DE2243996A1 - Vorrichtung und verfahren zur mehrstufigen gasverdichtung - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur mehrstufigen gasverdichtung

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DE2243996A1
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compression
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Desmond Joseph Byrne
David Murphy Weatherly
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D M WEATHERLY CO
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Description

Unser Zeichen: V/ 876
Vorrichtung und Verfahren zur mehrstufigen Gasverdichtung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Gasverdichtung und insbesondere auf eine vielstufige Verdichtung eines ersten Gasstromes mit einer aus einem zweiten Gasstrom gewonnenen Energie.
Durch die Notwendigkeit, eine Gasmenge mit einem den normalen Druck oder den Umgebungsdruck des Gases übersteigenden Druck zu fördern, sind zur Ausführung einer solchen Gasverdichtung bisher zahlreiche Hilfsmittel geschaffen worden, wobei der übliche Radialgasverdichter nur ein Beispiel der bekannten'Gasverdichter ist. Der übliche Radialverdichter hat im allgemeinen ein festes Verdichtungsverhältnis , das durch das Verhältnis des Abgabeoder Auslaßdruckes zu dem Ansaug- oder Einlaßdruck ausgedrückt wird, und es ist erforderlich, zwei oder mehr Verdichterstufen zu verwenden,wenn der Gasdruck auf einen Wert erhöht werden soll, der das Verdichtungsverhältnis des verfügbaren Verdichters übersteigt.
We/Na
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Bei solchen Verhältnissen ist es üblich, die Verdichtung mit zwei oder mehr hintereinandergeschalteten Radialverdichtern auszuführen, so daß das unter Druck stehende, von der ersten Verdichterstufe abgegebene Gas in den Einlaß einer zweiten Verdichterstufe usw. gelangt. Derartige mehrstufige Verdichter werden nach dem Stand der Technik üblicherweise durch einen Antrieb, beispielsweise einen Elektromotor, eine Dampfturbine, eine Heissgasentspannungsturbine oder dgl., angetrieben, wobei jede Verdichterstufe mechanisch mit dem Antrieb und auf diese Weise mit jeder weiteren Verdichterstufe verbunden ist,die entweder mechanisch an eine gemeinsame Antriebswelle oder an eine andere Art von mechanischer. Kupplung beispielsweise ein Getriebe oder dgl., gekuppelt ist.
Ein nach dem Stand der Technik bekannter Gasverdichter ist ein üblicher Turbolader, bei dem eine oder mehrere Radialverdichterstufen oder Radialströmungsräder mechanisch durch eine gemeinsame Antriebswelle angetrieben wird bzw. werden, die durch eine (Turbine oder durch eine die Expansion heißen Gases benutzende Vorrichtung gedreht wird. Derartige Turbolader .werden üblicherweise in Verbindung mit Vergaser- oder Dieselmotoren verwendet, bei denen die in die Ansaugzweigleitung des Motors gelieferte Luft verdichtet wird, wobei die Energie aus den Motorabgasen entnommen wird, die durch den Turbinen- oder Expansionsabschnitt des Turboladers gehen.
Wenn die Forderungen für den Verdichtungsdruck zwei oder mehr Verdichterstufen verlangen, erfolgte die mehrstufige Gasverdichtung bisher üblicherweise mit mecha-
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nisch verbundenen Verdichterstufen, wobei ein einzelner Antrieb zum Antrieb der erforderlichen Anzahl von Verdichterstufen angekuppelt war. Da Jede der Verdichterstufen für einen optimalen Wirkungsgrad eine besondere Betriebsdrehzahl hat, die sich aus den Betriebsparametern der einzelnen Stufe ergibt, war somit die Verwendung eines gemeinsamen Antriebes für alle Verdichterstufen, der einige oder alle Verdichterstufen mit einer Drehzahl antrieb, die anders als die optimale Drehzahl für Jede der Stufen war, für den Gesamtwirkungsgrad des vielstufigen Verdichtersystems von Nachteil. Das bisherigen Bemühungen, diesen Kompromiß in der Betriebsdrehzahl eines durch einen gemeinsamen Antrieb angetriebenen vielstufigen Verdichters zu beseitigen, haben im allgemeinen entweder zu Verdichterrädern, die speziell für die durch den Antrieb bedingte Drehzahl ausgelegt waren, oder zu Antriebsmechanismen mit veränderbarer Drehzahl geführt, die zwischen dem Antrieb und wenigstens einigen der Verdichterstufen zwischengeschaltet waren. Die zusätzlichen Kosten, die Komplexität und weitere Probleme, die derartige Bemühungen begleiteten, haben wesentlich oder vollständig die Vorteile beeinträchtigt, die durch die Optimierung des Wirkungsgrades Jeder Verdichterstufe erzielt wurden.
