DE2526350A1 - Verfahren und luftzerlegungsanlage - Google Patents

Verfahren und luftzerlegungsanlage

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DE2526350A1 DE19752526350 DE2526350A DE2526350A1 DE 2526350 A1 DE2526350 A1 DE 2526350A1 DE 19752526350 DE19752526350 DE 19752526350 DE 2526350 A DE2526350 A DE 2526350A DE 2526350 A1 DE2526350 A1 DE 2526350A1
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air separation
turbine
column
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Guiseppe Dr Anguzza
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Nuovo Pignone SpA
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Description

DH. ING. F. WIJESTHOFF 8 MÜNCHEN βθ I)R1Rt.PEOHMANN schweigehstkas.se a DR. ING. D. BEHRENS """"' <08β) ββ 80β1
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1A-46 662
Beschreibung
zu der Patentanmeldung
NUOVO PIGNONE S.p.A.,
Florenz/Italien
Verfahren und Luftzerlegungsahlage
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anlage zur Luftzerlegung unter Gewinnung von flüssigem Sauerstoff und/oder Stickstoff mit hoher Ausbeute.
Auf dem einschlägigen Fachgebiet ist es bekannt, die prozentuale Ausbeute an flüssigem Sauerstoff und bzw. oder die äquivalente Menge an Stickstoff in flüssigem Zustand dadurch zu erhöhen, daß man Gebrauch macht von Hilfskühlmittelkreisen mit hohen Prozentsätzen von flüssigen Produkten und bzw. oder selbstverständlich dadurch, daß man den Durchfluß an zu verarbeitender Luft erhöht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, größere Ausbeuten zu erzielen. Dies wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch erreicht, daß der Aufgabe-Arbeitsdruck der zu verarbeitenden Luft gegenüber dem Betriebsdruck der Druckkolonne um einige Atmosphären erhöht ist, vorzugsweise, um 1 bis 3 Atmosphären gegenüber dem Betriebsdruck in der Druckkolonne erhöht ist. Diese geringe Druckerhöhung ermöglicht noch die Verwendung von reversiblen oder Regenerations-Wärmeaustauschern, deren Vorteile dem Fachmann bekannt sind. Eine Luftzerlegungsanlage nach der Erfindung zeichnet sich durch eine Turbine zur arbeitsleistenden Entspannung des erhöhten Drucks der zu verarbeitenden Luft nach deren Abkühlung in wenigstem einem Wärmeaustauscher und vor deren Einleitung in die Druckkolonne der Luftzerlegungssäule aus. Weitere Ausbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 4 bis 6.
509885/0330
1A-46 62^26350
Zur nätaerea Erläuterung der Erfindung sei auf die Zeichnung verwiesen, in der anband von mehreren Figuren verschiedene Durchführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und die zugehörigen Ausführungsformen der Vorrichtung dargestellt sind.
Pig. 1 zeigt schematisch die grundlegende Durcbführungs- bzw. Ausführungsform.
Die I1Lg. 2, 3, 4, 5 und 6 zeigen Varianten des Verfahens und der Vorrichtung nach Fig. 1.
Gemäß Fig. 1 wird die zu verarbeitende Luft dem Wärmeaustauscher 1 zugeführt, worin sie auf eine Temperatur in der Nähe ihres Taupunktes abgekühlt wird. Die auf diese Weise vollständig von Wasser und Kohlendioxid befreite Luft erreicht dann, da das Ventil 2 in diesem Stadium geschlossen ist, den Wärmeaustauscher 3, worin sie durch Wärmeaustausch mit dem aus dem Kompressor 9 kommenden Stickstoff bis zu einem gewissen Grad vorgewärmt wird. Aus dem Wärmeaustauscher wird die Luft der Turbine 4 zugeleitet und strömt von hier nach Expansion in die Kolonne 5. Aus der Kolonne 5 wird über Kopf eine gewisse Menge an reinem Stickstoff, etwa 25 i° der zu verarbeitenden Luft, bei einem Druck von etwa 5 kg/cm abgezogen, der im Kondensationswärmeaustauscher 6 vorgewärmt und dann in zwei Ströme unterteilt wird. Einer dieser Ströme wird über Ventil 7 geleitet, nachdem er die kalte Zone des Wärmeaustauschers 1 passiert hat, worin er einer weiteren Erwärmung unterworfen wird; er wird dann mit dem zweiten Strom kombiniert, der unmittelbar aus dem Austauscher 6 über das Ventil 8 zugeleitet wird. Der gesamte Stickstoff tritt dann in den Kompressor 9 ein, worin er verdichtet wird. Die zur Verdichtung nötige Arbeit wird bereitgestellt über die Turbine 4, in der die gesamte Arbeitsluft expandiert.
