DE2734934C3 - Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft - Google Patents

Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft

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Description

Die Erfindung bcuifft ein Verfahren /urTieftcmperatur/crlegung von Luft bei dem ein Teil der /u zerlegenden Luft in mindestens einem umschalibarcn Regeneratorpaar 'lurch Wärnietausch mil einem Teil der Zerlegungsprodukte gekühlt wird, wobei Verunreinigungen auskondensieren, während ein anderer Teil dor /u /erlegenden Luft wjucrvcrdichtci. durch Adsorption gereinigt und in einet. Wärmelauscher durch Wärmetausch mil einem anderen Teil der Zerlegungsprodukle gekühlt wird, wonach beide Teil ströme der Tieftcnipcraiur/crlegung zugeführt werden.
Ein derartiges Verfahren Ki durch die DKAS Il 59 971 vorbckanni. Dort werden die Regeneratoren mil Stickstoff gespült. Aus dem /um Spülen der Regeneratoren verwcndeien Slicksioffsirom wird an den Regeneratoren ein Tcilslrom abge/weigi und mil dem /um Kühlen des komprimierten Teils der Eintrittslufl verwendeten Slicksioffsirom /wischen den beiden zur Kühlung verwcndeien Wärmetauschern vermischt. Damit die in den Regeneratoren abgelagerten Verunreinigungen sublimieren können, muß das Spülgas einen kleineren Druck als die vorher durchgeleilele Luft bcsil/cn. Aufgrund des geringeren Drucks des Spülgases verlaufen die Abkühl- und Anwärnikurven der /ugeführten Lufl b/w. des Spülgases verschieden, so daß sich cm sogenannter »Anwärmübcrschiiß« ergibt.
Die beschriebene Verfahriingsfühmng weist den Nachteil auf. daß in der Praxis der Druck des in den Regencralorcn abge/weigien Siicksioff-Tcilsiroms nicht mehr ausreichen würde, den Sirömunt,svviderstand der zusätzlichen Leitungen und der in der schematischen Zeichnung nicht dargestellten Ventile /u überwinden. Es ist daher in den meisten Fällen erforderlich, den Druck dieses Slickstoffanlcils zu erhöhen. Die dazu erforderliche Kompressionsenergie erhöht jedoch die Verfahrenskosiett sowie die Kosten für die zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen Vorriclv tungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem unter Ausnutzung des erwähnten Anwärmüberschusses die Verfahrenskosten gesenkt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aus dem das Regeneratorpaar durchfließenden Luftstrom vor Beendigung des Wärmelauschprozesses ein Teilstrom abgezweigt, dem Wärmetauscher zur Abkühlung des weiterverdichteten Teilstroms der zu zerlegenden Luft an einer Zwischenstelle zugeführt, in
ίο einem separaten Strömungsquerschnilt dieses Wärmetauschers im Wärmetausch mit dem komprimierten und gereinigten Teil der Eintrittsluft srwärml und nach seiner Erwärmung dem anderen Teil der zu zerlegenden Luft vor dessen adsorptiver Reinigung zugemischt wird.
Beim erfindung^gemäßen Verfahren wird der aus den Regeneratoren abgezweigte Teilsirom der Luft in einem separaten Strömungsquerschnitt des Wärmetauschers für den weiterverdichteten Teilstrom der zu zerlegenden Luft geführt. Dadurch ist es möglich, in besonders energiesparender Weise die Eintrittsluft zur Übertragung des Anwärmüberschusses zu verwenden.
Die DE-A.S Il 54 971 kann hierfür keine Anregungen liefern. Bei der dort beschriebenen Verfahrensführung ist es nämlich nicht möglich, anstelle des Siickstoff-Stromcs einen Luflstrom aus den Regeneratoren abzuzweigen, weil dieser den über Leitung 23 abgezogenen Stickstoff verunreinigen würde.
Die Erfindung wi.-d anhand eines schemalisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.
to Hierbei zeigt die Figur eine crfindungsgcmäße Anlage zur Tieftemperatur/erlegung von Lufl.
In der Figur ist die der erfindiingsgcmäßcn Anlage nachgeschaltete Anlage, in der die gereinigte Lufl bei tiefer Temepralur in ihre Bestandteile Sauerstoff und
Vi Stickstoff /erelgl wird, der Einfachheil halber weggelassen, da sie nk'hl Cicgensiand der Erfindung ist.
Liner crfindungsgemaßen Anlage wird über eine Leitung I verdichieie I. Γι mil einem DrucK von obar und einer Temperatur von 20 ( zugeführt. Durch Leitung 2 wird ein Teil der zu zerlege-dcn Lufl — elwa TbPIn der über 1.ellung I zugeführlcn Lufl — über ein Ventil 4 einem Regenerator 6 zugeführt, dorl auf
