DE2535132A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von sauerstoff durch zweistufige tieftemperaturrektifikation von luft - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur herstellung von sauerstoff durch zweistufige tieftemperaturrektifikation von luftInfo
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Description
(H 808) H 75/50
5.8.1975
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Sauerstoff durch zweistufige Tieftemperatur-
rektifikation von Luft
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Herstellung von Sauerstoff durch zweistufige Tieftemperaturrektifikation von Luft, bei dem die Luft in einem
Hauptwärmetauscher gekühlt und der Produktsauerstoff aus der
Niederdruokstufe entnommen und durch Wärmetausch in einem von dem Hauptwärmetauscher gesonderten Wärmetauscher mit einem der
Druckstufe zugeführten Gasstrom angewärmt wird, wobei ein Gasstrom
als Ausgleichsstrom der Druckstufe entnommen, mindestens teilweise in dem Hauptwärmetauscher im Gegenstrom zu der eintretenden
Luft angewärmt und in mindestens einer Turbine entspannt wird.
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LINDE AKTIENGESELLSCHAFT X - * -
Bei einem bekannten Verfahren dieser Art zur Herstellung von Sauerstoff wird die eintretende Luft in einem
Hauptwärmetauscher gegen austretendes Gas gekühlt und zur
Rektifikation in die Drucksäule eingeblasen. Der dem Sumpf der Niederdrucksäule entnommene flüssige Produktsauerstoff
wird in einer Pumpe verdichtet und über einen wärmetauscher
aus der Anlage geführt. Er gibt dabei seine Kälte an einen der Druckstufe zugeführten Gasstrom ab, der vor dem Eintritt
in den Wärmetauscher komprimiert wird, um seine spezifische Wärme zu erhöhen. Zur Aufrechterhaltung der gewünschten kleinen
Temperaturdifferenzen in dem Hauptwärmetauscher wird ein Gasstrom als Ausgleichsstrom der Drucksäule entnommen, zu
einem Teil der eintretenden Luft in dem Hauptwärmetauscher
j entgegengeführt und in einer Turbine entspannt. Bei dieser Art der Verfahrensführung sind beträchtliche Mengen an Energie
notwendig, um den Gasstrom zu verdichten, der in dem Wärme-
1I tauscher dem Produktsauerstoff entgegengeführt wird.
': Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
ü Verfahrensführung zu finden, die es gestattet, mit einer
ji kleineren Gasmenge zur Erwärmung des Produkt Sauerstoffs aus-
j! zukommen, um dadurch Verdichtungsenergie zu sparen.
;; Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Aus-
;' gleichsstrom vor Eintritt in die Turbinen durch Wärmetausch
;i mit dem Produkt sauer stoff in dem von dem Hauptwärmetauscher
> gesonderten Wärmetauscher wieder abgekühlt wird.
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.A
Die Abkühlung wird vorzugsweise bis auf die
Temperatur des verdampfenden Sauerstoffs durchgeführt. Infolge
dieser erfindungsgemäßen Maßnahme kann die Menge des für die Anwärmung des ProduktsauerStoffs notwendigen Gasstroms erheb-
!! lieh vermindert werden.
Ein Teil des Ausgleichsstroms,der für die Aufrechterhai
tung der gewünschten Temperaturdifferenz in dem Haupt-I!
! wärmetauscher nicht benötigt wird, kann in an sich bekannter ■ j
j Weise vor Eintritt in den Hauptwärmetauscher abgezweigt und dem austretenden Ausgleichsstrom wieder zugemischt werden. Die Mischung zweier Ströme verschiedener Temperatur bedeutet einen Verlust an Exergie, das heißt, einen Verlust an arbeitsfähiger Wärme. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Anmeldungsgegenstandes wird dieser Exergieverlust vermieden, indem der Teil des Ausgleichsstromes,der den Hauptwärmetauscher umgangen hat, vor Eintritt in die Turbine in Parallelführung zum Produktsauerstoff angewärmt wird. Darüberhinaus beeinflußt diese VerfahrensfUhrung die Temperaturdifferenz am kalten Ende des Wärmetauschers ebenfalls günstig.