Demgemäß ist es ein Ziel der Erfiiidung, eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine verbesserte vielstufige Verdichtung zu schaffen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine verbesserte vielstufige Gasverdichtung zu schaffen, bei denen Jede Verdichterstufe unabhängig von allen anderen Verdichterstufen arbeitet.
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Noch ein weiteres Ziel der Erfindung ißt es, eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine Gasverdichtung zu schaffen, bei denen die Verdichtung des Gases in einem ersten Strom durch eine Energie erfolgt, die aus der Expansion des Gases in einem zweiten Strom gewonnen wird.
Ebenfalls ein Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Gasverdichtung zu schaffen, bei denen Jede der verschiedenen Stufen ein unabhängiges Betriebsgleichgewicht in dem gesamten Gasverdichtungssystem annehmen kann.
Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, in der Zeichnung gezeigter Ausführungsbeispiele. In der Zeichnung sind:
Fig. 1 eine scheraatische Darstellung einer Gasverdichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Gasverdichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung und
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Gasverdichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Gemäß der Erfindung wird die vielstufige Gasverdichtung durch die Verwendung von zwei oder mehr hintereinandergeschalteten Stufen von getrennten Gasverdichtern erreicht, von denen keiner mit dem anderen mechanisch ver-
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bunden ist. Jede einzelne Gasverdichterstufe ist durch eine mechanische Verbindung mit einer zugeordneten, einzelnen Gasexpansionsvorrichtung getrennt angetrieben, wobei keine der Expansionsvorrichtungen mechanisch mit irgendeiner anderen Expansions vorrichtung verbunden ist. Die Gasexpansionsvorrichtungen erhalten die Betriebsenergie aus einem Heißgasstrom, der zur Bildung eines Seriengasexpansionsschaltkreises durch alle Gasexpansionsvorrichtungen angeschlossen ist. Dabei befindet sich die erste Expansionsstufe in der Gasexpansionsvorrichtung, die den Gasverdichter in dem Verdichterserienschaltkreis mit dem höchsten Ausgangsdruck antreibt und die anderen Gasexpansionsvorriehtungen sind in gleicher Weise in dem Serienschaltkreis angeordnet, so daß die letzte Expansion des heißen Gases in der Gasexpansionsvorrichtung erfolgt, die den Gasverdichter mit dem niedrigsten Ausgangsdruck in dem Verdichterserienschaltkreis antreibt.
In dem in Pig.i dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein dreistufiges Gasverdichtungssystem dargestellt. Dieses Gasverdichtungssystem hat' eine erste Stufe 10, eine zweite Stufe 20 und eine dritte Stufe 30. Die erste Stufe 10 hat einen Verdichter CT mit einem Verdichtereinlaß 13 und einem Verdichterauslaß 15 und einen Verdichter C'-j. mit einem Einlaß 14 und einem Auslaß 16. Die Einlasse 13 und 14- sind beide an eine Quelle eines zu verdichtenden Gases angeschlossen, wobei diese Quelle in dem Ausführungsbeispiel der Pig.1 die Umgebungsluft ist. Die beiden Auslässe 15 und 16 sind in gleicher Weise parallel geschaltet, so daß die Verdichtung in der ersten Stufe 10 tatsächlich durch zwei parallel geschaltete Verdichter erfolgt. Der Grund für diese An-
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Ordnung ist anschließend beschrieben.
