel can become liquid.

Diese Regelung der Durchgahgsgeschwindigkeit und des Wärmevorrats bewirkt man in einfachster Weise durch angemessene Regulierung des Entspannungsventils und die damit verbundene Verringerung der Spannung der Preßluft, deren Wärmevorrat im umgekehrtenThis regulation of the passage speed and the heat supply is effected in the simplest way by appropriate regulation of the expansion valve and the associated reduction in the tension of the Compressed air, whose heat supply is reversed

ίο Verhältnis zu der ihr vom Kompressor erteilten Spannung steht. 'ίο ratio to that given to her by the compressor There is tension. '

Die bei e abzuscheidende gefrorene Kohlensäure ist das gegebene Vorkühlmaterial für frisch angesaugte oder gedrückte Luft, deren Wasserdampfspuren hiermit in ähnlicher Weise entfernt werden können wie die Kohlensäure-. spuren aus der flüssigen Luft.The frozen carbon dioxide to be deposited at e is the given pre-cooling material for freshly sucked in or compressed air, the traces of water vapor of which can be removed in a similar way as the carbon dioxide. traces from the liquid air.

Zu diesem Zweck wird der Kohlensäureschnee durch den in b herrschenden Überdruck in einen Vorkühler oder Gegenstromapparat geleitet, der für die Vorkühlung frischer Luft in beliebiger Weise Verwendung findet.For this purpose, the carbon dioxide snow is passed through the overpressure prevailing in b into a pre-cooler or countercurrent device, which can be used in any way for pre-cooling fresh air.

Die Apparatur kann in ähnlicher Weise ausgeführt werden, wie' Fig. ι und 2 zeigen.The apparatus can be carried out in a similar manner, as' Fig. Ι and 2 show.

In diesem Fall würde der Behälter b das Absetzgefäß für den erstarrten Wasserdampf bilden und je nach Bedarf die wiederverdampfenden, abziehenden Kohlensäuregase in einem Gegenstrom- oder Wärmetauschapparat zu Vor- oder Rückkühlzwecken Verwendung finden.In this case, the container b would form the settling vessel for the solidified water vapor and, depending on requirements, the re-evaporating, withdrawing carbonic acid gases would be used in a countercurrent or heat exchange apparatus for pre-cooling or recooling purposes.

Claims

Patent-to sayings:

i. Process for the elimination of gaseous impurities in low-boiling mixed gases, the traces of which cannot otherwise be completely removed due to the pressure of the solution, especially carbonic acid from atmospheric air, characterized in that the air, etc., is liquefied before relaxation and the higher-boiling gaseous ones in the low temperature created by this Impurities freezes out, so that these are due to their higher specific Let the weight precipitate in the liquefied mixed gas.

2. A method for removing gaseous contaminants according to claim 1, characterized characterized in that the liquefaction of the pre-cooled air before it relaxes by turning them into an in the

s Abselz-

vessel and this is a bath or a flushing relaxed or pressure-relieved, exposing liquefied, low-boiling gases.

3. Device for carrying out the method to ι and 2, characterized by the Connection of a sedimentation vessel in the high pressure line of gas liquefaction and separation apparatus in the cryogenic zone, such that it can be through the means Relaxation of pressed or liquefied, low-boiling gases developed, deep tempered liquid can be flushed or sprinkled with.

4. Apparatus according to claim 1 to 3, characterized in that for the purpose of enlargement of the cooling surface of the sedimentation vessel, the high-pressure pipe surrounds it in a spiral.

5. Embodiment of the devices according to claim 3 and 4, characterized in that that the sedimentation vessel is provided with drains to the collected, frozen carbonic acid for pre-cooling the to use warm fresh gas to remove traces of water vapor.

1 sheet of drawings. ^