! wärmetauscher nicht benötigt wird, kann in an sich bekannter ■ j
j Weise vor Eintritt in den Hauptwärmetauscher abgezweigt und dem austretenden Ausgleichsstrom wieder zugemischt werden. Die Mischung zweier Ströme verschiedener Temperatur bedeutet einen Verlust an Exergie, das heißt, einen Verlust an arbeitsfähiger Wärme. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Anmeldungsgegenstandes wird dieser Exergieverlust vermieden, indem der Teil des Ausgleichsstromes,der den Hauptwärmetauscher umgangen hat, vor Eintritt in die Turbine in Parallelführung zum Produktsauerstoff angewärmt wird. Darüberhinaus beeinflußt diese VerfahrensfUhrung die Temperaturdifferenz am kalten Ende des Wärmetauschers ebenfalls günstig.
Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich mit Vorteil anwenden, wenn als Ausgleichsstrom Luft verwendet wird,
die dem unteren Teil der Druckstufe, vorzugsweise zwischen deren zweitem und drittem Boden, entnommen und nach der Turbinenentspannung
in die Niederdrucksäule eingeblasen wird.
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H -A-
Nach einer anderen vorteilhaften AusfUhrungsform
des Anmeldungsgegenstandes wird für den Ausgleichsstrom Stickstoff
verwendet, der dem Kopf der Drucksäule entnommen wird und nach der Turbinenentspannung die Anlage durch den Hauptwärmetauscher
verläßt.
In gleicher Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren
auch dann mit Vorteil angewendet werden, wenn zur Erwärmung des Produktsauerstoffs komprimierter Stickstoff verwendet wird,
der dem Kopf der Drucksäule entnommen, in dem Hauptwärmetauscher angewärmt, komprimiert und im Wärmetausch mit dem Produktsauer-
Ij stoff abgekühlt und zur Kälteerzeugung in die Drucksäule wieder
J) eingedrosselt wird.
,ι Von Vorteil ist ebenfalls die Anwendung des erfindungs-
!- gemäßen Verfahrens,- wenn zur Erwärmung des Produktsauerstoffs
! ein Teil der Eintrittsluft verwendet wird, die nach Weiterver-
dichtung und nach Wärmetausch mit dem Produktsauerstoff in den Sumpf der Druckstufe eingedrosselt wird.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens \'i eignet sich eine Verrichtung mit einem Wärmetauscher, der einen
jι ausgangsseitig mit den Turbinen verbundenen Strömungsnuerschnitt
aufweist.
Soll ferner der Teil des Ausgleichsstromes, der für die Aufrechterhaltung der gewünschten Temperaturdifferenzen in
dem BeuptwSrmetauscher nicht benötigt wird, vor Eintritt in die
In die Turbinen angewärmt" werden, wird'Tnit Vorteil eine
Vorrichtung mit einer
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ORIGINAL INSPECTED
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;. Nebenleitung angewandt, die diesen Teil des Ausgleichsstromes
·! über die Wärmetauscher für den Produktsauerstoff führt.
In den Figuren 1 bis 3 ist die Erfindung anhand :■ zweier Ausführungsbeispiele und eines Diagrammes näher erläu-
ι, tert. Es zeigen:
Figur 1 ein Schema einer Anlage zur Zerlegung von Luft mit
Stickstoffkreislauf, bei dem als Ausgleichsstrom
Luft verwendet wird.
Figur 2 ein Schema einer Anlage wie in Figur 1 mit dem Unterschied,
daß für den Ausgleichsstrom Stickstoff verwendet wird.
Figur 3 ein schematisches Verfahrensdiagramm. Gleiche Teile sind in den Figuren 1 und P mit gleichen Bezugszeichen versehen.
; Revex tragen die Bezugszeichen P. Druck- und Nieder-
j drucksäule sind mit den Zeichen 4 bzw. 6 bezeichnet. Ferner
ι kennzeichnen die Zeichen 8 einen Wärmetauscher, Pl Entspannungsturbinen und 10 einen Kompressor.