Der Verdichter Cj ist ein Radialverdichter, der ein oder mehrere Verdichterräder haben kann, die sich auf einer Antriebswelle 11 befinden, die ihrerseits durch eine Gasexpansionsvorrichtung Tj angetrieben wird, die eine übliche Expansionsturbine sein kann. In gleicher Weise wird der Verdichter C, durch eine Antriebswelle 12 und eine Gasexpansionsvorrichtung T'j angetrieben. Jede der Kombinationen aus einem Verdichter und einer Expansionsvorrichtung Cj - Tj und C'j - T1»wie auch die weiteren Verdichter-Expansionsvorrichtungsstufen, die in den hier beschriebenen Ausfühningebeispielen verwendet sind, können durch übliche Turbolader gebildet werden, bei denen die Verdichterstufe und die Expansionsvorrichtung oder die Turbinenstufe auf einer einzigen Welle angebracht sind und die sich in einem einzelnen Gesamtgehäuse befinden, das Ein- und Auslässe für die Verdichtungs- und Expansionsabschnitte für den Turbolader hat.
Die durch die beiden Verdichterauslasse 15 und 16 gebildeten parallelen Gasströme, die den Auslaß der ersten Stufe in dem vielstufigen Serienverdichterschaltkreis darstellen, werden zu einem Gasstrom zusammengefaßt, der durch einen Zwischenkühler 17 geht und dann in einen Einlaß 21 eines Verdichters Cjj in der zweiten Stufe gelangt. Die Ausführung und der Betrieb der Zwischenkühler, beispielsweise des Zwischenkühlers 17, sind dem Fachmann bekannt und sie sind im einzelnen hier beschrieben. Der Verdichter Ojj wird durch eine Antriebswelle und durch eine Gasexpansionsvorrichtung Tjj angetrieben.
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Diese aus einem Verdichter und einer Gasexpansionsvorrichtung bestehende Stufe kann, wie dies bereits oben erwähnt wurde, in der Praxis durch einen weiteren Turbolader gebildet werden.
Das zweifach verdichtete Gas aus der zweiten Stufe 20 verläßt dann einen Auslaß 23 des Verdichters Cjy und das Gas strömt durch einen angeschlossenen zweiten Zwischenkühler 24 und gelangt dann in einen Einlaß 31 eines Verdichters Cyyy der dritten Stufe 30. Der Verdichter Cjy-r wird durch eine Antriebswelle 32 angetrieben, die mit einer Gasexpansionsvorrichtung Tjyj gekuppelt ist. Diese aus einem Verdichter und einer Gasexpansionsvorrichtung bestehende Stufe kann ebenfalls durch einen üblichen Turbolader gebildet werden. Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß das in ]?ig.1 dargestellte Ausführungsbeispiel einen dreistufigen Seriengasverdichterschaltkreis mit einer Niederdruckstufe 10, einer Mitteldruckstufe 20 und einer Hochdruckstufe 30 hat.
Die an einem Auslaß 33 des Verdichters Cjjy verfügbare, unter hohem Druck stehende Luft, wird in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel als Prozeßluft für den Betrieb eines Prozesses verwendet, der bei 40 angegeben ist und der eine wesentliche Menge eines heißen Abgases erzeugt, das an einem Auslaß 41 des Prozesses ver fügbar ist. Ein ausführliches Beispiel eines derartigen Prozesses ist später beschrieben. Das durch den Prozess 40 erzeugte Abgas ist an einen Einlaß 42 der Turbine der dritten Stufe angeschlossen, um dadurch die Energie zum Antrieb des Hochdruckverdichters Cjjj zu erzeugen.