— 173 C abgekühlt und über ein umschalibares Venül 8 und eine l.eilung 10 einer l.uft/erlegungsaniagc zugeführt. Beim Abkühlen der Lufl im Regenerator β kondensieren die V' Minreinigungen aus. so daß sich Eis und Kohlensäureschnee ablagern.
Der andere Teil der zu zerlegenden Lufl - elwa 24% der über Leitung I zugeführten Lufl — wird über ein Ventil 11 einem Turbokomprcxxur 12 zugek-ilel und auf 7,2 bar verdichtet. Die verdichtete Lufl wird 'ibei ein Ventil 1} zur Entfernung von Wasser. CC), und anderen Verunreinigungen durch einen Molekularsicbadxorbcr 15 geführt. Von da gelangt sie über ein Venlil 17 nncf cmc Leitung 19 in einen Wärmetauscher 20. wird auf
— 17 3 C abgekühlt und ebenfalls der l.uflzcrlcgungsan lage zugeführt.
Erfindungsgemäß wird ein Teilsirom der dem Regenerator 6 zugeführten i.uft vor Beendigung des
fio Wärmetauschprozesses an einer Stelle 21 des Regenerators 6 abgezweigt. Die Luft, die dabei cm Temperatur von — I25°C erreicht hai, witJ über ein Venlil 23 und eine Leitung 25 bei 44 in den Wärmetauscher 20 eingeführt. Der Tcilslfom wird im Wärmetauscher 20 auf 200C angewärmt und anschließend vor dem Türbokömprcssor 12 der über Leitung 1 zugeführten Luflzugemischl.
Der Anwärmüberschuß wird auf das durch den
Wärmetauscher 20 durch Leitung 19 fließende Druckgas übertragen, von dem an einer weiteren Zwischenstelle 26 des Wärmetauschers 20 ein Teilstrom — etwa 12% der über Leitung 1 zugeführten Gesamtluftmenge — mit einer Temperatur von — 145°Cüber eine Leitung 27 entnommen, in einem Expander 28 zur Deckung von Kälteverlusten arbeitsleistend auf 1,3 bar entspannt und der Zerlegungsanlage zugeführt wird.
Einem dem Regenerator S parallel geschalteten Regenerator 7 wird zur Reinigung über eine Leitung 29 m und Ventil 9 unreiner Stickstoff mit einer Temperatur von —176°C und einem Druck von 1,2 bar aus der Zerlegungsanlage zugeführt. Der mit den Verunreinigungen beladene Stickstoff wird über Ventil 3 t und eine Leitung 32 mit einer Temperatur von 18°C und einem Druck von ca. 1 bar aus der Anlage ubgezogen.
Ein Teil des unreinen Stickstoff- aus der Luftzerlegungsanlage wird auch noch zum Wärmeausgleich im Wärmetauscher 20 verwendet. Dazu wird dieser Teil von Leitung 29 über eine Zweigleitung 33 im Wärmetauscher 20 auf 200C angewärmt. Anschließend wird er einem dem Molekularsiebadsorber 15 parallel geschalteten Molekulnrsiebadsorber 16 über einen Elektroerhitzer 42 und ein Ventil 35 zu dessen Regenerierung zugeleitet. Die Regelung der Durchflußmenge durch den Elektroerhitzer 42 geschieht über ein Ventil 40, das in Leitung 33 eingebaut ist. Nach dem Adsorber 16 wird der unreine Stickstoff über ein Ventil 37 und eine Leitung 39 aus der Anlage abgeführt.
Zum Ausgleich der Wärmebilanz im Wärmetauscher 20 wird Produktsauerstoff mit einer Temperatur von -178° C und einem Druck von 1,35 bar über eine Leitung 43 durch denWärmeiauscher 20 geführt, dabei auf 20°C angewärmt und dann aus der Anlage abgezogen.
Es versteht sich für den Fachmann von selbst, daß die Funktionen der Regeneratoren 6 und 7 mit den ihnen zugeordneten Ventilen, Leitungen und Abnahmestellen (4, 30, 8, 23; 2; 21 bzw. 5, 31, 9, 24; 3; 22) periodisch gewechselt werden, ebenso wie die der Adsorber 15 und J6 mit ihren Ventilen und Leitungen (13, 17, 34, 36: 38 bzw. 14,18,35,37; 39).
Hieuu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei dem ein Teil der zu zerlegenden Luft in mindestens einem umschaltbaren Regeneratorpaar durch Wärmetausch mit einem Teil der Zerlegungsprodukte gekühlt wird, wobei Verunreinigungen auskondensieren, während ein anderer Teil der zu zerlegenden Luft weiter verdichtet, durch Adsorption gereinigt und in einem Wärmetauscher durch Wärmetausch mit einem anderen Teil der Zerlegungsprodukte gekühlt wird, wonach beide Teilströme der Tieftemperaturzerlegung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem das Regeneratorpaar (6, 7) durchfließenden Luftstrom vor Beendigung des Wärmetauschprozesses ein Teilstrom abgezweigt, dem Wärmetauscher (20) an einer Zwischenstelle (44) zugeführt, in einem separaten Strömungsquerschniu des Wärmetauschers (20) im Wärmetausch mit dem komprimiencn und gereinig.-.n Teil der Eintrittsluft (19) erwärmt und nach seiner Erwärmung dem anderen Teil der /ii /erlegenden Luft vor dessen adsorptiver Reinigung /ugemischl wird.
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