DE345760C - Rektifikationssaeule, vornehmlich fuer die Erzeugung von Sprengluft - Google Patents

Description

• Rektifikationssäule, vornehmlich für die Erzeugung von Sprengluft. Als Sprengmittel in Bergwerken usw. dienender flüssiger Sauerstoff von 8o- bis go prozentiger Reinheit wurdt bisher in .der Weise gewonnen, daß man .eine übliche Rektifikationssäule auf verflüssigtes Gas als unteres Produkt und zugleich auf genannten Sauerstoffgehalt dieses unteren Zerlegungsproduktes arbeiten läßt.
• Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Rektifikationssäule, welche aus einem Stickstoffsauerstoffgemisch, als welches nachstehend der Kürze halber immer atmosphärische Luft angenommen sei,' nicht bloß sauerstoffreiche Flüssigkeit obengenanuter Art,. sondern auch Sauerstoff von sozusagen kompressionswürdiger Reinheit erzeugt, so daß den industriellen Werken ein und dieselbe Fraktioniexanlage für die gleichzeitige Gewinnung von Sprengluft und von sehr reinem 'Sauerstoff zum autogenen Schweißen und Schneiden im eigenen Betrieb dienen kann. Statt auf gasförmigen reinsten Nutzsauerstoff kann man dabei .auch auf flüssigen arbeiten.
• Auf der Tatsache fußend, daß der Sauerstoffgehalt, der die Säule durchrieselnden Flüssigkeit von .oben, nach unten zunimmt, wird die eben erwähnte Leistung der Rektifikationssäule dadurch erzielt, daß an derjenigen mittleren Stelle, wo die Flüssigkeit die für ihre.3"erwendung als Sprengluft geeignete Zusammensetzung besitzt, der Säule solche Flüssigkeit .entnommen wird, -.1g unteres Zerlegawgsprodukt aber reiner Sauerstoff. Wider Erwarten hat diese mittlere Flüssigkeitsentnahme keine Schwierigkeiten im Betriebe der Säule zur Folge.
• Ein Beispiel einer solchen. Säule wird durch beiliegende Zeichnung veranschaulicht, irr welcher- man sich die hohlgelassenen Räume der Säule mit .durchlochten Platten ausgestattet oder mit Glasperlen u. dgl, ausgefüllt .oder mit anderer geeigneter Rektifiziereinrichtwag versehen zu denken hat. Die Säule arbeitet nach dem z. B. in den Hazärd-Flamandschen Patentschriften (britisches Patent ;z572o/xgo8, Fis. ,5, und französisches Patent 39488i, Fig. 5) angegebenen; dem bekannten Claudeschen gehr ähnlichen Verfahren, bei welchem zeit der auf das untere Ende der Säule beschränkten (s. Zeichnung) oder auf ,einen 'beliebig großen. Teil. von deren Höhe verteilten Beheizung der die Endprodukte ergebenden., eigentlichen Säule b in Säule a eine Vorzerlegung der zur Heizung dienenden atmosphärischen Luft i verbunden wird, wobei letztere einerseits zu einer rund 3o bis 5o Prozent Sauerstoff :enthaltenden Fraktion g kondensiert wird, welche der eigentlichen Säule b an einer mittleren .Stelle zugeführt wird, und anderseits zu einer aus reinem Stickstoff bestehenden Fraktion, 5, mit welcher man Säule b am oberen Ende beschickt, wodurch u. a. die Gewinnung reinen Stickstoffgases ermöglcht wird. Im übrigen zeigt die Säule b am unteren Ende zwei Auslässe c und d für gasfqrnnigen Nutzsauerstoff 6 bzw. flüssigen Nutzsauerstoff 7, und am oberen Ende einen Auslaß e für den Stickstoff B. Auch die Zerlegungssäule a zeigt zu später erwähntem Zweck einen unteren Ablaß f für die Flüssigkeit g (= Vorzerlegungsprodukt 3). a ist flüssiger Dephlegmierstickstoff der unteren Säule a und 4. (= 5) ebenfalls flüssiger Stickstoff.