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Das Gas, das aus dem Auslaß 43 der Gasexpansionsvorrichtung TjJ1 austritt, wird zu einem Einlaß 44 der Gasexpansionsvorrichtung Tjj der zweiten Stufe geleitet, um die zum Antrieb der zweiten Stufe oder des Mitteldruckverdichters erforderliche Kraft zu erzeugen. Bas aus einem Auslaß 45 der Gasexpansionsvorrichtung Tjj austretende heiße Gas wird anschließend in einer Parallelschaltung zu Einlassen 46 und 47 der Gasexpansionsvorrichtungen Tj bzw. T'j der ersten Stufe geleitet. Das aus Auslassen 48 und 49 der zwei parallel geschalteten Gasexpansionsvorrichtungen der ersten Stufe austretende Gas kann durch einen Wärmetauscher 50 geleitet werden, der zur Extraktion der in dem Gas verbliebenden Wärme dient. Bann geht das Gas zu einem Auspuff.
Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die drei Stufen der Gasexpansion in einem Serienschaltkreis an die Lieferquelle für das Abgas angeschlossen sind, das diese Expansionsvorrichtungen antreibt. Bie höchste Druckstufe in dem Seriengasverdichterschaltkreis wird durch die Expansionsvorrichtung angetrieben, die mit Gas versorgt wird, das die höchste verfügbar« Energie hat, das bedeutet, mit Gas, das die höchste Temperatur und/oder den höchsten Druck hat. Somit wird der vielstufige Serienverdichterschaltkreis, der von der Niederdruckstufe 10, die ümgebungsluft für eine erste Verdichtung erhält, über die Mitteldruckstufe 20 bis zu der Hochdruckstufe 30 durch einzelne.. Gas expansions vorrichtungen angetrieben, die in einem Serienscn&Xtkreis geschaltet sind, bei dem die erste Expansion itte verfügbaren Abgases die Energie für die HochdruQkverdichterstufe 30, die nächste Expansion des Abgases die Energie
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für die Mitteldruckverdichterstufe 20 und die letzte Expansion des Abgases die Energie für die Niederdruckverdichterstufe 10 liefert. Diese Anordnung einer vielstufigen Verdichtung in getrennten Stufen, die durch getrennte entsprechende Vielfachstufen einer Energiegewinnung durch eine Expansion eines Heißgasstromes angetrieben werden, wobei der Serienschaltkreis der Gasexpansion von der hohen Energiestufe zu der niedrigen Energiestufe in umgekehrter Richtung zu dem Strom des Serienschaltkreises der Gasverdichtung von niedrigem Druck zu hohem Druck geht, ermöglicht, daß jede Verdichterstufe mechanisch unabhängig von den anderen Verdichterstufen ist, und sie ermöglicht ein Energiegleichgewicht, das zwischen allen Stufen aufrechterhalten wird, wenn für den Expansionsserienschaltkreis eine entsprechende Gaszufuhrquelle' verfügbar ist.
Ein typisches Beispiel einer Luftverdichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig.i gibt es bei der Herstellung von Salpetersäure, die als ein Beispiel für einen Prozeß 4-0 betrachtet werden kann. Bei einer Anlage, die zur Erzeugung von ca.200t (220 US-tons) Salpetersäure pro Tag ausgelegt ist, werden ca.20 .600 SCi1M Prozeßluft mit einem Druck von beispielsweise nicht weniger als ca.9i5kp/cm (120psig) und einer Temperatur von ca.1320C (2700F) benötigt. Das bei dieser Herstellung von Salpetersäure sich ergebende Abgas hat eine Menge von ca.34 000 kg/h (74 800 pounds/h) und es besteht im wesentlichen aus Stickstoff und steht mit einem Druck von ca.7,7 kp/cm (95 psig) und einer Temperatur von ca.6500C (1 2000J1) zur Verfügung. Durch die Verwendung von drei unabhängigen in Serie geschalteten Verdichterstufen, wie dies oben beschrieben ist, kann
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die Umgebungsluft auf den erforderlichen Brück verdichtet werden und die Temperaturbedingungen können mit der Zwischenkühlung zwischen den Stufen eingehalten werden« Das Volumen der in diesem Beispiel erforderlichen luft erfordert die Verwendung von zwei parallel geschalteten Verdichtern in der ersten Verdichterstufe um am Markt verfügbare Turbogebläse einsetzen zu können, die an Stelle eines teuereren, speziell für das erforderliche Luftvolumen ausgelegten einzelnen Verdichteis verwendet werden können. Die gesamte erforderliche Energie für die dreistufige Verdichtung der Umgebungsluft zur Erzeugung der Prozeßluft für den Salpeterherstellprozeß wird durch Energieentzug aus dem verfügbaren Abgas durch die dreistufige Expansion dieses Gases in den Expansionsvorrichtungen Tj11, Tj1 und in den parallel geschalteten Expansionsvorrichtungen Tj und T'-j- gewonnen .
