DE2535489C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Zerlegung eines tiefsiedenden Gasgemisches - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Zerlegung eines tiefsiedenden GasgemischesInfo
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Description
40
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zerlegung eines tiefsiedenden Gasgemisches
durch Tieftemperaturrektifikaiion ;n 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 Strö- <5
mungswiderstand der Rohrleitungen die Anlage verlassen können. Vorallem bei Tieftemperaturzerlegungsanlagen
mit sehr großen Durchsatzmengen, bei denen die Kälteverluste gering sind im Vergleich zur aufzuwendenden
Verdichtungsenergie, wird der Gesamtenergieverbrauch zu einem erheblichen Teil durch die
Energiemenge bestimmt, die notwendig ist, um das Eintrittsgas auf den Druck iVr Druckstufe zu verdichten.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der <
>5 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
hohen 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 erfindungsgemäße 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 dem
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 !n 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, daß 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 Flüssigkeit dient also zur Kühlung des Kopfes der Druckstufe. Ihr Verdampfungsdruck liegt
oberhalb des Drucke:» der Niederdruckstufe. Der verbleibende Drucküberschuß wird zum Betrieb des
Ejektors ausgenutzt.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
eignet sich eine zweistufige Rektifikationssäule, 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 Raum oberhalb der Trennwand führt
Zwei Ausführungsbeispiele des Anireldungsgegenstandes
werden anhand zweier schematischer Verfahrensskizzen näher erläutert Hierbei ist lediglich der für
die Erfindung wesentliche Teil im Beispiel einer zweistufigen Luftzerlegungsanlage dargestellt Es zeigt
F i g. 1 eine Luftzerlegungsanlage mit Rücklaufkondensator,
F i g. 2 eine Luftzerlegungsanlage mit Plattenkondensator.
Gleiche Teile sind in den beiden Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Eine Anlage .-».um Durchführen des erfindungsgemäßen
Verfahrens besteht aus einer Drucksäule 1 und einer Niederdrucksäule 2 sowie einem Ejektor 3.
In F i g. 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. Produktsauerstoff 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. Der 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 Ü2 bis
auf einen Druck von 2,8 bar entspannt und dem im Rücklaufkondensator aufsteigenden Gas unter Wärmekontakt
entgegengeführt. 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 vorbeige-
führt 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
Druckverlustes an den Böden der Niederdrucksäule 2 immer noch einen genügend hohen Überdruck haben,
um die Anlage verlassen zu können. So herrscht beispielsweise im Sumpf der Niederdrucksäule ein
Druck von 1,2 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 Platter,
wärmetauscher 17 zur Kondensation des in der Drucksäule 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 Verfahrensführung 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 1,33 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)
1. Verfahren 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, 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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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |