DE2631134A1 - Verfahren zur verfluessigung von luft oder lufthauptbestandteilen - Google Patents

Verfahren zur verfluessigung von luft oder lufthauptbestandteilen

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DE2631134A1 DE19762631134 DE2631134A DE2631134A1 DE 2631134 A1 DE2631134 A1 DE 2631134A1 DE 19762631134 DE19762631134 DE 19762631134 DE 2631134 A DE2631134 A DE 2631134A DE 2631134 A1 DE2631134 A1 DE 2631134A1
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Description

Verfahren zur Verflüssigung von Luft oder Lufthauptbestandteilen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verflüssigung von ι Luft oder Lufthauptbestandteilen durch Wärmetausch mit einem ; Stickstoff und Kohlenwasserstoffe enthaltenden Kreislaufmittel, wobei das Kreislaufmittel in mehreren Stufen abgekühlt und .partiell kondensiert wird und die bei der partiellen Kondensation anfallenden flüssigen Anteile entspannt und im Gegenstrom zu abzukühlendem Gemisch wieder angewärmt, verdampft und von neuem komprimiert werden.
Es ist bekannt, zur Verflüssigung von Luft oder Stickstoff die erforderliche Kälte durch Prozesse zu erzeugen, die nach dem Linde- oder Claude-Prinzip arbeiten. Bei diesen
709883/0117 */#
-H-
LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
Prozessen insbesondere bei dem erstgenannten ergeben sich jedoch große Temperaturdifferenzen zwischen anzuwärmendem und abzukühlendem Kreislaufmittel, wodurch Exergieverluete entstehen. Diese Prozesse weisen daher den Nachteil eines großen spezifischen Energieverbrauchs auf. Zur Vermeidung dieses Nachteils ist es ebenfalls bekannt (Leiden communications, supplement No. 76a), zur Kälteerzeugung Reinstoffkreislaufe einzusetzen, die zu einer Kältekaskade geschaltet sind. Sin derartiges Verfahren zeichnet sich zwar durch einen niedrigen spezifischen Energieverbrauch aus. Da jedoch für jeden Kältekreislauf ein eigener Kompressor und zahlreiche andere Aggregate vorgesehen werden müssen, sind die Errichtungskosten für eine derartige Anlage extrem groß.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, das
speziell auf die Anforderungen zur Luft- oder Stickstoffver-, fluss igung abgestimmt ist und sich sowohl durch niedrige Be-
triebs- als auch Errichtungskosten auszeichnet.
j Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
j daß der nach der letzten partiellen Kondensation vorliegende gasförmige Anteil arbeiteleistend entspannt und im Wärmetausch mit flüssigem Produkt angewärmt wird.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wurde eine Verfahrens führung gefunden, die die bestmögliche Anpassung der
709883/011?
.I!
LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
AbkUhlkurven an die Anwärmkurven im Enthalpie-Temperatur-Diagramm bewirkt. Hierdurch werden die Temperaturdifferenzen beim Wärmetausch und somit auch die Exergieverlust verkleinert. Hieraus resultiert der niedrige spezifische Energieverbrauch. Andererseits ist - da zur Kälteerzeugung ein Gemischkreislauf verwendet wird - der apparative Aufwand wesentlich geringer als bei einem mit Reinstoffkreislaufen arbeitenden Verfahren.
Ferner trägt zur Verkleinerung der beim Wärmetausch auftretenden Temperaturdifferenzen bei, wenn, gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildungsform, die bei der partiellen Kondensation der ersten Stufe anfallende Flüssigkeit in zwei Teilströme aufgeteilt wird, von denen der erste im Wärmetausch mit dem auf den Abscheider der ersten Stufe zuströmenden Gasstrom angewärmt wird, während der zweite Teilstrom der bei |! der partiellen Kondensation der zweiten Stufe anfallenden Flüsj; aigkeit zugemischt und mit dieser angewärmten und verdampft wird.
Il Als Kreislaufmittel wird vorzugsweise ein Gemisch
aus Stickstoff, Erdgas, Äthylen und Propan verwendet.
Dabei soll nach einer besonders vorteilhaften
Weiterbildung des Erfindungsgedankens der Stickstoffanteil überwiegen, so daß das Gemisch zu mindestens 50 # aus Stickstoff besteht. Hierdruch werden die Temperaturdifferenzen beim Wärmetausch zwischen abzukühlendem und anzuwärmendem Kreislaufmittel , vorallem im kalten Teil der Wärmetauscher weiter verkleinert.
ii
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
In der Figur ist ein Schema einer Anlage zur Verflüssigung von Stickstoff dargestellt. Die Anlage besteht im wesentlichen aus einem Stickstoffkompressor 1, einem Kreislaufkompressor 2, Wärmetauschern 3 bis 8, Abscheidern 9 und sowie einer Entspannungsturbine 11.
10 000 Nnr/h Stickstoff von Umgebungstemperatur werden im Kompressor 1 auf 10 bar verdichtet. Nach Abführung der Kompressionswärme durch den Wärmetauscher 3 wird der Stickstoff bis auf seine VerflUssigungstemperatur im Wärmetauscher 4 abgekühlt und im Wärmetauscher 5 verflüssigt. Zur Unterkühlung des flüssigen Stickstoffs ist vorgesehen, dem Stickstoff durch den Wärmetauscher 6 weiterhin Wärme zu entziehen, die an den Turbinenaustrittsstrom der Turbine 11 abgegeben wird. Der flüssige Stickstoff wird in Drosselventil 18 entspannt.
Zur Erzeugung der für den Abkühl- und Verflussigungs-Vorgang benötigten Kälte ist ein Gemischkreislauf vorgesehen: Das Kreislaufgemisch, das folgende Zusammensetzung aufweist,
vorzugsweise
~ N2 30 % - 70 % 40 %
CH^ 20 % - 60 fo 40 %
C2H^ 0 fo - 20 % 10 %
C-JIn 0 % - 20 $ 10 ^
709883/011? '/#
LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
wird im Kompressor 2 auf J5O bar verdichtet und in Wärmetauscher 19 gekühlt. Nach seiner weiteren Abkühlung im Wärmetauscher 7 fallen die schweren Bestandteile des Kreislaufgemisches (Propan, Äthylen) sowie ein geringer Teil des Methans flüssig aus. Der verflüssigte Anteil wird im Abscheider 9 abgetrennt und in zwei Teilströme aufgeteilt. Der erste der beiden Teilströme wird in einem Drosselventil 12 auf den Ansaugdruck des Kompressors 2 entspannt und im Wärmetauscher 7 mit auf den Phasenabscheider 9 zuströmendem Kreislaufgemisch verdampft und an die Saugseite des Kompressors 2 zurückgeführt. Der aus dem Abscheider 9 gasförmig abgezogene Strom wird im Wärmetauscher 8 weiter verflüssigt und partiell kondensiert. Die im Abscheider 10 ausgeschiedene Flüssigkeit, die überwiegend aus Methan besteht, wird in Drosselventilen 13 und lh entspannt und zum einen Teil im Wärmetauscher 5 gegen kondensierenden Stickstoff sowie zu einem anderen Teil im Wärmetauscher 8 im Wärmetausch mit kondensierendem Methan verdampft und nach weiterer Anwärmung in dem Wärmetauscher 4 bzw. 7 zur Saugseite des Kreislaufkompressors 2 geführt. Der obengenannte zweite Teilstrom der im Abscheider 9 anfallenden Flüssigkeit wird im Ventil 15 entspannt und dem im Wärmetauscher 8 zu verdampfenden Flüssigkeitsstrom zugemischt.
Der aus Phasenabscheider 10 gasförmig abgezogene Strom, der überwiegend aus Stickstoff und geringen Mengen Methan besteht, wird in der Turbine 11 arbeiteleistend entspannt. Die dabei entstehende Kälte wird im Wärmetauscher 6
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.A
LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
j; zur Unterkühlung des flüssigen Stickstoffs verwendet. Nach
\ Vermischen mit dem im Ventil 15 entspannten Flüssigkeitsstrom werden beide Ströme gemeinsam durch indirekten Wärmekontakt mit Stickstoff angewärmt und verdampft und zur Saugseite des Kompressors 2 zurückgeführt. Zum Ausgleich der Drücke zwischen dem im Wärmetauscher 8 und dem im Wärmetauscher 5 angewärmten Strom ist eine Druckausgleichsleitung 16 mit einem Rückschlagventil 17 vorgesehen.
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Claims (3)