Bei einem spezielleren Beispiel einer durch eine Expansion des Gases aus dem oben beschriebenen Salpetersäureherstellprozesses erzeugte Gasverdichtung besteht die erste Verdichterstufe 10 aus einem Turbogebläsepaar, das von der De Laval Turbine Company hergestellt ist und das die Modell Nr. C17-123 trägt. Die zweite Stufe 20 besteht auch aus einem Turbogebläse Modell Nr.C17-123, während die dritte Stufe 30 ein Modell Nr.C13-r-060 der De Laval Turbine Company ist. Die nachfolgenden Parameter zur Verdichtung und Expansion sind einem solchen System entnommen.
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Verdichterdaten
Strom Einlaßdruck Einlaßtemperatur Auslaßdruck Auslaßtemperatur Drehzahl Druckverhältnis Feuchte Barometerdruck Verdichtermodell
(lbs/sec) 1. Stufe
(zwei Einh.)		 14 (25,98) 2, Stufe 1,01 (25,98) 3- Stufe : 1,01 (25,965) 2243996
kg/sec (psia) 11,8 2. (14,6 ) 11, S (30,56) 11, 8 (63,96)
kp/cm2 C *v j 1,0 0. (75) 2, 1 (100) 4, 5 - (100)
0C (psia) 24 1,01 . (31,16) 38 m\ (64,36) . 38 (134,7)
P '
kp/cm		 ( °F ) 2,2 01 \ (235) 4, 5 (268) 9, 5 (268) ,
0C 113 000 130 000 130 600 -
U/min ,134 14 ,106 17 ,106
gr/gr tr. luft »011 2. ,011 2. ,0095
Bar .(14,6) 0, (14,6) 0, (14,6)
7-123 M 23 013-060
Turbinendaten
CD «Ο OO
Strom
Einlaßdruck
Einlaßteaperatur
Auslaßdruck
Auslaßtesrperatur
Drehzahl
TürMnenmcdell
kg/sec (lbs/sec) kp/ca (psia)
0C
U/ain
C °F
kp/ca (psia)
1. Stufe (zwei Einh.)
2. Stufe
3- Stufe
9,4 (20,64) 9,4 (20,64) 9,4 (20,64)
2,2 (31,0) 4,1 (59,0) 13,3 (109,7)
(824) 546 (1018) 650 (1200)
2,2 (31,2) 4,1 (59*1)
440 (82Λ) 548 (1018)
14 000 17 600
C17 015
1,1 (15,08)
(638)
14 000
C17
N1J UJ
Aus der vorstehenden Beschreibung des in Fig.i dargestellten Ausführungsbeispieles.ergibt sich, daß eine Gasverdichtung gemäß der Erfindung nicht auf drei Stufen · der hier beschriebenen Gasverdichtung beschränkt ist, sondern daß allgemein die Erfindung eine Gasverdichtung mit zwei oder mehr unabhängigen Verdichterstufen betrifft, von denen jede unabhängig durch eine getrennte Gasexpansionsvorrichtung angetrieben ist, wobei die Gasexpansionsvorrichtungen in einem Seriengasexpansionsschaltkreis verbunden sind, der von der Expansionsvor- · richtung, der Heißgas-unter hohem Druck zugeführt wird und die zum Antrieb mit der Höchstdruckverdichterstufe verbunden ist, zu der letzten Expansionsvorrichtung in dem Seriengasexpansionsschaltkreis führt, die zum Antrieb mit der Verdichterstufe für den niedrigsten Druck verbunden ist. In gleicher Weise ergibt sich, daß für bestimmte Forderungen des oben beschriebenen Ausführungsbeispieles zwei oder mehr parallel, geschaltete ' Verdichter - Expansionsstufen zur Bildung einer besonderen Verdichterstufe verwendet werden, wobei dies keine Beschränkung der Erfindung sein soll«,
Obwohl das vorstehende Ausführungsbeispiel in Verbindung mit einer Quelle für Prozessluft für einen Prozess beschrieben worden ist, der ausreichend Abgas erzeugt, um die gesamte Energieanforderung für die Luftverdichtung zu decken, kann, eine Abwandlung der Erfindung verwendet werden, um eine Luftverdichtung oder eine Verdichtung anderer Gase zu erzeugen, die in einem Prozess verwendet werden, dessen Abgas nicht ausreicht, die gesamte, für die Verdichtung erforderliche Energie zu erzeugen. In Fig.2 ist ein Serienschaltkreis für eine
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dreistufige Luftverdichtung dargestellt, der auf der Verdichterseite im wesentlichen dein der Fig.1 entspricht und der Prozessluft für einen "bei 60 angegebenen Prozess erzeugt, wobei angenommen wird, daß an einem Auslaß 61 Abgas erzeugt wird, das für die gesamte Energieforderung zum Antrieb der verschiedenen Verdichterstufen nicht ausreicht. Die Enthalpie in dem Expansionsserienschaltkreis kann beispielsweise durch den Anschluß an eine Hilfsquelle für Heißgas ergänzt werden. Die Hilfsquelle ist bei 62 gezeigt und mit einem Anschluß 63 in Strömungsrichtung oberhalb des Einlaßes 44 für die Expansionsvorrichtung Tjj angeordnet. Die Hilfsquelle 62 für zusätzliches Heißgas kann eine beliebige Quelle sein, beispielsweise Abgas von einem anderen Prozess oder Gas von einem Gasgenerator, der besonders zur Ergänzung des Gasstromes in der Serienexpansion vorgesehen ist. Die Hilfsquelle erzeugt Gas mit einer Temperatur und einem Druck, das vergleichbar mit dem aus dem Auslaß 43 der Expansionsvorrichtung Tjjj austretenden Gas ist.
Bei einem weiteren Beispiel zur Ergänzung der Enthalpie des Expansionsserienschaltkreises zum Antrieb der Verdichter geht das aus dem Auslaß 45 der Expasionsvor*- richtung Tjj austretende Gas durch eine Aufheizvorrichtung 64. Die Aufheizvorrichtung 64 hat einen Brenner 65, der von einer entsprechenden Brennstoffquelle versorgt v/ird, um dem Serienexpasionsgasstrom Wärmeenergie zuzusetzen, der zu den Einlassen 46 und 47 der Expansionsvorrichtung Tj und T'j geliefert v/ird.
Obwohl die Erhöhung der in dem Serienexpansionsschaltkreis verfügbaren Energie in Fig.2 so dargestellt ist,
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daß sie "bei zwei von drei Stufen erfolgt, sei bemerkt* daß eine derartige Erhöhung bei nur einer einzigen Stufe oder bei allen Expansionsstufen erforderlich sein kann. Dies hängt von den Energieforderungen ^ euer Verdichterstufe und der Enthalpie des aus dem Prozess 60 abströmenden Abgases ab, um zu ermöglichen, daß alle Stufen des Systems in unabhängiger, ausgeglichener Weise arbeiten können* Darüber hinaus ergibt sich, daß die dargestellte Verwendung von verschiedenen !Techniken zur Erhöhung der Enthalpie des in dem Gasexpansiöns-· sohlatkreis des in Pig»2 dargestellten Ausführungsbeispieles strömenden Gasstromes nur als Beispiel angegeben sind und daß die gleiche Art der Erhöhung, wie der Heißgaszusatz 62,auch verwendet v/erden könnte, um eine Expansions gas erhöhung für die Turbineneinlässe 46 und wie auch für den Turbineneinlaß 44 zu schaffen.
