DE255488C

DE255488C -

Info

Publication number: DE255488C
Application number: DENDAT255488D
Authority: DE

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE ITg-; GRUPPE

Dr.JULIUS EDGAR LILIENFELD in LEIPZIG.

Verfahren und Vorrichtung zum Trennen von Gasgemischen.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 18. Oktober 1910 ab.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf i ein! neues Verfahren zum Trennen von Gas-; gemischen, insbesondere zur Gewinnung ·, von ; Sauerstoff und Stickstoff aus.: der atmo-■ sphärischen Luft. Es ist jedoch hierbei zu; berücksichtigen, daß; das neue Verfahren, soweit es die hier geschützte Erfindung anbe-: langt, nicht auf diesen ,Sp.ezialfall. beschränkt ] sein soll. .'■ '. ;

ίο Weiter bezieht sich die,Erfindung auf einen' zur Durchführung des neuen Verfahrens die- i

nenden Apparat. _; : " ■ .- :

Das neue Verfahren besteht im wesent-:

liehen darin, daß die tiefer siedende ab-; ziehende Komponente . zuerst im Wärmeaus-1 tausch mit sich selbst und dann mit den!

nächst wärmeren Gemengen vom oberen nach, dem unteren Teil der Kolonne geleitet wird, j

■ Auf diese Weise geht der Trennungsprozeß in I der Kolonne unter stetigem, durch Wandun-! gen von genügend großer Oberfläche erfolgen-' dem Wärmeaustausch, zwischen den abziehen-; den Trennungsprodukten und dem den Tren- j nungsprozeß durchmachenden Gemisch vor ί sich. Die Gase bzw. Flüssigkeiten treten in jeder Höhenschicht der Kolonne mit tunlichst' geringem ; Temperaturunterschied' miteinander;

in Wärmeaustausch. . . , \ ^;

Der unvermeidliche Kälteverlust wird bei' dem neuen Verfahren durch ein Kühlmittel gedeckt, welches wärmer ist als die kälteste, Stelle des Apparates bzw. als die gasförmige und'tiefer siedende Komponente in kältestem; Zustand. Im Gegensatz zu den bisher be-; kannten Verfahren zur Scheidung von Luft in ihre Komponente,: welche, die Luft oder j wenigstens einen wesentlichen Teil derselben als. Ganzes zunächst flüssig macht und dann aus dieser flüssigen Luft den Sauerstoff durch Rektifikation, gewinnen, wird nach vorliegender .Erfindung der Stickstoff oder im allge-, meinen die tiefer siedende Komponente überhaupt nicht in flüssigem Zustand angesam-■ melt;, ebenso findet keine Ansammlung von :flüssigen Zwischenprodukten statt; man spart ,daher; diejenige Arbeit, welche zur Erreichung . dieses . Zweckes . aufgewendet werden müßte, um für die durch die Apparatur bedingten unumkehrbaren Vorgänge aufzukommen. Diese Arbeit-ist aber bekanntlich um so größer, je tiefer die Temperatur liegt, also für die Temperaturen der flüssigen Luft sehr beträchtlich. Denn_ die Gestehungskosten der Kälte, d. h. die mit der Entziehung einer Kalorie verknüpfte mechanische Arbeit wächst bekanntlieh mit fallender absoluter Temperatur, und zwar sehr rasch bei den in Frage kommenden tiefsten Temperaturen, da sie in der Umgebung des absoluten Nullpunktes unendlich groß wird.

Das neue Verfahren besteht somit in seiner Anwendung . auf die Sauerstoffgewinnung gesprochen darin, daß man den aus dem Trennungsapparat kalt entweichenden Stickstoff nicht kondensiert, sondern ihn lediglich zum Kühlen der stickstoff reichen, dem Trennungs-,· prozeß gleichzeitig noch unterliegenden Gase benutzt, oder allgemein gesprochen, besteht .das neue Verfahren darin, daß die entweichenden Endprodukte, solange ihre Temperatur noch tiefer liegt als diejenige der unter dem Druck des Trennungsapparates stehenden

höher siedenden Komponente, dazu benutzt werden, um mittels Wärmeaustausch durch Wandungen hindurch dem Trennungsprozeß dienstbar gemacht zu werden. Bei der Trennung der Bestandteile der Luft werden also die Abgase, nachdem sie zur Kühlung der stickstoffreichsten Gemische benutzt worden sind, weiter verwendet, um die nächst sauerstoffreicheren Produkte zu kühlen und so fort.

ίο Hierdurch wird offenbar eine ungleich größere Annäherung an den umkehrbaren Idealvorgang erreicht als in der üblichen Rektifikationskolonne.

Um die unvermeidlichen Kälteverluste zu ersetzen, kann komprimierte und zur Expansion gebrachte Luft direkt oder indirekt als Kühlmittel benutzt werden. Da dieses Kühlmittel aber naturgemäß wärmer sein kann als die kälteste Stelle des Apparates, so darf es nicht in der letzteren zum Wärmeaustausch gebracht werden. Die Kühlung der kältesten Zone wird demnach lediglich durch die gasförmig entweichende tiefer siedende Komponente erreicht werden können.

Auf beifolgender Zeichnung ist schematisch ein zur Durchführung des neuen Verfahrens geeigneter Apparat im Schnitt dargestellt.

In der Hülle 1, welche den ganzen Verflüssiger im wesentlichen enthält, herrschte im stationären Zustand ein geeigneter Druck f. Im unteren Teil der Hülle sei ein gewisses Quantum flüssigen Sauerstoffes angesammelt, welche Flüssigkeit durch den Überlauf 2 in den Sauerstoffverdampfer 3 übertritt. Luft unter geeignetem Druck wird in der üblichen Weise vorgekühlt und durch die Windungen der Spirale 4 am Ventile 5 in die Hülle 1 hineingelassen. Durch die Röhren 6 und 7 wird dieser nunmehr in 1 bei dem Drucke f befindlichen Luft Wärme bis zur Verflüssigung entzogen, so, daß also der Verflüssigungsvorgang in dem Räume der Hülle 1 stattfindet.

Die Verflüssigung geht derart vonstatten, daß an den kühlenden Spiralen 6 und 7 sich ein Temperaturgefälle ausbildet, welches sämtliche Temperaturen des Bereiches des fraktionierend verflüssigenden Vorgangs aufweist, so daß im stationären Zustand an jeder Stelle der Spirale dasjenige Zwischenprodukt mit derselben in Berührung ist, dessen Zusammensetzung der Temperatur der betreffenden Stelle entspricht. Es wird demnach unten reiner Sauerstoff flüssig angesammelt, während der Stickstoff durch das Ventil 8 in die Spirale 9 und von da durch die Spirale 6 ins Freie gelangt. Das Resultat der Operation ist also eine Verflüssigung von technisch reinem Sauerstoff, ohne daß das Ansammeln großer Quantitäten flüssiger Luft, zu rektifizierender Zwischenprodukte und lediglich dem Waschen dienender Flüssigkeiten (flüssigem Stickstoff) notwendig gewesen wäre, was die bereits eingangs erwähnten Vorteile mit sich bringt.

Zur Deckung der Kälteverluste dient die außerhalb des kältesten oberen Bereiches liegende Spirale 7, welche aus ökonomischen Gründen zweckmäßig mit durch Expansion von auf 200 Atm. komprimierter gekühlter Luft beschickt wird, und zwar so, daß entweder diese Luft, wie in der Figur, nicht mit zur Trennung gelangt und lediglich den Kühlzwecken dient. Oder auch kann man diese Luft, nachdem sie die Temperatur der am Ventil 5 eintretenden Luft erlangt hat, neben dem Ventile 5 ebenfalls in die Hülle 1 eintreten und den Trennungsprozeß ebenfalls durchmachen lassen.

Die Kühlspiralen 6 und 7 können natürlich in der Weise gewunden sein, wie dies schematisch in der Spirale 9 der Zeichnung dargestellt ist, wobei eine größere Anzahl von spiralartig verlaufenden Windungen in eine Ebene gelegt sind, ehe zur darunterliegenden Ebene übergegangen wird. Es werden dann mit allen Punkten dieser Rohrwandungen in der ganzen Höhe des Apparates, vor allem aber in dem oberen, durch die Schlange 9 gekühlten Teil, die beiden Phasen (dampfförmige und flüssige) in gut wärmeleitender Berührung sich befinden, derart, daß ein Gleichgewicht dieser Phasen untereinander in Bezug auf ihre Zusammensetzung überall gewährleistet ist.

Claims

Patent-An sprüche:

1. Verfahren zur Trennung von Gasgemischen unter Benutzung eines Temperaturgefälles, dessen Grenzen mit den Siedetemperaturen der Komponenten zusammenfallen, dadurch gekennzeichnet, daß die tiefer siedende abziehende Komponente zuerst im Wärmeaustausch mit sich selbst und dann mit den nächst wärmeren Gemengen vom oberen nach dem unteren Teile der Kolonne geleitet wird, so daß der Trennungsprozeß unter stetigem, durch Wandungen von genügend großer Oberfläche erfolgendem Wärmeaustausch zwisehen den abziehenden Trennungsprodukten und dem den Trennungsprozeß durchmachenden Gemische stattfindet, und daß die Gase bzw. Flüssigkeiten in jeder Höhenschicht der Kolonne mit tunlichst geringem Temperaturunterschiede in Wärmeaustausch miteinander treten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kälteverlust durch ein Kühlmittel gedeckt wird, welches warmer ist als die kälteste Stelle des Apparates bzw. als die gasförmige und tiefer

siedende Komponente im kältesten Zustande.

3. Apparat zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abteilung der tiefer siedenden Komponente (Stickstoff) an dem einen Ende der Kolonne (bei 8) durch ein Rohrsystem (9) erfolgt, welches rückläufig nach dem anderen Ende der Kolonne zu verläuft, und somit zunächst zum Kühlen der an der tiefer siedenden Komponente reichsten, dann aber der an dieser Komponente allmählich immer ärmer werdenden Gemische dient.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.