  1. Patentansprüche
    Jl (1. !"Verfahren zur Verflüssigung von Luft oder Lufthaupt Des tandteilen durch Wärmetausch mit einem Stickstoff und Kohlenwasserstoffe enthaltenden Kreislaufmittel, wobei das Kreislaufmittel in mehreren Stufen abgekühlt und partiell kondensiert wird und die bei der partiellen Kondensation anfallenden flüssigen Anteile entspannt und im Gegenstrom zu abzukühlendem Gemisch wieder angewärmt, verdampft und von neuem komprimiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß der nach der letzten partiellen Kondensation vorliegende gasförmige Anteil arbeitsleistend entspannt und im Wärmetausch mit flüssigem Produkt angewärmt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der partiellen Kondensation der ersten Stufe anfallende Flüssigkeit in zwei Teilströme aufgeteilt wird, von denen der erste im Wärmetausch mit dem auf den Abscheider der ersten Stufe zuströmenden Gasstrom angewärmt wird, während der zweite Teilstrom der bei der partiellen Kondensation der zweiten Stufe anfallenden Flüssigkeit zugemischt und mit dieser angewärmt und verdampft wird.
    709893/0117
    ORIGINAL fNSPECTED
    LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kreislaufmittel ein Gemisch aus Stickstoff, Erdgas, Äthylen und Propan verwendet wird.
    h. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis J5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kreislaufmittel überwiegend aus Stickstoff besteht.
    709883/01
DE19762631134 1976-07-10 1976-07-10 Verfahren zur verfluessigung von luft oder lufthauptbestandteilen Ceased DE2631134A1 (de)

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