Während die Erfindung bisher in Verbindung mit Arbeitsprozessen beschrieben worden ist, die ein Abgas mit ausreichender Enthalpie zur Deckung eines Teiles oder der gesamten Forderungen für die Gasverdichtung erzeugen, ist die Erfindung, wie dies in dem in Fig.3 dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigt ist, auch verwendbar, wenn für den Expansionsserienschaltkreis Heißgas unabhängig von dem Gasverdichtungsschaltkreis geliefert wird. Der Verdichterschaltkreis in dem Ausführungsbeispiel . der Fig.3 kann beispielsvieise als Teil eines Kühlsystems zur Verdichtung gasförmigen Amoniaks verwendet werden. Die erste Stufe 10 des Aus führ tings-« beispieles der Fig.3 ist nur als eine einzelne Verdichtungs-Expansionseinheit gezeigt, da gemäß der obigen Beschreibung die Verwendung von zwei oder mehr parallel geschalteten Einheiten eine Funktion der Volumenforde-
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rungen des zu verdichtenden Gases ist.
Das den Auslaß des Hochdruckverdichters C-rjj verlassende verdichtete Gas steht als Druckgasquelle für eine Verwertungsvorrichtung zur Verfügung, beispielweise für die nächste Betriebsstufe in einem Kühlsystem. In gleicher Weise wird der Einlaß 42 der ersten Expansionsturbine TjTj mit Heißgas aus einer Heißgasquelle versorgt, die beispielsweise teilweise oder vollständig durch Abgase von irgendeinem Prozess erzeugt wird, der mit dem durch den Verdichtungsserienschaltkreis erzeugten verdichteten Gas keinen Zusammenhang hat. Die Enthalpie des zu den anderen Turbinen Tyj und Tj in dem Serienexpansionsschaltkreis gelieferten Gasstromes kann je nach Erfordernis erhöht werden.
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Claims (3)

  1. (1.)Vorrichtung für die gleichzeitige Verdichtung eines ersten Gasstromes und eine Expansion eines zweiten Gasstromes mit wenigstens einem Paar von getrennten Verdichter-Expansionsvorrichtungen, von denen jede einen Verdichterteil zur Aufnahme und Verdichtung von Gas in dem ersten Gasstrom und einen Expasionsteil hat, der zum Betrieb mit dem Verdichterteü ge-.kuppelt ist und Gas in dem zweiten Gasstrom aufnimmt und expandiert, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß des Verdichterteils der ersten der Verdichter-Expansionsvorrichtungen zur Aufnahme des ersten Gasstromes dient, daß der Auslaß dieses Verdichterteäls an den Einlaß des Verdichterteils der zweiten der Verdichter-Expansionsvorrichtungen angeschlossen ist und daß der Einlaß der Expansionsvorrichtung der zweiten Verdichter-Expansionsvorrichtung zur Aufnahme des zweiten Gasstromes dient und daß der Auslaß der Expansionsvorrichtung der zweiten Verdichter-Expansionsvorrichtung an den Einlaß der Expansionsvorrichtung der ersten Verdichter-Expansionsvorrichtung angeschlossen ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Verdichter-Expansionsvorrichtungen einen Radialverdichter -hat, der auf einer gemeinsamen Antriebswelle mit einer Expansionsturbine angebracht ist.
    5* Vorrichtung mach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte zum Betrieb der Verdichterteilß er-
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    forderliche Energie aus der Expansion des zweiten Gasstromes gewonnen wird.
    4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Gasstrom zur Luftaufnahme für die Verdichtung angeschlossen ist, daß Mittel die verdichtete Luft des Verdichterteils der zweiten Verdichter-Expansionsvorrichtung zur Versorgung eines Prozesses weiterleiten, der eine erhitzte Gasmenge erzeugt, daß die Menge des erhitzten Gases den zweiten Gasstrom bildet und daß Mittel die erhitzte Gasmenge an den Einlaß des Expansionsteiles der zweiten Verdichter - Expansionsvorrichtung anschließen.