- 3 50 9 8 85/0330
- 3 - 1A-46 662
Der aus dem Kompressor 9 austretende Stickstoff wird ganz oder teilweise dem Wärmeaustauscher 3 zugeführt, worin er durch Wärmeaustausch mit der Arbeitsluft abgekühlt wird und strömt dann weiter in die mit einem Generator 12 gekuppelte Turbine 10, worin er arbeitsleistend auf einen Druck von 0,4 kg/cm entspannt wird.
Die Menge an den Wärmeaustauscher 3 durchströmendem Stickstoff wird, bevor sich dieser in der Turbine 10 entspannt, mittels eines Ventils 11 in Abhängigkeit von der Temperatur des aus der Turbine 10 austretenden Stickstoffs gesteuert.
Da auch die von der Turbine 4 abgegebene Arbeit zum Betrieb des Kompressors 9 dient, der den sich dann in der Turbine entspannenden Stickstoff verdichtet, wird die gesamte von den Turbinen 4 und 10 abgegebene Arbeit über den Generator wiedergewonnen, wobei selbstverständlich der Wirkungsgrad der einzelnen Einrichtungen zu berücksichtigen ist.
Nachdem der Stickstoff in der Turbine 10 entspannt ist, durchläuft er den Wärmeaustauscher 6, worin er die Wärme der sich kondensierenden Luft aufnimmt. Die im Austauscher 6 verflüssigte Luft wird über Ventil 13 in die Kolonne 5 geleitet. Der Stickstoff wird aus dem Wärmeaustauscher 6 in den Wärmeaustauscher 1 geleitet, wo er sich durch Wärmeaustausch mit der zugeführten Arbeitsluft bis auf Raumtemperatur erwärmt.
Die Ventile 14 und 15 sind in Umleitungen zu den Turbinen 4 und 10 angeordnet«,
Der Druck in Kolonne 5 wird mittels eines Sperrventils 2 immer auf dem gleichen Wert gehalten, den er in den üblichen Luftzerlegungsanlagen hat.
Der Druck oberhalb des Ventils 2 kann, je nach der Menge an flüssigem Produkt, das erzeugt werden soll, um einige Atmosphären höher sein als der Arbeitsdruck in Kolonne 5.
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Bei geschlossenem Ventil 2 wird die gesamte zu verarbeitende Luft dann über die Turbine 4 arbeitsleistend entspannt, wobei der beim Eintritt in die Anlage herrschende Luftdruck auf den Arbeitsdruck in Kolonne 5 absinkt. Die Entspannung der gesamten Arbeitsluft erfolgt, nach Eintritt in Turbine 4, bei Temperatur- und Druckbedingungen, die etwas oberhalb der Grenzkurve für gesättigten Dampf liegen, während für die Luft am Austritt aus Turbine 4 die Bedingungen innerhalb der Gas-Elüssigkeitszone liegen, weshalb die aus der Turbine 4 kommende Luft in die Kolonne teilweise, das heißt zu einem kleinen Teil, in flüssigem Zustand vorliegt, während der Hauptanteil in gasförmigem Zustand ist.
Die durch die gesamte Arbeitsluft in der Turbine 4 erzeugte Arbeit wird in dem Kompressor 9 wieder gebraucht, der unter Leistung von Arbeit den Ausgleichsstickstoff auf einen höheren Druck- und Enthalpiestand bringt, bevor dieser in deo? Turbine 10 entspannt wird. Die in der Turbine geleistete Arbeit wird über den Generator 12 wiedergewonnen. Insgesamt wird also die durch die Turbinen 4 und 10 hervorgebrachte Arbeit vom Generator 12 aufgenommen, wobei selbstverständlich der jeweilige Wirkungsgrad berücksichtigt werden muß.
Die durch die Turbinen 4 und 10 erzeugten Kälteeinheiten betragen ungefähr das Dreifache derjenigen, die bei einer Anlage zur Erzeugung von gasförmigem Sauerstoff mittels eines Niederdruckkreislaufes in einer einzigen Turbine erzeugt werden.