• Als wesentliches Merkmal vorliegender Erfindung enthält Säule b an einer mittleren Stelle den Behälter g, aus welchem die Sprengluft io mittels eines Rohres lt entnommen werden kann, welches mit einer Reguliervorrichtung i versehen ist. Wie in der Zeichnung dargestellt, kann diese Entnahmeleitung vor ihrer Aasmündung durch die kältesten, obersten Teile der Rektifikationssäule geführt werden, um die Flüssigkeit zu unterkühlen und dadurch die Verdampfungsverluste bei ihrer Entspannung zu verringern.
• Der erwähnte Behälter g dient zur Erleichterung der Entnahme und zur Aufspeicherung der Sprengluft und besitzt daher vorteilhafterweise einen erheblichen Rauminhalt. Die letztere kann hierdurch in beträchtlicher Menge entnommen werden, sobald Bedarf daran eintritt oder wenn das Gefäß gefüllt ist und entleert werden soll. Die Aufspeicherung kann aber außerdem noch außerhalb des Behälters und des eigentlichen Rektifizierraurries der Säule erfolgen, z. B. in zugleich zum Transport dienenden Flüssigluftgefäßen oder zunächst in einem die Säule i#twä ringförmig umschließenden, mit Ablaß i für Sprengluft ii (= io) versehenen Behälter k, welcher offen oder, wie in der Zeichnung, geschlossen und im letzteren Falle mit einem oberen Luftablaß oz ausgestattet sein kann, welcher überdies an Stelle von i als Entnahmeventil dienen kann.
• Der Sauerstoffgehalt der Sprengluft kann nach ihrer Ableitung und Entspannung durch Vermischung mit flüssigem Sauerstoff 7 erhöht, vor allem aber durch Vermischung mit flüssigem Vorzerlegungsprodukt g (= 3) verringert werden; zu welchem Zweck in der Zeichnung der Verdampfer der Säule b und das untere Ende der Vorzerlegungssäule a mit den schon erwähnten Ablässen d bzw. f versehen sind. Als solche sind aber nicht Ablässe von nur sehr geringer Weite zu betrachten, wie sie bisweilen zur Entnahme von bloßen Proben, dienen.
• Um aber leicht und rasch eine Erhöhung des Sauerstoffgehaltes der Sprengluft herbeizuführenj noch ehe dieselbe aus dem Behälter g abgeleitet ist, bietet sich das folgende Mittel: Die Entnahme von Nutzsauerstoff 6 (oder 7) wird derart verringert, daß der weit größere Teil des Sauerstoffes in die Säule aufwärtsströmt und hierbei eine ausgiebige Heizung des Behälters g und seines Inhaltes herbeiführt, womit eine Verdampfung von Stickstoff und dadurch die gewünschte Anreicherung an Sauerstoff verbunden ist. Diese Heizung läßt sich auf folgende Weisen ausführen A. Die Dämpfe werden mit dem flüssigen Inhalt des Gefäßes g zu unmittelbarer Berührung gebracht, indem man sie durch ihr_ hindurchbläst, wobei die gewünschte Märmeabgabe und dadurch fraktionierte Verdampfung in vollkommenstem Maße erfolgt. Zu dem Zweck sind auf der Zeichnung die das Gefäß durchziehenden Rohre n mit oben geschlossenen, robrförmigen Hauben o überstülpt, welche mit ihrer unteren Öffnung unter den tiefsten Flüssigkeitsstand tauchen. Um eine gewisse, regulierbare Menge Flüssigkeit auch durch den unteren Säulenteil abwärtszuführen, ist dieser auf der Zeichnung mit dem Innenraum des Gefäßes g durch ein von dessen Boden ausgehendes Rohr verbunden, durch welches mit Hilfe eines Ventils q eine regelbare Flüssigkeitsmenge in den, unteren Säulenteil weiterfließt. Dieselbe bleibt unabhängig vom Flüssigkeitsstand ziemlich konstant, da in gleichem Maße wie der letztere sich auch der Gegendruck im unteren Säulenteil verändert.