    5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste der Verdichter-Expansionsvorrichtungen wenigstens zwei getrennte Turbogebläse hat, von denen jedes ein Radialverdichter ist, der auf einer gemeinsamen Antriebswelle mit einer korrespondierenden Expansionsturbine angebracht ist, wobei jeder der Radialverdichter der ersten Verdichter-Expansionsvorrichtung Einlasse hat, die zur Aufnahme des ersten Gasstromes parallel geschaltet sind und Auslässe hat, die parallel an den Einlaß des Verdichterteils der zweiten Verdichter-Expansionsvorrichtung angeschlossen sind, und daß jede der Expansionsturbinen der ersten Verdichter-Expansionsvorrichtung Einlasse hat, die parallel an den Auslaß des Expansionsteiles der zweiten Verdichter-Expansionsvorrichtung angeschlossen sind.
    6* Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verdichter-Expansionsvorrichtung aus einem einzelnen Turbogebläse mit einem Radialverdichter
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    besteht, der auf einer gemeinsamen Welle mit einer Expansionsturbine angebracht ist, daß der Radialverdichter des einzelnen Turbogebläses einen Einlaß hat, an den die parallel geschalteten Auslässe der Radialverdichter der ersten Verdichter-Expansionsvorrichtung angeschlossen sind und daß die Expansionsturbine des einzelnen Turbogebläses einen Einlaß hat, der den zweiten Gasstrom aufnimmt und einen Auslaß hat, der an die parallel geschalteten Einlasse der Expansionsturbinen der ersten Verdichter-Expansionsvorrichtung angeschlossen ist.
    7» Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine dritte Verdichter-Expansionsvorrichtung, die aus einem zweiten einzelnen Turbogebläse mit einem Radialverdichter besteht, der auf einer gemeinsamen Welle mit einer Expansionsturbine angebracht ist, wobei der Radialverdichter der dritten Verdichter-Expansionsvorriehtung einen Einlaß hat, der an den Auslaß des Radialverdichters der zweiten Verdichter-Expansionsvorrichtung angeschlossen ist,und einen Auslaß hat, der zur Lieferung der Luft ohne zusätzliche Verdichtung an einen Prozess angeschlossen ist·, der eine Menge eines erhitzten Gases erzeugt4und wobei die Expansionsturbine der dritten Verdichter-Expansionsvorrichtung einen Einlaß hat, der zur Aufnahme der durch den Prozess erzeugten erhitzten Gasmenge angeschlossen ist,und einen Auslaß hat, der an den Einlaß der Expansionsturbine der zweiten Verdichter-Expansionsvorrichtung angeschlossen ist.
    8. Verfahren zur Ausführung einer vielstufigen Verdichtung eines ersten Gasstromes durch Gewinnung der Energie aus einem zweiten Gasstrom, gekennzeichnet
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    durch eine Gasverdichtung des ersten Gasstromes auf ein erstes Druckniveau, durch eine Gasverdichtung von dem ersten Druckniveau des ersten Gasstrom auf ein zweites höheres Druckninveau als das erste Druckniveau, durch eine Gasexpansion des zweiten Gasstrom zur Gewinnung einer ersten Energiemenge aus dem zweiten Gasstrom, durch die Verwendung der ersten giemenge zur Ausführung der Verdichtung des ersten Gasstromes auf das zweite^Druckniveau, durch eine erneute Gasexpansion des zweiten Gasstrom zur Gewinnung einer zweiten Energiemenge aus dem zweiten Gasstrom und durch die Verwendung der zweiten Energiemenge zur Durchführung der Verdichtung des ersten Gasstromes auf das erste Druckniveau.
    9· Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Lieferung des verdichteten Gases des ersten Gasstromes an einen Prozeß, der eine Menge eines erhitzten Gases erzeugt und durch die Zuführung der erhitzten Gasmenge zu dem zweiten Gastrom für die Expansionsstufen.
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