DE2535489B2 - Verfahren und vorrichtung zur zerlegung eines tiefsiedenden gasgemisches - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur zerlegung eines tiefsiedenden gasgemisches

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Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zerlegung eines tiefsiedenden Gasgemisches durch Tieftemperaturrektifikation in einer Druckstufe und einer Niederdruckstufe, wobei die Niederdruckstufe durch eine geschlossene horizontale Trennwand in zwei Teile geteilt ist.
Bei bekannten Verfahren dieser Art ist es meist üblich, die Drücke in beiden Stufen so einzurichten, daß die leichte Fraktion der Druckstufe im Wärmekontakt mit der verdampfenden schweren Fraktion der Niederdruckstufe kondensiert. Nähere Ausführungen dazu finden sich im Chemie-Ingenieur-Technik, Band 46, 1974, Seiten 881 bis 924. Der Druck in der Niederdruckstufe wird gerade so hoch gewählt, daß die am Kopf dieser Stufe abgezogenen Produkte gegen den Strömungswiderstand der Rohrleitungen die Anlage verlassen können. Vorallem bei Tieftemperaturzerlegungsanlagen mit sehr großen Durchsatzmengen, bei denen die Kälteverluste gering sind im Vergleich zur aufzuwen denden Verdichtungsenergie, wird der Gesamtenergie- verbrauch zu einem erheblichen Teil durch die Energiemenge bestimmt, die notwendig ist, um das Eintrittsgas auf den Druck der Druckstufe zu verdichten.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der US-PS 29 40 269 bekannt. Es weist den Nachteil auf, daß im Sumpf der Niederdruckstufe ein relativ hoher Druck herrscht und somit die Verdampfungstemperatur des Sauerstoffs entsprechend hoch liegt. Infolge dieser hoher. Temperatur muß der Druck in der Druckstufe entsprechend hoch gewählt werden, um die Kondensation des Stickstoffs am Kopf der Druckstufe zu erreichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verfahrensführung zu finden, die es gestattet, die Druckstufe bei einem niedrigeren Druck zu betreiben, um dadurch Verdichtungsenergie einzusparen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Gas aus dem unteren Teil der Niederdruckstufe abgesaugt, verdichtet und in den oberen Teil der Niederdruckstufe wieder eingeblasen wird.
Durch diese erfindungsgemaße Maßnahme wird der Druck im unteren Teil der Niederdruckstufe gesenkt. Infolgedessen kann die schwere Fraktion im Sumpf der Niederdruckstufe bei einer kleineren Temperatur verdampfen (Dampfdruckbeziehung). Da der Sumpf der Niederdruckstufe wie üblich im Wärmekontakt mit Jem Kopf der Druckstufe steht, kann dort die leichte Fraktion wegen der gesenkten Temperatur bei einem niedrigeren Druck kondensieren. Der niedrigere Druck hat seinerseits die gewünschte Energieeinsparung zur Folge Dadurch, daß erfindungsgemäß das Gas, das aus dem unteren Teil der Niederdruckstufe abgesaugt wurde, oberhalb einer Trennwand wieder eingeblasen wird, sind nach wie vor die Druckverhältnisse so, daß die Produktgase die Anlage gegen den Strömungswiderstand in den Rohren verlassen können.
In besonders vorteilhafter Weise wirkt sich die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens aus, wenn das Gas aus dem unteren Teil der Niederdruckstufe, mittels eines Ejektors (Strahlverdichter) abgesaugt und verdichtet wird, da in diesem Fall ein gewisser Drucküberschuß in der Druckstufe sehr günstig zum Betrieb des Ejektors verwendet werden kann.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Anmeldungsgegenstandes wird zum Betrieb des Ejektors eine Rohfraktion der schweren Komponente verwendet, die durch fraktionierte Kondensation in einem Rücklaufkondensator gewonnen wird. Zur Sicherstellung des Kältebedarfs im Rücklaufkondensator wird die gewonnene Rohfraktion der schweren Komponente entspannt und im Wärmetausch mit dem im Rücklaufkondensator fraktioniert kondensierenden Gemisch verdamßft.
Der Druck nach der Entspannung wird so gewählt, da3 er oberhalb des Druckes der Niederdruckstufe liegt und die verbleibende Druckdifferenz ausreicht, um den Ejektor in der erfindungsgemäßen Weise zu betreiben. Diese Ausführungsform führt zur größtmöglichen Energieeinsparung bei der erfindungsgemäßen Verfahrensführung.
Bei einer anderen Ausbildungsform des Anmeldungsgegenstandes wird zum Betrieb des Ejektors Gas verwendet, das dem unteren Teil der Druckstufe als Flüssigkeit entnommen, nach einer Drosselentspannung in einem Kondensator im Kopf der Druckstufe verdampft und zum Ejektor geführt wird. Die entspannte Flüssigkeil; dient also zur Kühlung des Kopfes der Druckstufe. Ihr Verdampfungsdruck liegt oberhalb des Druckes der Niederdruckstufe. Der verbleibende Drucküberschuß wird zum Betrieb des Ejektors ausgenutzt.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich eine zweistufige Rektifikationssäuie, bei der der untere Teil der oberen Säule durch eine Trennwand abgetrennt ist und die eine Rohrleitung
aufweist, die aus dem Raum unterhalb der Trennwand über einen Verdichter in den R"um oberhalb der Trennwand führt.
