DE2323941A1 - Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von gasfoermigem sauerstoff - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von gasfoermigem sauerstoff

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oxygen
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Description

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
(H 728) H 73/038
Bh/bd 11.5.1973
Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von gasförmigem Sauerstoff
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von gasförmigem Sauerstoff durch Tieftemperaturrektifikation von Luft in einer Hochdruck- und einer Niederdrucksäule, die über einen Kondensator in Verbindung stehen, aus dem flüssiger Sauerstoff abgezogen wird.
Es sind bereits Luftzerlegungsverfahren bekannt, wobei die zwei Säulen übereinander mit einem dazwischengeschalteten Kondensator zu einer Doppelrektifiziersäule angeordnet sind. Hierbei wird die verdichtete und gegen Zerlegungsprodukte abgekühlte Luft teilweise in den Hochdruckteil und teilweise, nach
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arbeitsleistender Entspannung, in den Niederdrückte11 der Doppelrefctifiziersäule eingespeist. Oberhalb des den Hochdruckteil und den Niederdruckteil verbindenden Kondensators, in dem ständig flüssiger Sauerstoff verdampft, wird gasförmiger Sauerstoff aus dem Niederdruckteil abgezogen und gegen RohIuft auf Umgebungstemperatur angewHrmt.
Der auf diese Weise gewonnene gasförmige Sauerstoff steht mit einem Druck zur Verfügung, der sich aus dem im Niederdruckteil herrschenden Druck abzüglich der Druckverluste in Rohrleitungen, Wärmetauschern etc., ergibt. Bei übliohen Anlagen liegt dieser Abgabedruck bei maximal 1,2 bar. PUr die weitere Verwendung des Sauerstoffs ist allerdings oft ein höherer Druck erwünscht bzw. notwendig, so daß zusätzliche Kompressoren erforderlich sind, die einen hohen Kostenfaktor und Energieverbrauch innerhalb des Gesamtverfahrens darstellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Gewinnung von gasförmigem Sauerstoff der doen beschriebenen Art zu entwickeln, bei dem mit geringen Mitteln der Abgabedruck des gasförmigen Sauerstoffs wesentlich gesteigert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemKß dadurch gelöst, daß der flüssige Sauerstoff mindestens teilweise in einem tiefer als der Kondensator angeordneten Zusatzkondensator verdampft und der nichtverdampfte Teil des flüssigen Sauerstoffs dem Kondensator wieder zugeführt wird.
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Auf diese Weise wird das Gewicht der Flüssigkeitssäule in dem Kondensator und in der Verbindungsleitung zum tiefer angeordneten Zusatzkondensator zur Druckerhöhung des Produktsauerstoffs ausgenutzt, wobei die Drucksteigerung der Höhe der Flüssigkeitssäule, die etwa 5 bis 10 m beträgt, direkt proportional ist.
Ein Vorteil ergibt sich auch dann, wenn der Abgabedruck trotz dieser Steigerung noch zu klein ist, da durch den höheren Abgabedruck das Druckverhältnis und auch das Ansaugvolumen bei eventuell noch notwendigen Produktsauerstoff-Kompressoren kleiner wird. Somit werden sowohl der Energieverbrauch als auch die Kosten für die notwendigen Kompressoren gesenkt. Darüber hinaus können die Strömungswege für den Sauerstoff bei gleichem Druckverlust kleiner ausgelegt werden.
ZweckmäQigerweise wird der nichtverdampfte Teil des flüssigen Sauerstoffs wieder dem Kondensator mit Hilfe einer Pumpe zugeführt. Dazu eignen sich insbesondere eine Kreiselpumpe oder eine Dampfstrahlpumpe, für die als Treibmittel Sauerstoff verwendet wird. Daneben kann aber auch eine Mammutpumpe mit Vorteil Anwendung finden.
Der Anmeldungsgegenstand ist in besonders vorteilhafter Weise derart weitergebildet, daß der flüssige Sauerstoff gegen eine kondensierende Fraktion aus der Hochdrucksäule ver-
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dampft wird, wodurch der Zusatzkondensator in den bisher üblichen Flüssigkeitskreislauf mit einbezogen wird. Die Entnahmestelle für die Fraktion ist hierbei grundsätzlich frei wählbar zwischen Kopf und Sumpf der Hochdrucksäule. Wird die Fraktion im obersten Bereich der Hochdrucksäule, also eine stickstoffreiche Fraktion, abgezogen, so ist es bezüglich einer störungsfreien Sauerstoffverdampfung zweckmäßig, die Sauerstoffpumpe in der Zulaufleitung für den flüssigen Sauerstoff zu dem Zusatzkondensator anzuordnen.
