DE3834793A1 - Verfahren zur gewinnung von rohargon - Google Patents

Verfahren zur gewinnung von rohargon

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von gasförmigem Rohargon durch Tieftemperaturrektifikation von Luft, bei dem Luft verdichtet, vorgereinigt, abgekühlt und der Druckstufe einer zweistufigen Rektifikation zugeführt wird und bei dem im Anschluß an die zweistufige Rektifikation Rohargon in flüssigem Zustand gewonnen wird.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 34 28 968 bekannt, bei dem Rohargon flüssig aus dem Kopf einer Rohargonsäule entnommen oder nach der Entnahme aus einer Rohargonsäule verflüssigt wird. Das flüssige Rohargon erfährt eine Druckerhöhung unter Ausnützung seines hydrostatischen Potentials, um das im allgemeinen ungefähr unter Atmosphärendruck gewonnene Rohargon auf den zur Weiterverarbeitung notwendigen Druck von ungefähr 3,5 bis 5 bar zu bringen. Diese Verfahrensweise bietet den Vorteil, daß eine - beispielsweise bei gasförmiger Entnahme des Rohargons benötigte - eigene Maschine zur Verdichtung des Rohargons eingespart werden kann.
Das unter erhöhtem Druck stehende Rohargon muß für die Reinargongewinnung verdampft werden. Die Verdampfungskälte wird beim Verfahren der DE-OS 34 28 968 durch Wärmetausch mit Stickstoff abgeführt. Ein solcher Prozeßstrom steht jedoch bei einer Niederdruckanlage, bei der die Luft auf etwa 6 bar verdichtet wird, nicht unter einem solch hohen Druck zur Verfügung, daß er gegen das bei erhöhtem Druck zu verdampfende Rohargon verflüssigt werden könnte, so daß lediglich die Wärmekapazität des gasförmigen Stickstoffs und nicht seine latente Wärme zum Abführen der Verdampfungskälte des Rohargons zur Verfügung steht. Dadurch muß der Wärmetauscher zur Rohargonverdampfung relativ groß ausgeführt werden. Außerdem der Rektifikation eine zur flüssig entnommenen Rohargonmenge äquivalente Menge an Flüssigkeit zugeführt werden, für die an anderer Stelle zusätzlich Kälte erzeugt werden muß.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art zur Gewinnung gasförmigen Rohargons unter erhöhtem Druck zur Verfügung zu stellen, bei dem insbesondere eine hohe Produktausbeute mit geringem Aufwand an Energie und Apparatur erreicht wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Teilstrom der Luft vor dem Abkühlen abgezweigt, nachverdichtet, abgekühlt und anschließend teilweise arbeitsleistend entspannt und der Niederdruckstufe der Rektifikation zugeführt wird und daß ein Teil der nachverdichteten Luft vor dem Entspannen abgezweigt und in Wärmetausch mit flüssig gewonnenem Rohargon gebracht wird.
Die Nachverdichtung eines Teilstromes der Luft ist an sich aus der DE-PS 28 54 508 bekannt. In dem dort beschriebenen Verfahren, bei dem keine Rohargongewinnung angeschlossen ist, wird die gesamte nachverdichtete Luft arbeitsleistend entspannt. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird die unter erhöhtem Druck stehende Luft auch dazu ausgenutzt, Wärme an flüssiges Rohargon abzugeben und dieses dabei zu verdampfen. Da die nachverdichtete Luft unter erhöhtem Druck steht, wird sie beim Wärmetausch mit dem verdampfenden Rohargon verflüssigt. Damit steht auch die latente Wärme der Luft für die Aufnahme der Verdampfungskälte des Rohargons zur Verfügung, wodurch einerseits ein relativ kleiner Prozeßstrom für die Verdampfung ausreicht und andererseits Flüssigkeit erzeugt wird, die für den Kältehaushalt der Rektifikation benötigt wird.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die beim Entspannen der nachverdichteten Luft gewonnene Arbeit zur Nachverdichtung eingesetzt wird. Somit kann die Druckerhöhung ohne Energiezufuhr von außen durchgeführt werden. Die Übertragung der Energie geschieht am effektivsten durch eine mechanische Kopplung von Nachverdichter und Entspannungsmaschine.
In günstiger Weiterbildung der Erfindung wird der nicht entspannte Teil der nachverdichteten Luft nach dem Wärmetausch mit dem flüssig gewonnenen Rohargon der Rektifikation zugeführt. Die bei der Verdampfung der Rohargons zum großen Teil verflüssigte Luft kann somit in der Rektifikation als Rücklauf, vorzugsweise in der Druckstufe, eingesetzt werden.
Der nicht entspannte Teil der nachverdichteten Luft kann nach dem Wärmetausch mit dem flüssig gewonnenen Rohargon auch in Wärmetausch mit Gas im Kopf einer Rohargonsäule gebracht wird, aus der das Rohargon entnommen wird, um die Spitzenkälte auf günstige Art zur Flüssigkeitserzeugung bei der Rektifikation auszunützen. Die bei dem Wärmetausch verdampfte Luft kann in die Niederdrucksäule eingeleitet werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figur zeigt eine Form des erfindungsgemäßen Verfahrens vom Ansaugen der zu zerlegenden Luft bis zum Verdampfen und Anwärmen des Rohargons, wobei die weniger wesentlichen und bekannten Verfahrensschritte stark vereinfacht dargestellt sind. Die nach der Rohargonverddampfung folgenden Arbeitsschritte zur Feinreinigung des Rohargons sind nicht gezeigt.
Luft wird über Leitung 1 angesaugt, in einem Luftverdichter 2 komprimiert, in einer Reinigungsstufe 3 - beispielsweise einer Molsiebanlage - vorgereinigt und durch Leitung 4 in einen Hauptwärmetauscher 5 eingeführt, in dem sie im Gegenstrom zu Produktströmen abgekühlt wird. Die kalte Luft wird der Druckstufe 7 einer zweistufigen Rektifiziersäule 6 zugeführt, die bei einem Druck von 5,0 bis 7,0 bar betrieben wird und über einen Kondensator-Verdampfer 9 mit der Niederdruckstufe 8 in wärmetauschender Verbindung steht.
Aus dem Sumpf der Druckstufe 7 wird mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit über Leitung 10 entnommen und an geeigneter Stelle in die Niederdruckstufe 8, die unter einem Druck von 1,0 bis 2,0 bar steht, eingedrosselt. Aus der Niederdruckstufe werden als Produktströme Stickstoff (Leitung 11) und Sauerstoff (Leitung 12) herausgeführt und anschließend im Hauptwärmetauscher 5 auf nahezu Umgebungstemperatur angewärmt. Außerdem wird ein weiterer Sauerstoffstrom, der eine relativ hohe Argonkonzentration aufweist, über Leitung 13 heraus- und in eine Rohargonsäule 14 eingeführt. Über dieselbe Leitung 13 fließt auch Flüssigkeit von der Rohargonsäule 14 in die Niederdruckstufe 8 zurück.
Der Rohargonsäule 14 wird als Produkt flüssiges Rohargon (Leitung 15) entnommen. Das Rohargon könnte auch ganz oder teilweise gasförmig entnommen und anschließend verflüssigt werden, wie es in der DE-OS 34 28 968 vorgeschlagen wird. Das flüssige Rohargon erfährt durch Ausnützung des hydrostatischen Potentials von ca. 30 bis 40 m entlang der Leitung 15 eine Druckerhöhung auf 3,0 bis 5,0 bar, vorzugsweise ca. 4,0 bar, wird in einem Rohargonverdampfer 16 verdampft, im Hauptwärmetauscher 5 auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt und über Leitung 17 einer weiteren Reinigungsstufe zugeführt.
Erfindungsgemäß wird ein Teil der Luft nach der Vorreinigung (3) über Leitung 18 abgezweigt, in einem Nachverdichter 19 auf einen Druck von 7,0 bis 11,0 bar, vorzugsweise 9,0 bar weiter verdichtet, im Hauptwärmetauscher 5 auf eine mittlere Temperatur abgekühlt und zum größten Teil in einer Turbine 20 arbeitsleistend entspannt und in die Niederdruckstufe 8 eingeführt (Leitung 21). Die Turbine 20 ist mechanisch an den Nachverdichter 19 gekoppelt. Gemäß dem Hauptgedanken der Erfindung wird ein Teil der nachverdichteten Luft über Leitung 22 vor dem Entspannen (20) abgezweigt, im Gegenstrom zum verdampfenden Rohargon durch den Rohargonverdampfer 16 geführt und dabei mindestens teilweise verflüssigt und anschließend über Leitung 23 und Drosselventil 24 als Rücklauf in die Druckstufe 7 eingeleitet.

