DE422472C - Verfahren zum Verfluessigen und Trennen von Gasgemischen, insbesondere von Luft - Google Patents

Description

• Verfahren zum Verflüssigen und Trennen Gasgemischen, insbesondere von Luft. Zusatz zum Patent 38770q.. Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft eine Neuerung in dem Verfahren zum Verflüssigen und Trennen von Gasgemischen, insbesondere von Luft, nach Patent 387704 und besteht im wesentlichen darin, daB das aus der Trennungssäule unter dem Druck derselben dampf- oder gasförmig durch den Austauscher hindurchgeführte Leichtsiedende nach Erwärmung bis nahe auf die Temperatur der Umgebung, soweit es nicht durch einen Hochdruckverdichter stets wieder in den Arbeitsgang zurückgeführt wird, noch durch weitere Wärmezufuhr mittels Oberflächen- oder Mischungsbeheizung über die Temperatur -der Umgebung -erhitzt und dann zwecks Erzeugung mechanischer Nutzarbeit entspannt wird.
• Der Arbeitsgang ist kurz folgender: Der im Trennei erhaltene technisch reine Stickstoff wird unter dem Trennerdruck durch den Wärmeaustauscher hindurchg.eiührt und so bis nahe an die Temperatur der Umgebung erst wieder erwärmt und dann unter weiterer höherer Beheizung zur Arbeitsleistung in einer Expansionsmaschine (Kolbenmaschine, Rundlaufmaschine oder Druckstickstoff,-Turbine) oder mehreren Maschinen (Preßluftwerkzeguen usw.) herangezogen. Zu diesem Zweck wird der aus dem Wärmeaustauscher ausgetretene Stickstoff sehr weit über seine Austrittstemperatur durch «Wärmezufuhr in Mischungs-oder Oberflächenkühlung erwärmt. In erster Linie kann zu dieser Erwärmung zweckmäßig die Verdichtungswärme der zu trennenden Luft und des verdichteten Stickstoffes verwendet werden. Diese Art der Durchführung des vorliegenden Arbeitsverfahrens bietet den Vorteil, daß bei Verwendung der erzeugten Arbeit im Verfahren selbst nahezu die gesamte Verdichtungsarbeit für die Trennung wiedergewonnen und so an mechanischer Verdichtungsarbeit (Dampfkraft, :elektrischem Strom, Antriebsarbeit von einer Transmissionswelle) beträchtlich gespart werden kann. Zur Erwärmung auf höhere Temperaturen (bis zu 3oo° und -darüber) dienen jedoch besondere Erhitzer, welche mit Abwärme höherer Temperaturen oder auch durch Feuergase beheizt werden.
• In den Abb. i und z sind zwei zur Durchführung des vorliegenden Arbeitsverfahrens dienende Vorrichtungen schematisch dargestellt. Bei der Ausführungsform nach Abb. i arbeitet der Kondensator in einer Dnickstufensäule einfach loder -zweifach nnit Mischungskühlung durch flüssigen Stickstoff allein oder auch zugleich durch flüssigen Sti&stoff und an Sauerstoff reicher Flüssigkeit, während bei der Ausführungsform nach Abb. z die Druckstufensäule in zwei nebeneinander angeordnete Teile geteilt ist und mit Oberflächen- und Mischungskühlung arbeitet.