Der Flüssigkeitskreislauf kann in vorteilhafter Weise derart gestaltet sein, daß die kondensierende Fraktion der Niederdrucksäule als Waschflüssigkeit aufgegeben wird. Ebenso besteht aber die Möglichkeit, daß die kondensierende Fraktion der Hochdrucksäule zugeführt wird, um die Vorzerlegung zu begünstigen.
Die Entfernung von Acetylen aus dem flüssigen Sauerstoff erfolgt, bei Verwendung einer Strahl- oder Mammutpumpe, vorteilhafterweise dadurch, daß der flüssige Sauerstoff vor der Verdampfung in einem Adsorber von Acetylen befreit wird. Wird hingegen eine Kreiselpumpe zur Beförderung des flüssigen Sauerstoffs verwendet, so ist es zweckmäßig, wenn der nichtverdampfte flüssige Sauerstoff vor seiner Zuführung in den Kondensator in einem Adsorber von Acetylen befreit wird.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht im wesentlichen aus einer Hochdruck- und einer Niederdruck-
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säule, die über einen Kondensator in Verbindung stehen, wobei der Kondensator Über zwei Rohrleitungen mit dem Verdampfungsraum eines tiefer angeordneten Zusatzkondensators in Verbindung steht. Über die Rohrleitungen wird der flüssige Sauerstoff aus dem Kondensator in den Zusatzkondensator und der nichtverdampfte flüssige Sauerstoff zurück in den Kondensator gefördert.
Der Flüssigkeitskreislauf der Fraktion aus der Hochdrucksäule wird durch eine weitere günstige Ausgestaltung ermöglicht, bei der der Kondensationsraum des Zusatzkondensators mit der Hochdrucksäule und der Niederdrucksäule über Je eine Rohrleitung in Verbindung steht. Die kondensierte Fraktion wird hierbei in die NiederdrucksKule als Waschflüssigkeit aufgegeben.
Soll die kondensierende Fraktion aus der Hochdrucksäule hingegen in diese zurückgeführt werden, so ist es vorteilhaft, wenn der Kondensationsraum des Zusatzkondensators über zwei Rohrleitungen mit der Hochdrucksäule verbunden ist.
Eine zweckmäßige Anordnung zur Entfernung des Acetylene aus dem flüssigen Sauerstoff und zu dessen Förderung besteht darin, daß in der Verbindung zwischen dem Kondensator und dem Verdampfungsraum des Zusatzkondensators ein Adsorber und eine Pumpe angeordnet sind.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den Figuren 1 bis JJ schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert,
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Es zeigen:
Figur 1 ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Druckes des verdampfenden Sauerstoffs vom Druck auf der Kondensationsseite bei verschiedenen Stickstoffkonzentrationen des Kondensats zeigt,
Figur 2 ein Schema des erfindung sgeaäßen Verfahrens mit Einspeisung der kondensierenden Fraktion in die Niederdrucksäule,
Figur 3 ein Schema des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Einspeisung der kondensierenden Fraktion in die Hochdrucksäule.
Das in Figur 1 dargestellte Diagramm zeigt die
Abhängigkeit des Druckes des verdampfenden Sauerstoffs von Druck auf der Kondensationsseite bei verschiedenen Stickstoffkonzentrationen des Kondensats, wobei auf der Abszisse der Druck auf der Seite der Stickstofffraktion und auf der Ordinate der Druck auf der Sauerstoffseite aufgetragen ist. Es wurde eine Temperaturdifferenz von 1,5 ° in Höhe des FlUssigkeitsspiegels auf der Sauerstoffseite angenommen. Wie aus dem Diagramm hervorgeht, nimmt der zur Verdampfung des flüssigen Sauerstoffs notwendige Druck mit steigender Reinheit der aus der Hochdrucksäule entnommenen Stickstofffraktion ab. Beispielsweise stellt sich bei einem Druck von 6 bar in der Hochdrucksäule und bei Entnahme
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einer Stickstofffraktion mit 90 % Stickstoff auf der Verdampfungs· seite des Zusatzkondensators ein Druck von ca. 1,83 bar ein, der durch eine entsprechende Stellung des Zusatzkondensators erreicht wird.
Figur 2 zeigt ein Verfahrensschema mit einer Doppelrektifiziersäule 1 mit einem Hochdruckteil 2 und einem Niederdruckteil 3· Über eine Leitung 4 wird gegen Zerlegungsprodukte abgekühlte, teilweise verflüssigte Luft mit einem Druck von 6,1 bar in den Hochdruckteil 2 eingespeist, aus dessen Sumpf über eine Leitung 5 Sumpfflüsslgkeit abgezogen und in den Miederdruckteil 3* in dem ein Druck von 1,3 bar herrscht, entspannt wird, über eine Leitung 6 wird in den Niederdruckteil 3 ein Teil der Rohluft nach arbeitsleistender Entspannung eingespeist. Am Kopf des Niederdruckteils 3 wird gasförmiger Stickstoff, aus dem Kondensator 7 der Doppelrektifiziersäule 1 flüssiger Sauerstoff mit einem Druck von 1,3 bar über eine Leitung 8 abgezogen.
