DE3307181A1 - Verfahren und vorrichtung zur zerlegung von luft - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur zerlegung von luft

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Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur Zerlegung von Luft
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zerlegung von Luft durch Tieftemperaturrektifikation, bei dem ein Teil der zu zerlegenden Luft verdichtet, abgekühlt und der Rektifikation zugeführt wird, während ein zweiter Teil der Luft auf einen höheren Druck verdichtet, abgekühlt und in Wärmetausch mit einer verdampfenden, in flüssigem Zustand verdichteten Fraktion aus der Rektifikation verflüssigt, entspannt und ebenfalls der Rektifikation zugeführt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Ein Verfahren der genannten Art ist in der DE-PS 25 57 453 beschrieben. Es dient zur Gewinnung von gasförmigem Sauerstoff aus Luft, wobei der Sauerstoff in flüssiger Form aus der Niederdruckstufe der Rektifikation entnommen, in Wärmetausch mit dem auf den höheren Druck verdichteten Teilstrom der zu zerlegenden Luft verdampft und, nach Anwärmung gegen die eintretende Luft, einem Verbraucher zugeführt wird.
  • Diese Verfahrensweise ermöglicht es, den Sauerstoff unter erhöhtem Druck zu verdampfen. Der Luft-Nachverdichter ist von einer Entspannungsturbine angetrieben, in der ein als Ausgleichsstrom der Druckstufe der Rektifikation entnomme- ner Gasstrom entspannt wird.
  • Das beschriebene Verfahren läßt sich jedoch nicht zur Gewinnung von reinem Stickstoff anwenden. In diesem Fall würde nämlich für die arbeitsleistende Entspannung als Restgas nur eine relativ kleine Gasmenge unreinen Sauerstoffes zur Verfügung stehen. Damit diese kleine Gasmenge trotzedem die nötige Kälte liefert, müßte das Druckgefälle an der Turbine und damit der Druck bei der Rektifikation erhöht werden, was jedoch die Ausbeute an Stickstoff verschlechtert und außerdem apparativ sehr aufwendig ist.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Luftzerlegung der eingangs genannten Art zu entwickeln, mit dem auf energetisch günstige Weise hochreiner Stickstoff erzeugt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rektifikation Stickstoff als Produkt entnommen und daß die verdampfte Fraktion aus der Rektifikation arbeitsleistend entspannt und anschließend in Wärmetausch mit eintretender Luft erwärmt wird.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Gasstrom aus der Rektifikation arbeitsleistend entspannt, der unter einem höheren als dem in der Rektifikation herrschenden Druck steht. Dieser Verfahrensstrom ist in flüssiger Form auf den Druck gebracht worden, der für die Bereitstellung der erforderlichen Kälte leistung bei der Entspannung benötigt wird. Im Gegensatz zu dem eingangs beschriebenen Verfahren dient die Verdichtung des zweiten Teilstroms der zu zerlegenden Luft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verbesserung der Kälte leistung.
  • Durch die erfindungsgemäße Verfahrensführung steht ein ausreichendes Druckgefälle bei der arbeitsleistenden Entspannung zur Erzeugung der für die Luftzerlegung benötigten Kälte zur Verfügung, ohne daß hierzu der Druck bei der Rektifikation angehoben werden muß oder sich die Ausbeute an Stickstoff verschlechtert. Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit in hohem Maße wirtschaftlich.
  • Die besondere Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich vor allem dann, wenn der Stickstoff unter erhöhtem Druck gewonnen wird, insbesondere wenn das Stickstoffprodukt bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens einen Druck von mindestens 2 bar aufweist.
  • Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die flüssige Fraktion aus dem Sumpf der Niederdruckstufe einer zweistufigen Rektifikation entnommen.
  • Dort steht eine mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit zur Verfügung. Der Stickstoff wird in diesem Fall vom Kopf der Niederdruckstufe entnommen.
  • Es erweist sich als zweckmäßig, wenn gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens die verdampfte Fraktion vor ihrer Entspannung vorgewärmt wird.
  • Mit dieser Maßnahme werden Flüssigkeitsschläge in der Entspannungsmaschine vermieden und der Wirkungsgrad der Entspannung verbessert.
  • Insbesondere ist es von Vorteil, wenn das Vorwärmen in derselben Wärmetauscheinrichtung erfolgt, in der die eintretende Luft abekühlt wird, wobei die verdampfte Fraktion an einer Zwischenstelle der Wärmetauscheinrichtung entnommen wird.
  • Mit Zwischenstelle wird eine Stelle bezeichnet, die zwi- schen dem kalten und dem warmen Ende der Wärmetauscheinrichtung liegt.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes wird vorgeschlagen, daß der zweite Teil der zu zerlegenden Luft nach seiner Verdichtung in Parallelführung mit dem ersten Teil der zu zerlegenden Luft abgekühlt, jedoch mit einer höheren Temperatur als dieser aus der Wärmetauscheinrichtung entnommen wird.
  • Auch der zweite Teilluftstrom wird somit an einer Zwischenstelle aus der Wärmetauscheinrichtung entnommen.
  • Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Entnahmestelle des zweiten Teils der zu zerlegenden Luft näher am kalten Ende der Wärmetauscheinrichtung als diejenige der verdampften Fraktion liegt.
  • In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, daß die zu zerlegende Luft in einem Adsorber gereinigt und der Adsorber durch die erwärmte verdampfte Fraktion regeneriert wird.
  • Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Luftverdichter, einer nachfolgenden Wärmetauscheinrichtung und eine daran anschließende Rektifiziersäule, wobei eine zwischen dem Luftverdichter und der Wärmetauscheinrichtung angeschlossenen Zweigleitung über einen Zusatzverdichter in einen separaten Strömungsweg der Wärmetauscheinrichtung und von dort in einen Kondensator-Verdampfer mündet, dessen Kondensator mit der Rektifiziersäule verbunden ist, und wobei ein Flüssigkeitssammelraum der Rektifiziersäule über eine Pumpe mit dem Verdampfer des Kondensator-Verdampfers verbunden ist, die dadurch