Zwei Ausführungsbeispiele des Anmeldungsgegenstandes werden anhand zweier schematischer Verfahrensskizzen näher erläutert. Hierbei Lsi lediglich der für die Erfindung wesentliche Teil am Beispiel einer zweistufigen Luftzerlegungsanlage dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 eine Luftzerlegungsanlage mit Rücklaufkondensator,
F i g. 2 eine Luitzerlegungsanlage mit Plattenkondensator.
Gleiche Teile sind in den beiden Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Eine Anlage zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens besieht aus einer Drucksäule 1 und einer Niederdrucksäule 2 sowie einem Ejektor 3.
In Fig. 1 strömt durch Leitung 4 die gekühlte und komprimierte Luft zur Rektifikation in die Drucksäule 1 ein. Aus der Vorzerlegung gewonnener Rohsauerstoff wird über Leitung 5 und Stickstoff über Leitung 6 in die Niederdrucksäule 2 eingedrosselt. Produktsauerstcff wird über Leitung 7 und Stickstoff über Leitung 8 aus der Niederdrucksäule 2 abgezogen.
Erfindungsgemäß wird bei 9 der Drucksäule 1 Luft entnommen und in einem Rücklaufkondensator 10 einer fraktionierten Kondensation unterworfen. D«r bei der fraktionierten Kondensation gewonnene Stickstoff wird bei 11 in die Drucksäule eingeführt. Der im unteren Teil des Rücklaufkondensators 10 sich ansammelnde flüssige Rohsauerstoff wird zur Kälteerzeugung im Ventil 12 bis auf einen Druck von 2,8 bar entspannt und dem im Rücklaufkondensator aufsteigenden Gas unter Wärmekontakt en;gegengeführt. Er dient als Treibstrahl für den Ejektor 3, der Gas unterhalb einer Trennwand 13 über Leitung 14 ansaugt und oberhalb der Trennwand 13 über Leitung 15 wieder einbläst. Die in der Niederdrucksäule rücklaufende Flüssigkeit wird über die Ausgleichsleitung 16 an der Trennwand vcrbeigeführt Der Druck unterhalb der Trennwand 13 wird auf 1,1 bar gesenkt, während der Druck oberhalb der Trennwand 13 auf 1,35 bar angehoben wird. Dadurch ist gewährleistet, daß die über Leitung 7 und 8 abgezogenen Zerlegungsprodukte nach Berücksichtigung des
ίο Druckverlustes an den Böden der Niederdrucksäule 2 immer no~h einen genügend hohen Überdruck haben, um die Anlage verlassen zu können. So herrscht beispielsweise im Sumpf der Niederdrucksäule ein Druck von 12 bar. Aus der Dampfdruckbeziehung ergibt sich, daß die Drucksäule somit bei einem Druck von 4,6 bar betrieben werden kann.
In dem in F i g. 2 dargestellten Verfahren wird auf die Verwendung des Rücklaufkondensators verzichtet. Statt dessen wird die Kälte des in Ventil 12 teilentspannten flüssigen Roh-Sauerstoffs im Plattenwärmetauscher 17 zur Kondensation des in der Drucksäuie 2 aufsteigenden Stickstoffgases verwendet. Der nach der Teilentspannung und Verdampfung im Ventil 12 verbleibende Restdruck von 2,5 bar wird zum Betrieb des Ejektors 3 verwendet Bei dieser Verfahrensführuiig kann der Druck unterhalb des Trennbleches 13 auf 1,2 bar gesenkt und oberhalb des Trennbleches auf 1,36 bar angehoben werden. Der Druck im Sumpf der Niederdrucksäule stellt sich, bedingt durch den Druckverlust an den Böden zwischen Trennwand und Sumpf, auf 133 bar ein. Mit der Dampfdruckbeziehung ergibt sich daraus, daß die Niederdrucksäule bei einem Druck von 4,8 bar betrieben werden kann.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Zerlegung eines tiefsiedenden Gasgemisches durch Tieftemperaturrektifikatiori in einer Druckstufe und einer Niederdruckstufe, wobei die Niederdruckstufe durch eine geschlossene horizontale Trennwand in zwei Teile geteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß Gas aus dem unteren Teil der Niederdruckstufe (2) abgesaugt, verdichtet und in den oberen Teil der Niederdruckstufe (2) wieder eingeblasen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas aus dem unteren Teil der Niederdruckstufe (2) mittels eines Ejektors (3) abgesaugt und verdichtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Betrieb des Ejektors (3) eine Rohfraktion der schweren Komponente des zu zerlegenden Gasgemisches verwendet wird, die durch fraktionierte Kondensation in einem Rücklaufkondensator (10) gewonnen und nach einer Drosselentspannung gegen eine Rohfraktion der leichten Komponente verdampft wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Betrieb des Ejektors (3) eine Rohfraktion der schweren Komponente verwendet wird, die dem unteren Teil der Druckstufe (1) flüssig entnommen, nach einer Drosselentspannung in einem Kondensator (17) im Kopf der Druckstufe (1) verdampft und danach zum Ejektor (3) geführt wird.
5. Rektifikationssäule mit Druckteil und Niederdruckteil und einer im Niederdruckteil angeordneten horizontalen Trennwand, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum unterhalb der Trennwand (13) über einen Verdichter (3) mit dem Raum oberhalb der Trennwand (13) verbunden ist.
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