Claims (4)

1. Verfahren zur Gewinnung von gasförmigem Rohargon durch Tieftemperaturrektifikation von Luft, bei dem Luft (1) verdichtet (2), vorgereinigt (3), abgekühlt (5) und der Druckstufe (7) einer zweistufigen Rektifikation (6) zugeführt wird und bei dem im Anschluß an die zweistufige Rektifikation (6) Rohargon (15) in flüssigem Zustand gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom (18) der Luft vor dem Abkühlen abgezweigt, nachverdichtet (19), abgekühlt und anschließend teilweise arbeitsleistend entspannt (20) und der Niederdruckstufe (7) der Rektifikation zugeführt wird und daß ein Teil (22) der nachverdichteten Luft vor dem Entspannen (20) abgezweigt und in Wärmetausch (16) mit flüssig gewonnenem Rohargon (15) gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Entspannen (20) der nachverdichteten Luft gewonnene Arbeit zur Nachverdichtung (19) eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht entspannte Teil (22) der nachverdichteten Luft nach dem Wärmetausch (16) mit dem flüssig gewonnenen Rohargon der Rektifikation zugeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht entspannte Teil (22) der nachverdichteten Luft nach dem Wärmetausch (16) mit dem flüssig gewonnenen Rohargon in Wärmetausch mit Gas im Kopf einer Rohargonsäule (14) gebracht wird, aus der das Rohargon (15) entnommen wird.
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