Claims (9)

  1. Patentansprüche 1.}Verfahren zur Zerlegung von Luft durch Tieftemperaturrektifikation, bei dem ein Teil der zu zerlegenden Luft verdichtet, abgekühlt und der Rektifikation zugeführt wird, während ein zweiter Teil der Luft auf einen höheren Druck verdichtet, abgekühlt und in Wärmetausch mit einer verdampfenden, in flüssigem Zustand verdichteten Fraktion aus der Rektifikation verflüssigt, entspannt und ebenfalls der Rektifikation zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Rektifikation Stickstoff (14) als Produkt entnommen und daß die verdampfte Fraktion (15) aus der Rektifikation arbeitsleistend entspannt und anschließend in Wärmetausch mit eintretender Luft erwärmt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stickstoff-Produkt (14) einen Druck von mindestens 2 bar aufweist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Fraktion aus dem Sumpf der Niederdruckstufe (8) einer zweistufigen Rektifikation entnommen wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verdampfte Fraktion (15) vor ihrer Entspannung vorgewärmt wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorwärmen in derselben Wärmetauscheinrichtung (6) erfolgt, in der die eintretende Luft abgekühlt wird, wobei die verdampfte Fraktion (15) an einer Zwischenstelle der Wärmetauscheinrichtung (6) entnommen wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil (5) der zu zerlegenden Luft nach seiner Verdichtung in Parallelführung mit dem ersten Teil (4) der zu zerlegenden Luft abgekühlt, jedoch mit einer höheren Temperatur als dieser aus der Wärmetauscheinrichtung (6) entnommen wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahmestelle des zweiten Teils (5) der zu zerlegenden Luft näher am kalten Ende der Wärmetauscheinrichtung (6) als diejenige der verdampften Fraktion (15) liegt.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zu zerlegende Luft in einem Adsorber (3) gereinigt und der Adsorber (3) durch die erwärmte, verdampfte Fraktion (15) regeneriert wird.
  9. 9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Luftverdichter, einer nachfolgenden Wärmetauscheinrichtung und eine daran anschließende Rektifiziersäule, wobei eine zwischen dem Luftverdichter und der Wärmetauscheinrichtung angeschlossene Zweigleitung über einen Zusatzverdichter in einen separaten Strömungsweg der Wärmetauscheinrichtung und von dort in einen Kondensator-Verdampfer mündet, dessen Kondensator mit der Rektifiziersäule verbunden ist, und wobei ein Flüssigkeitssammelraum der Rektifiziersäule über eine Pumpe mit dem Verdampfer des Kondensator-Verdampfers verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer an eine Entspannungsmaschine (16) angeschlossen ist, deren Ausgang mit der Wärmetauscheinrichtung (6) verbunden ist.
    10« Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannungsmaschine (16) mit dem Zusatzverdichter (9) gekoppelt ist.
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