• Diese mit Haubenverschluß versehenen Rohre 7a können auch dauernd dazu dienen, in nötiger Menge Dämpfe aus dem unter g gelegenen Säulenteil in den darüberliegenden überzuführen, jedoch hat dies den wennschon nur sehr geringfügigen Nachteil zur Folge, daß von den Dämpfen dauernd ein dem Flüssigkeitsstand in g entsprechender - überdies wechselnder - Gegendruck überwunden werden maß. . Derselbe beträgt z. B. für 3o cm Flüssigkeitshöhe rund 1/" Atm. Dieser kleine Nachteil läßt sich dadurch beseitigen, daß jene Rohre u nur im Bedarfsfall zu der besprochenen Beheizung dienen, zur rektifikationsgemäßen Überleitung von Dampf aber dauernd ein Rohr (oder Rohre) r, welches entweder als Umführung ausgebildet ist (s. Zeichnung) oder, beiderseits offen, in achsialer Richtung durch den Behälter g hindurchgeführt ist. Allerdings maß dieses Rohr v verschließbar sein (durch Ventil oder auch nur Drosselklappe s), um im Bedarfsfall die Rohre n zur Wirkung bringen zu können.
• B. Die Dämpfe werden mit dem Gefäßinhalt nur zu mittelbarer, dabei aber möglichst großflächiger Berührung gebracht. Zu diesem Zweck kann man die Dämpfe am Boden des Gefäßes hinstreichcii lassen oder vor allem durch viele, oben offene und über dem Höchststand der Flüssigkeit mündende Rohre aufwärts führen, die zwecks Oberflächenvergrößerung Schrauben-oder spiralförmig gewunden sein können. Zur Weiterleitung von Flüssigkeit nach unterhalb g dient ebenfalls das unter A beschriebene, mit Regulierventil q ausgestattete Rohr P, wohingegen im Vergleich zur Beheizungsweise A kein besonderes Rohr r für die Aufwärtsführung von Dampf ir. Frage kommt.
• Man könnte meinen, daß zur Verringerung des Sauerstoffgehaltes der Flüssigkeit io des Auffangbehälters g eine Verstärkung dar Entnahme von unterem Produkt 6 (oder 7, Sauerstoff) dienen könne. Im ganzen genommen wäre dies aber ein großer Mißgriff, da durch diese verstärkte Entnahme der untere Nutzsauerstoff 6 (oder 7) so stickstoffr3ich wird, daß -er unbrauchbar wäre. Für genannten Zweck kommt daher nur die an früherer St.ale besprochene Methode in Frage, nämlich die Vermischung mit flüssigem Vorzerlegungsprodukt g.
• Wie schon angedeutet, könnte der Zeichnung statt der Hazard-Flamandschen ebenso gut eine Claudesche Rektifikationssäule zugrunde gelegt werden oder aber z. B. eine Lindsche, wenn man auf Vorzerlegung mit ihrem eben wiederholten Vorteil verzichtet, den Sauerstoffgehalt der Sprengluft usw. mit Hilfe von Vorzerlegungsprodukt verringern und dadurch regulieren zu können.
• Vorstehende Ausführungen gelten nicht bloß für Sprengluft, sondern auch für flüssige Luft von gleichfalls hohem Sauerstoffgehalt, wie sie besonders in Kohlenbergwerken bei Schlagwetterexplosionen und auf Luftschiffen _ und Flugzeugen in großen Höhen als Atmungsluft verwendet wird, und ferner für sauerstoffreiches, verflüssigtes Gas, welches durch längeres Lagern und hierbei durch die unvermeidliche Verdampfung seinen Sauerstoffgehalt noch so sehr steigern soll, daß es für technische Zwecke, wie besonders zum autogenen Schweißen und Schneiden, bei denen sehr reiner Sauerstoff erforderlich ist, verwendbar wird. Anstatt nämlich hierfür reinstes Sauerstoffgas darzustellen und dieses in Stahlflaschen zu komprimieren oder durch Rohre unter geringem Druck den Verbrauchsstellen zuzuführen, kann man mit der Rektifikationssäule als unteres Produkt auch sauerstoffreiche, jedoch noch 5 bis 15 Prozent Stickstoff enthaltende Flüssigkeit erzeugen, um sie in den bekannten Flüssigluftgefäßen aufzubewahren und zu versenden und sie darin, durch die unvermeidliche Verdunstung von selbst genügend sauerstoffreicher werden zu lassen. Dadurch, daß die Flüssigkeit beim Einfüllen in die Transportgefäße zunächst noch stark stickstoffhaltig ist, sind. dies auch die Dämpfe, wodurch die Verluste an Sauerstoff, dem hier wertvolleren Zerlegungsprodukt, beträchtlich vermindert werden. Die in Rede stehende Verdampfung kann im Bedarfsfall beschleunigt werden, z. B. durch Hineinstecken von Metallstäben in die Flüssigkeit, welcher dadurch in verstärktem Maße Wärme der äußeren Atmosphäre zugeführt wird. Die Erfindung bezieht sich nicht bloß auf die Gewinnung von Sprengluft u. dgl. aus Stickstoffsauerstoffgemischen, sondern läßt sich ohne weiteres auf die entsprechende Zerlegung von anderen Gasgemischen schwerverflüssigbarer Gase übertragen.