: In Fig. 1 tritt die vorgereißigte komprimierte Luft
.' bei 1 durch die Revex 2 in die Anlage ein und wird bei 3 in die
I! Drucksäule 4 eingeführt. Produktsauerstoff, der bei 5 in flüs-
:j siger Form der Niederdrucksäule 6 entnommen wird, wird in einer
|j Pumpe 7 verdichtet und durch den Wärmetauscher 8 aus der Anlage
1 geführt. Bei 9 wird gasförmiger Stickstoff dem Kopf der Druck-
., ORiGiNAL !KöPEürFr
Ii ·
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2 35132
(ο
. 6 -
säule entnommen, in den Revex 2 angewärmt, im Kompressor 10 verdichtet, im Wärmetauscher 8 abgekühlt und bei 11 in die
Drucksäule 4 eingedrosselt. Durch die Leitungen 12 und 13
wird Rohsauerstoff bzw. Stickstoff der Drucksäule entnommen, über die Wärmetauscher 14 bzw. 15 geführt und in die Niederdruckstufe
eingedrosselt. Das stickstoffhaltige Restgas wird durch Leitung 16 über die Wärmetauscher 14, 15 und die Revex
aus der Anlage geführt.
Luft wird bei 17 zwischen dem zweiten und dritten Boden der Niederdrucksäule 4 entnommen und bei 18 in zwei Teilströrae
19 und 20 verzweigt. Der Teilstrom 19 wird in den Revex 2 angewärmt, vor Beendigung des Wärmeausgleichs entnommen und
erfindungsgemäß vor Eintritt in die Turbinen 21 im Wärmetauscher 8 abgekühlt. Der Erfindung entsprechend wird der Teilstrom 20
im Wärmetauscher 8 angewärmt, bei 2? mit dem Tel Istrom 20 vermischt
und in die Turbinen 21 geführt. Die entspannte Luft wird bei 23 in die Niederdrucksäule 6 eingeblasen.
Figur 2 zeigt schematisch die Anwendung der erfindungsgemäßen Verfahrensführung, für diejenigen Luftzerlegungsanlagen,
bei denen für den Ausgleichsstrom Stickstoff verwendet wird. Das Schema unterscheidet sich von dem in Figur 1 dargestellten
durch folgende Punkte ι
j Bei 9 wird gasförmiger Stickstoff dem Kopf der Drucksäule 4 entnommen und bei 25 in zwei Teil ströme 26 und 2.7 verzweigt.
ORIGINAL INSPECTED
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; LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
;. Teilstrom 26 wird durch die Revex P zum Kompressor 10 geführt.
ji Ein Teil davon wird vor Beendigung des Wärmeausgleichs bei
! P8 den Revex P entnommen und erfindungsgemäß vor Eintritt in
[ die Turbinen Pl im Wärmetauscher 8 abgekühlt. Der Teilstrom ?7 Ί wird erfindungsgemäß im Wärmetauscher 8 angewärmt, bei Punkt
! mit dem Teilstrom ?6 vermischt und in die Turbinen Pl eingeführt.
I Das entspannte Gas wird bei 50 mit dem Restgas vermischt und
verläßt durch die Revex P die Anlage.
In Figur j5 ist schematisch der Verlauf des Wärmein-
! halts der im Wärmetauscher 8 (Pig. P) abzukühlenden Ströme 100
und der der anzuwärmenden Ströme 101 als Punktion der Temperatur dargestellt. An der Abszisse ist die Temperatur in Grad
Kelvin, an der Ordinate der Wärmeinhalt in Goal aufgetragen. ; Es ist ersichtlich, daß sich die beiden Kurven beim Siedepunkt
des Produktsauerstoffs 1OP am nächsten kommen. Die Menge des i für die Anwärmung des Produktsauerstoffs notwendigen Gasstroms
' wird also im wesentlichen durch diesen Punkt bestimmt. Die ge-' striohelten Kurven zeigen den Verlauf der abzukühlenden Ströme
' bei der Verfahrensführung nach der Erfindung. Durch die Änderung
! der Kurvencharakteristik ergibt sich eine größere minimale Tem- ; peraturdifferenz beziehungsweise kann bei vorgegebener Tempera-
j turdifferenz mit einer kleineren Gasmenge der Produktsauerstoff
j angewärmt werden, wodurch die obenerwähnte Einsparung an Verdichtungsenergie
erreicht wird.
