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Verfahren zur Trennung von Gasgemischen. Der Gegenstand der vorliegenden
Erfindung betrifft eine Neuerung in dem Verfahren zur gleichzeitigen Gewinnung technisch
reinen Sauerstoffs und Stickstoffs aus atmosphärischer Luft. Dies Verfahren kann
auch zur Trennung anderer Gasgemische in ihre Bestandteile dienen, beispielsweise
von Wassergas in Wasserstoff und die höher siedende Gasmenge, und sinngemäße Anwendung
auf Axgongewinnung und Dreistoffgemische finden.
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Das wesentliche Merkmal des Verfahrens besteht darin, daß die aus
der Sauerstoffsäule (Abtriebssäule) abziehenden, nur wenig schwersiedende Bestandteile
enthaltenden Däi@npfe und frisches, gereinigtes und vorgekühltes Gemisch in die
Stickstoffsäule (Verstärkungssäule) eingeführt werden. Hierdurch wird der sich bildenden
Flüssigkeit des Leichtsiedenden (Stickstoff) so viel Schwersiedendes (Sauerstoff)
zugeführt, daß gleichzeitige Trennung des Leicht- und Schwersiedenden ermöglicht
wird. Man reichert also nach vorliegendem Verfahren planmäßig durch das an Sauerstoff
arme Gasgemisch der Sauerstoffsäule und durch vorgekühlte frische Luft (Niederdruckluft)
die Dephleginationssäule (Stickstoffsäule) an Sauerstoff etwas an und unterwirft
darin das erhaltene Gemisch einer Rektifikation und Dephlegmation.
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Die einfachste Ausführungsform einer zur gleichzeitigen Erzeugung
von Sauerstoff und Stickstoff dienenden Vorrichtung ist in der Zeichnung schematisch
veranschaulicht.
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Danach gestaltet sich der Arbeitsgang folgendermaßen: Frische gereinigte
Niederdruckluft vonungefähr 1,5 bis 5 Atmosphären Spannung wird unten und
oben in die Vorrichtung bei
s in einen außen vom Zvlinderniantel
u, innen vom Zylinderinailtel iri begrenzten ringförinigen Rauire t1 eingeführt.
Dieselbe strömt etwa in der Mitte des Mantels u, durch Durchbrechungen t in einen
zweiten von den Hohlzylindern -ra und cr., begrenzten Mantelraum t.., in welchem
sich der noch zu beschreibende -Gegenstromaustauscher 7t für hochgespanntes Gas
befindet. Der Mantel u., ist oben und unten finit Durchbrechungen v. versehen. Durch
diese fließt die Niederdruckluft, welche am Austauscher n vorgekühlt wird, nach
oben und unten ab und in den dritten 'Hantelraum t. zwischen Mantel u. und Trenner
a. Aus diesem Raum t. gelangt die Niederdruckluft weiter vorgekühlt durch Durchbrechungen
v in den Raum w des Trenners a, die in demselben befindlichen Röhren
i
umfließend, und von dort durch Öffnungen in den Raum g, aus diesem nach
oben in den Raum g, und von diesem durch Leitung h und in in den Gegenstroinaustauscher
ii, die darin befindlichen Hochdruckleitungen o1 Umspülend, und aus diesem schließlich
bei p teilweise ins Freie oder zum Verbrauchsort, teilweise durch Leitung o zu einem
Hochdruckverdichter, welcher sie in die Hochdruckleitungen o1 des Austauschers za
drückt. @'on dort aus tritt die Hochdruckluft vorgekühlt in die Leitung c, welche
im Raum e, dem Sauerstoffverdampfer, zu einer Spirale c1 und im Raume ex, dem Flüssigluftverdampfer,
zu einer Spirale c. ausgebildet ist, und dann von c., aus in das Rohr b, das oben
mit einem Drosselventil d versehen ist.
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Die Hochdruckluft wird durch Ventil d entspannt, kühlt sich dadurch
ab, bis schließlich Verflüssigung eintritt, strömt aus Strahldüse d1 in eine durch
Öffnungen f mit dem Raum f1 oberhalb der Abtriebssäule in Verbindung stehende Saugkammer
1, saugt aus dieser Niederdruckluft an und treibt sie durch Gebläseleitung g. in
den Raum g. Im Raum g iiiischt sie sich mit der aus v1 in den Raum g eingeführten
Niederdruckluft und strömt mit dieser zusammen durch den Gegenstromaustauscher n,
wie oben bereits beschrieben ist.
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Nach Durchkühlung der Vorrichtung bis zur Verflüssigung tritt aus
dem Strahlrohr (Düse) d1 ein Gemisch aus flüssiger Luft und Luftdämpfen in das Gebläserohr
g., und aus dieseln in den Raum g. Die gebildete flüssige Luft fließt
in den Flüssigluftverdampfer e; hinab, sammelt sich daselbst an, wird durch Steigeleitungen
1a (etwa 9 Rohre von ungefähr 5 inin lichtem Durchmesser) in den Rauire f1 durch
öffnungen gi geschafft, fließt dann durch die Leitungen <: hindurch in den Sauerstoffverdampfer
c hinab, von welchem aus ein Teil der durch die Heizspirale c1 erzeugten Dämpfe
durch Rohre i nach oben in den Raum fi, ein anderer Teil durch Sauerstoffleitung
q in die im Austauscher n angeordnete Leitung r und von dieser nach
Abgabe der Kälte zum Gebrauchsort gelangt.
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Die Wirkungsweise des vorbeschriebenen Arbeitsverfahrens besteht nun
darin, (laß durch die Verdampferspirale c. im Raum ei ein großer Teil des Stickstoffs
aus der Flüssigkeit abgedampft und so durch die Steigrohre h stets sauerstoffreiche
Flüssigkeit oben bei f1 durch Öffnungen g1 auf die Sauerstoffsäule aufgegeben wird.
Hierdurch wird erinöglicht, daß im Verdampfer e schließlich durch Rektifikation
in den Röhren i sich nur technisch reiner flüssiger Sauerstoff ansammelt und durch
q und r reiner gasförmiger Sauerstoff abgeführt wird. Andererseits entweicht aus
Raum g infolge der Rektifikation= in Raum w und infolge der Dephlegination im Raum
g schließlich immer an Sauerstoff ärmer werdendes stickstoffreiches Gemisch durch
k, m und Austauscher n nach der Sangleitung o für den Hochdruckverdichter. Es wird
demnach schließlich aus dem Drosselventil d eine an Säuerstoff immer ärmer werdende
Stickstoffflüssigkeit entspannt. Es kann daher im Raum g im Dauerbetriebe durch
Dephlegmation gasförmiger Stickstoff oben nach h entweichen.