Claims (3)

1. PATENT-ANSPRÜcHE: r. Rektifikationssäule (b) zur Zerlegung von atmosphärischer Luft und anderen Gasgemischen, dadurch gekennzeichnet, daß an einer mittleren Stelle der Säule ein Auffangbehälter (g) mit Ablaßvorrichtung (1a, i) zur Entnahme von flüssigem, schwererflüchtigem Produkt (io, gegebenenfalls Sauerstoff) in geeigneter Reinheit und in die Menge bloßer Proben weit übersteigender Menge angebracht ist und daß die Entnahmeleitung (h) zum Zwecke ihrer Unterkühlung vorzugsweise durch die kältesten Teile der Säule geführt ist.
2. 2. Ausführungsform des Auffangbehälters (g) nach Anspruch =, dadurch gekennzeichnet, daß in ihm die aus dem Barunterliegenden Säulenteil aufsteigenden (gegebenenfalls sauerstoffreichen) Dämpfe durch seinen, flüssigen Inhalt hindurchstreichen, und zwar in unmittelbarer Berührung mit ihm (z. B. mittels Rohrsystems n, o) und hierbei zum alleinigen Zwecke seiner direkten Beheizung durch die Dämpfe und dadurch fraktionierten (gegebenenfalls sauerstoffanreichernden) Verdampfung, nicht aber zum Zwecke des Austausches von Bestandteilen zwischen der Flüssigkeit und den Dämpfen, und daß durch ein den unteren Teil des Auffangbehälters (g) mit dem Barunterliegenden Teil der Rektifikationssäule (b) verbindendes, mit Reguliervorrichtung (q) versehenes Rohr ein Teil der dem Behälter zuströmenden Flüssigkeit kontinuierlich in den Barunterliegenden Rektifizierraum der Säule (b) weiterfließt.
3. 3. Verfahren zur Verstärkung des Gehaltes der Flüssigkeit des Auffangbehälters (g) am schwererflüchtigen Bestandteil (gegebenenfalls Sauerstoff) mit Hilfe fraktionierter Verdampfung, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahme von unterem, reinstem, gasförmigem (oder flüssigem) Nutzprodukt (6 bzw. 7 (gegebenenfalls Sauerstoff) vorübergehend gedrosselt oder ganz abgestellt und im Zusammenhange hiermit eine starke, Beheizung der Flüssigkeit des Auffangbehälters (g) durch aufwärtsgeführte Dämpfe herbeigeführt wird. .l. Ausführungsform der Rektifikationssäule nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Beheizungseinrichtung zu einer Vorzerlegungssäule (a) ausgebildet ist, welche an ihrem unteren Ende mit einem Ablaß(,f) zur Entnahme flüssigen (gegebenenfalls sauerstoffreichen) Vorzerlegungsproduktes (o) in die Menge bloßer Proben übersteigenden Mengen versehen ist, welches Vorzerlegungsprodukt (g) durch Vermischung mit Flüssigkeit (ro, gegebenenfalls Sprengluft u. dgl.) des in vorstehenden Ansprüchen besprochenen, mittleren Auffangbehälters (,,) zur Verringerung und daher Regelung des Gehaltes letzterer Flüssigkeit (ro) am schwererflüchtigen Bestandteil (gegebenenfalls Sauerstoff) dient.