• Der Arbeitsgang gemäß Abb. i ist folgender: Der Niederdruckverdichtera, welcher einstufig ,oder zweistufig arbeiten kann, saugt gereinigte Luft an, verdichtet dieselbe auf den Trennerdruck (z bis io Atm.), treibt dieselbe, nach möglichst vollkommener Reinigung durch einen Wänneaustauscher und dann entweder nur vorgekühlt oder auch teilweise oder, wie bisher üblich, auch ganz verflüssigt in den mittleren oder unteren Teil der Trenriungssäuie durch Leitung c bei e ein, von wo aus die Flüssigkeit durch die Antriebssäule i hindurch nach dein Boden k herabfließt und dabei durch aufsteigende Sauerstoffdämpfe vom Stickstoff befreit wird. Die Dämpfe steigen vom: @e aus nach oben in die Verstärkungssäule g ,'hinauf und werden durch herabfließen--den flüssigen Stickstoff von ihrem Sauerstoff befreit. Oben. treten aus der Säule reine Sticks-tofföämp£e nus 'u1 die Leitung l ein, gehen durch dnen nicht gezeichneten. Wärmeäustauscher der Anlage und gelangen dann teilweise zu den .mehrstufigen Hochdruckverdichter b mit Zwischenleitung b', von diesem aus nach ,erfolgter Reinigung und Vorkühlung durch Leitung n durch den Wärmeaustauscher in den Verdampfer k, woselbst sie den flüssigen Sauerstoff für die Zwecke der Rektifikation verdampfen. Der überschüssige flüssige Sauerstoff wird durch Drosselventil r aus g in den liondensator p entspannt und dort durch die aus dein Trennei g, f abgezweigte Leitung t b"ieizt und verdampft, wobei die in der Heiz:eituna t gebildete, an Sauerstoff reiche Flüssigkeit mit den Dämpfen durch Leitung h nach i zurücktritt. Der Stickstoff aus Leitung n wird nach Durchgang durch den Verdampfer k durch Drosselventil o auf den .obersten Teil der Verstärkungssäule g entspannt. Der herabfließende flüssige Stickstoff dient zum Auswaschen der aufsteigenden Dämpfe. Der andere Teil der Stickstoffdämpfe aus Leitung L tritt in die Zweigleitung m über, wird dann in einem Erhitzer m' erhitzt und dann zur Entspannungsmaschine L' geführt. Nach erfolgter Entspannung. und Arbeitsleistung tritt der Stickstoff aus und strömt ab zum Verbrauchsort.
• Bei der Ausführungsform gemäß Abb. a wird die Trennungssäule in zwei unter demselben. firennungsdruck .arbeitende S,äüleng, f und g', f unterteilt, welche miteinander durch Leitungen in Verbindung stehen.. Der Arbeitsgang ge@s@talte@t sich folgehdeYif@ä@ßen: Ein Zwei- oder .Dreistufenkompressor b mit Zwischenleitung b' saugt aus dein nicht gezeichneten Wärmeaustauscher einen Teil des unter dem Trennungsdruck durch Leitung L entweichenden Stickstoffs an und verdichtet ihn auf Ilochdruck und- treibt ihn dann zuüätc-hst -dch den Wärmeaustauscher, darauf durch den Sauerstoffverdampfer k' und sodann durch den Flüssigkeitsverdampfer k. Von hier wird der -Stickstoff durch Ventil o in den K ondensater p -entspannt, und -zwar -auf beliebigen Enddruck bis zum Atmosphärendruck oder euch bei Anordnung _.eiüer an s angeschlossenen Saugpumpe bis -auf- Unterdruck. Der flüssige Stickstoff sammelt sich im Kondeiisatdr j9 aü, wähY,eWd zl@er Sütkstofdmnpfdurch dein üblichen Austäuscher hindurch zum Verbrauchsort entweicht. Die verdampfende Stickstoffflüssigkeit verflüssigt in Oberflächenkühlung die in die Kühlspirale d von denn obersten Teil der Verstärkungssäule g aufsteigenden Dämpfe. Die so. gebildete S,tIckstoffflüssigkeit fließt auf die Verstärkungssäule herab und dient zur Abscheidung des Sauerstoffes aus den aufsteigenden Dämpfen.