Der flüssige Sauerstoff in Leitung 8 wird in einem Adsorber 9 von Acetylen befreit und in einem erfindungsgemäß tiefer als der Kondensator 7 der Doppelrektifiziersäule 1 angeordneten Zusatzkondensator 10 gegen eine kondensierende Fraktion, die über eine Leitung 11 aus dem Hochdruckteil 2 entnommen wird, teilweise verdampft. Der verdampfte Flüssig-S uerstoff wird als Produktsauerstoff Über eine Leitung 12 mit einem Druck von ca. 1,6 bar abgegeben, der sich aus dem Druck des Niederdruckteils
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und dem statischen Druck der Flüssigkeitssäule zwischen dem
Kondensator 7 und dem Zusatzkondensator 10 abzüglich der Druckverluste in dem Adsorber 9 und der Rohrleitung 8 zusammensetzt. Der nichtverdampfte Teil wird über eine Leitung 13 mit Hilfe einer Pumpe 14 nahe oberhalb des Kondensators 7 wieder in den Niederdruckteil 3 zurückgeführt. Die kondensierte Fraktion wird über eine Leitung 15 am Kopf des Niederdruckteils 3 als Waschflüssigkeit aufgegeben.
In Figur 3 ist eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, bei der die kondensierende Fraktion nicht in den Niederdruckteil 3* sondern über eine Leitung 16 in den Hochdruckteil 2 zurückgeführt wird. Weiterhin ist der Adsorber 9 hinter der Pumpe 14 angeordnet.
Die Anordnung der Pumpe 14 hinter dem Zusatzkondensator 10 hat allgemein den Vorteil, daß bei Störungen an der Pumpe die Produktion an gasförmigem Sauerstoff nicht beeinträchtigt wird.
Das erfindungsgemäße Vorfahren ist nicht auf die Verwendung einer Doppelrektifiziersäule beschränkt. Es kann mit gleichem Erfolg auch bei nebeneinander angeordneten Trennsäulen durchgeführt werden, wobei der Kondensator, aus dem flüssiger Sauerstoff abgezogen wird, sowohl am Fuß der NiederdrucksKule als auch am Kopf der Hochdrucksäule angeordnet sein kann.
11 Patentansprüche
2 Blatt Zeichnungen
409848/0576

Claims (11)

  1. LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
    H 728) - 9 - H 73/O38
    Eh/bd II.5.I973
    Patentansprüche
    Verfahren zur Gewinnung von gasförmigem Sauerstoff durch Tieftemperaturrefctifikation von Luft in einer Hochdruck- und einer Niederdrucksüjule, die über einen Kondensator in Verbindung stehen, aus dem flüssiger Sauerstoff abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Sauerstoff in einem tiefer als der Kondensator angeordneten Zusatzkondensator verdampft und der nichtverdampfte Teil des flüssigen Sauerstoffs dem Kondensator wieder zugeführt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtverdampfte Teil des flüssigen Sauerstoffs dem Kondensator mit Hilfe einer Pumpe zugeführt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Sauerstoff gegen eine kondensierende Fraktion aus der Hochdrueksäule verdampft wird.
  4. 4. Verfahren naoh Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß die kondensierende Fraktion der Niederdrucksäule als Waschflüssigkeit aufgegeben wird.
    409848/0576
    LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
    - 10 -
  5. 5· Verfahren nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß die kondensierende Fraktion der Hochdrucksäule zugeführt wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Sauerstoff vor der Verdampfung in einem Adsorber von Acetylen befreit wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der nichtverdampfte flüssige Sauerstoff vor seiner Zuführung in den Kondensator in einem Adsorber von Acetylen befreit wird.
  8. 8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Hochdruck- und Niederdrucksäule, die über einen Kondensator in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (7) über zwei Rohrleitungen (8, 13) mit dem Verdampfungsraum eines tiefer angeordneten Zusatzkondensators (10) in Verbindung steht.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensationsraum des Zusatzkondensators (10) mit der Hochdrucksäule (2) und der Niederdrucksäule (3) über je eine Rohrleitung (11, 15) in Verbindung steht.
    409848/0576
    LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
    - 11 -
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensationsraum des Zusatzkondensators (10) über zwei Rohrleitungen (11, 16) mit der Hochdrucksäule verbunden ist.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung zwischen dem Kondensator (7) und dem Verdampfungsraum des Zusatzkondensators (10) ein Adsorber (9) und eine Pumpe (14) angeordnet sind.
    409848/0576
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2920270A1 (de) * 1979-05-17 1980-11-20 Union Carbide Corp Verfahren und vorrichtung zum erzeugen von sauerstoff niedriger reinheit
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