Eine kleine Erhöhung des Arbeitsdruckes der zu verarbeitenden Luft um einige Atmosphären (1, 2 oder 3) gegenüber der Arbeitskolonne 5 ermöglicht es demnach, daß viele zusätzliche Kälteeinheiten . zur Verfügung stehen, so daß
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man einen hohen Prozentsatz an Produkten in flüssigem Zustand erhält.
Die in Pig· 2 schematisch dargestellte Variante des Verfahrens und der Vorrichtung entspricht der Darstellung in Pig. 5, jedoch ohne den Wärmeaustauscher 3· Gemäß dieser Durchführungsform tritt die Luft nach Verlassen des Wärmeaustauschers 1 bei völlig geschlossenem Ventil 2 in die Turbine 4 ein, aus der sie nach Entspannen in die Kolonne 5 überführt wird.
Die in Pig. 3 dargestellte Variante entspricht der Darstellung in Pig. 1, wobei jedoch in diesem Pail der Ausgleichsstickstoff ersetzt wurde durch Ausgleichsluft, die aus dem unteren Teil der Kolonne 5 abgezogen wurde (etwa 25 % der gesamten, der Anlage zugeführten Arbeitsluft).
Die zum Ausgleich dienende Luft aus Kolonne 5 wird in den Wärmeaustauscher 6 geführt, wo sie durch Wärmeaustausch mit zu kondensierender Luft vorgewärmt wird, und aus dem sie in den Wärmeaustauscher 1 überführt wird. Sie wird dann im Kompressor 9 verdichtet und, nachdem sie in der Turbine 10 wieder entspannt wurde, über das Ventil der Niederdruckkolonne 17 zugeführt.
Die in Pig. 4 dargestellte Variante entspricht der Arbeitsweise nach Pig. 3, wobei jedoch der Wärmeaustauscher weggelassen ist und die von 1 kommende Arbeitsluft unmittelbar in die Turbine 4 überführt wird.
Die in Pig. 5 dargestellte Variante entspricht der Arbeitsweise nach Pig. 4t wobei jedoch der Kompressor 9 durch einen Generator 18 ersetzt ist, worin die in der Turbine 4 erzeugte Arbeit in Porm von Elektrizität zurückgewonnen wird. Dieser Austausch des Kompressors 9 durch
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den Generator 18 kann auch in allen anderen Varianten des Verfahrens bzw. der Vorrichtung erfolgen.
Die in Pig. 6 dargestellte Variante entspricht der Arbeitsweise nach Pig. 5, wobei jedoch der Generator 12 durch einen Kompressor 19 ersetzt wurde. Auch diese Abwandlung ist bei allen vorangehenden Varianten möglich.
Patentansprüche
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Claims (6)

  1. Patentansprüche
    ( 1. ) Verfahren zur Luftzerlegung unter Gewinnung von flüssigem Sauerstoff und/oder Stickstoff nach der Mehtfachexpansions-Methode in einer Luftzerlegungsanlage mit einer Druckkolonne, dadurch gekennzeichnet , daß der Aufgabe-Arbeitsdruck der zu verarbeitenden Luft gegenüber dem Betriebsdruck der Druckkolonne um einige Atmosphären erhöht ist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Arbeitsdruck der zu verarbeitenden Luft um 1 bis 3 Atmosphären gegenüber dem Betriebsdruck in der Druckkolonne erhöht ist.
  3. 3. Luftzerlegungsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Turbine (4) zur arbeitsleistenden Entspannung des erhöhten Drucks der zu verarbeitenden Luft nach deren Abkühlung in wenigstens einem Wärmeaustauscher (1, 3) und vor deren Einleitung in die Druckkolonne (5) der Luftzerlegungssäule (5, 17).
  4. 4. Luftzerlegungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Turbine (4) mit einem Generator (18) oder einem Kompressor (9) zur Energierückgewinnung gekoppelt ist.
  5. 5. Luftzerlegungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Kompressor (9) zur Kompression des Stickstoff-Kältemittels dient.
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  6. 6. Luftzerlegungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der komprimierte Stickstoff gegebenenfalls vermischt mit anderen Stickstoffströmen in einer Turbine (10) arbeitslexstend entspannt wird, die die gewonnene Arbeit an einen angekoppelten Kompressor (19) oder Generator (12) abgibt.
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    .Λ-
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