• Wie bei der Ausführungsform gemäß Abb. i wird mehr oder weniger vorgekühlte, gasförmige oder auch gesättigte bzw. teilweise oder ganz verflüssigte Luft in den unteren. oder mittleren Teil der Säule f, g beispielsweise bei e eingeführt.- Hierzu dient ein Niederdruckverdichter a, welcher gereinigte Luft ansaugt, auf den Trennerdruck verdichtet und sie nach erfolgter, möglichst vollkommener Reinigung durch den Wärmeaustauscher hindurch in den Trenner treibt. Die aufgestiegenen und vom Sauerstoff befreiten Stickstoffdämpfe gelangen durch Verbindungsleitung v und Kondensatorspirale v' in den oberen Teil der zweiten Säule f', g'. Von dort fließt die gebildete Stickstoffflüssigkeit abwärts, während die gebildeten Stickstoffdämpfe nach Durchgang durch den Wärmeaustauscher wie bei Abb. i durch Leitung L zum Teil nach dem mit Zwischenleitung t' versehenen Stickstoffhochdruckverdichter b und zum anderen Teil durch Leitung m zum überhitzer m' und dann zur Entspannungsmaschine l' gelangen. Die Kondensatorspirale v' befindet sich in dem Kondensator p', welcher durch Zuleitung g' und Ventil r mit flüssigem Sauerstoff aus dem Sauerstoffverdampfer h' gespeist wird. Der flüssige, auf nahezu Atmosphärendruck entspannte Sauerstoff gibt seine Verdampfungsw ä.rme an die Kondensatorschlange v' für den unter dem Trennerdruck stehenden Stickstoff ab und verflüssigt denselben, entweicht selbst dampfförmig durch Leitung s' nach Durchtritt durch den Wärmeaustauscher zur Verbrauchsstelle.
• Der im Verdampfer k erhaltene, an Sauerstoff reiche Dampf gelangt durch Leitung t aus k nach dem zu einer Kondensatorschlange ausgebildeten und gleichfalls im Kondensatorp angeordneten Teil dieser Leitung t, von wo die gebildete die zugehörigen Dämpfe durch Leitung h in den unteren Teil e' der Säule g', f' gelangen und daselbst in bekannter Weise rektifiziert werden.
• Die Unterteilung gemäß Abb. 2 kann auch bei Anwendung der Mischungsbeheizung gemäß Abb. i durchgeführt werden. Um im Trenner bei den beiden Arbeitsweisen stets mit gleichbleibendem, aber je nach Wunsch beliebig einstellbarem Trennerdruck arbeiten zu können, wird der Niederdruckverdichter für die Frischluft mit selbsttätiger Druckregulierungsvorrichtung an sich bekannter Art versehen. Hierdurch erhält man die Möglichkeit, durch Änderung des Füllungsrades der Stickstoffexpansionsmaschine die Mengen der durch den Trenner gehenden Gase oder Dämpfe beliebig regeln zu können, ohne den Druck im Trenn-er verändern zu müssen. Für den Dauerbetrieb der Anlagen ist dies von sehr großer Bedeutung.
• Das vorliegende Verfahren bietet den außerordentlichen Vorteil, da.ß es für die bekannten Stickstoffverbrennungsöfen mittels des elektrischen Flammenbogens nicht nur den erforderlichen Sauerstoff in gewünschtem Mischungsverhältnis mit Stickstoff liefern kann, sondern daß die abzuschreckenden, aus dem Verbrennungsofen austretenden nitrosen Gase infolge ihrer hohen Temperaturen in besonderen Erhitzern den Druckstickstoff auf höhere Temperaturen als 30o bis ¢0o° erhitzen können. Wichtig ist dies auch für die Anreicherung des Windes von Hochöfen, Siemens-Martinöfen usw.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zurr Verflüssigen und Trennen von Gasgemischen, insbesondere von Luft, nach Patent 38770q., dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Trennungssäule unter dem Druck derselben dampf-oder gasförmig durch den Austauscher hindurchgeführte Leichtsiedende nach Erwärmung bis nahe auf die Temperatur der Umgebung, soweit es nicht durch einen Hochdruckverdichter stets wieder in den Arbeitsgang zurückgeführt wird, noch-durch weitere Wärmezufuhr mittels Oberflächen-oder Mischungsbeheizung über die Temperatur der- Umgebung erhitzt und dann zwecks Erzeugung mechanischer Nutzarbeit entspannt wird, welche zweckmäßig in dem Betriebe des Verfahrens selbst verwendet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß statt in -einer Entspannungsmaschine der Druckstickstoff in mehreren Entspannungsmaschinen, Preßluftwerkzeugen usw. aus Verteilungsleitungen entspannt wird.