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Dank der oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Ver- ; fahrensführung kann bei einer Anlage die 11.800 NnP Sauerstoff
' pro Stunde produziert, die Stickstoffkreislaufmenge, die in
Kompressor 10 verdichtet werden muß von 3.850 auf 3·350 Nm3/h
reduziert werden. Insgesamt ergibt sich dadurch bei Anlagen der obengenannten Größenordnung eine Energieersparnis von
mindestens 6 $.
ORIGINAL INSPECTED
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Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung von Sauerstoff durch zweistufige Tieftemperaturrektifikation von Luft, bei dem die Luft in
einem Hauptwärmetauscher gekühlt und der Produktsauerstoff aus der Niederdrucks tufe entnommen und durch Wärmetausch in
einem von dem Hauptwärmetauscher gesonderten Wärmetauscher tnit einem der Druckstufe zugeführten Gasstrom angewärmt wird,
wobei ein Gasstrom als Ausgleichsstrom der Druckstufe entnommen, mindestens teilweise in dem Hauptwärmetauscher im
Ii Gegenstrom zu der eintretenden Luft angewärmt und in min-Il
destens einer Turbine entspannt wird, dadurch gekennzeichnet, Ü daß der Ausgleichsstrom vor Eintritt in die Turbinen (Pl)
;■ durch Wärme tausch mit dem Produkt sauer stoff in dem von dem
; Hauptwärmetauscher gesonderten Wärmetauscher (8) wieder abgekühlt
wird.
i: . .
i: . .
iS 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von
dem Ausgleichsstrom vor Eintritt in den Hauptwärmetauscher (P) ein Teilstrom abgezweigt, in Parallelführung zum Pro-
ORlGlNAL IMSPECTED
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LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
- 10 -
duktsauerstoff gegen den der Druckstufe (4) zügeführten
j! Gasstrom durch Wärmetausch angewärmt und mit dem restlichen Ausgleichsstrom vor dessen Eintritt in die Turbinen
(21) wieder vereinigt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder ?, dadurch gekennzeichnet,
daß für den Ausgleichsstrom Luft verwendet wird, die dem unteren Teil der Druckstufe (4) entnommen und nach der Entspannung
in den Turbinen (21) in die Niederdruckstufe (6) eingeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder ?, dadurch gekennzeichnet,
daß für den Ausgleichsstrom Stickstoff verwendet wird, der dem Kopf der Druckstufe (4) entnommen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn- |! zeichnet, daß der der Druckstufe zugeführte Gasstrom Stick-
!ι stoff ist, der dem Kopf der Druckstufe (4) entnommen, min-
destens zu einem Teil in dem Hauptwärmetauscher (?) angewärmt, verdichtet, und nach Wärraetausch mit dem Produktsauerstoff
in den Kopf der Druckstufe (4) eingedrosselt wird.
WSPECTED
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LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
-IT-
I:
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der der Druckstufe (4) zugefUhrte Gasstrom ein Teil der Eintrittsluft ist, der nach Weiterverdichtung
und nach Wärmetausch mit dem Produktsauerstoff in den Sumpf der Druckstufe eingedrosselt wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einer zweistufigen Rektifikationssäule, einem Hauptwärmetauscher, mindestens einer Turbine
sowie einem Ausgleichsstromkreislauf, gekennzeichnet durch einen Wärmetauscher (8) für den Produktsauerstoff, der
einen, ausgangsseitig mit den Turbinen (21) verbundenen, Strömungsauerschnitt für den Ausgleichsstrom aufweist.
j
8. Vorrichtung nach Anspruch 7 mit einer Nebenleitung, die
j einen Teil des Ausgleichsstromes an dem Hauptwärmetauscher j vorbei in die Turbinen führt, dadurch gekennzeichnet, daß
; die Nebenleitung über den Wärmetauscher (8) für den Pro-
! duktsauerstoff führt.
ORIGINAL
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Leerseite
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2535132A DE2535132C3 (de) | 1975-08-06 | 1975-08-06 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Drucksauerstoff durch zweistufige Tieftemperaturrektifikation von Luft |
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