DE439260C - Verfahren zum Verfluessigen und Trennen von Luft oder anderen schwer verfluessigbaren Gasgemischen - Google Patents

Description

• Verfahren zum Verflüssigen und Trennen von Luft oder anderen schwer verflüssigbaren Gasgemischen.
• Zusatz zum Patent 436o68. Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Abänderung des Verfahrens gemäß Patent 436o68. Der Kern der vorliegenden Teuerung wird darin erblickt, daß oben im Kondensator der Stickstoffsäule mehr Stickstoff verflüssigt und im Verdampfer der Sauerstoffsäule mehr Sauerstoff verdampft wird, als theoretisch erforderlich ist, und die hierdurch bedingte Störung des Gleichgewichts durch Verdampfen eines Teiles des flüssigen Stickstoffes und durch Verflüssigen eines Teiles des verdampften Sauerstoffs behoben wird.
• Das Kondensat des Kondensators kann an zwei Stellen oder mehrmals gesammelt und von einer Sammelstelle zur vorhergehenden teilweise oder ganz zurückgeleitet werden. Die Beheizung zwecks Verdampfung der überschüssigen Stickstoffflüssigkeit erfolgt zweckmäßig nicht in der letzten, nahezu reinen flüssigen Stickstoff enthaltenden Sammelstelle, sondern unterhalb des ersten Rücklaufes in der mehr Sauerstoff enthaltenden Sammelstelle.
• Aus der letzten Sammelstelle, wo sich reine Stickstoffflüssigkeit ansammelt, wird ein Teil des Kondensats abgeführt und zweckmäßig nach Entspannung zum Betriebe eines besonderen Sauerstoffkondensators verwendet, um den zur Gewinnung reiner Sauerstoffflüssigkeit im Verdampfer zuviel erzeugten Sauerstoffdampf in einer besonderen Abteilung der Säule nachzureinigen. Man kann so reinen flüssigen Sauerstoff in den Verdampf er der Sauerstoffsäule zurückfließen und die aus dem Kondensator an Stickstoff angereicherte Menge in Gasform oder auch als flüssiges Kondensat oder teilweise flüssig und gasförmig in den mittleren Teil der Stickstoffsäule zurücktreten lassen.
• Auf diese Weise arbeiten beide sonst entgegenwirkende Wärmevorgänge einander unterstützend zusammen, so daß gleichzeitige Gewinnung des reinen Leichtsiedenden (Stickstoffes) und des reinen Schwersiedenden (Sauerstoffes) ermöglicht wird.
• Abb. i stellt eine zur Durchführung des Trennungsverfahrens dienende Vorrichtung schematisch dar, während Abb.2 und 3 Einzelausführung bzw. Einzelteile des Kondensators veranschaulichen.
• Der Arbeitsgang soll an der Abb. i für die Trennung von Luft in Sauerstoff und Stickstoff beschrieben werden. Die Niederdruckluft und die Hochdruckluft bzw. als Ersatz für diese Hochdruckstickstoff treten nach Durchgang durch einen nicht gezeichneten Wärmeaustauscher beliebiger, an sich bekannter Bauart in die Trennungssäule vorgekühlt oder auch ganz oder teilweise verflüssigt sein.
• Die Trennungssäule arbeitet im Gegensatz zu älteren Trennungsverfahren mit zwei Kondensatoren a und a', deren erster, a, die Kondensation und Dephlegmation der Stickstoffdämpfe oberhalb der Stickstoffsäule, deren zweiter, ä , die Kondensation und Dephlegrnation eines Teiles der aus dem durch Heizschlange d beheizten Verdampfer b aufsteigenden Sauerstoffdämpfe bewirken soll. Unter dem oberenKondensatornist eine durch Heizschlangen beheizte, als Verdampfer dienende Sammelschale b angeordnet, in «-elche durch Überlauf auch das Kondensat aus den Sammelbehältern c' und c" ganz oder teilweise zurückfließen kann. Durch die Kondensatorrohre d oberhalb des Raumes c strömen die Stickstoffdämpfe in eine Umleitkammer e, aus dieser durch die Rohre a' in die zweite Sammelkammer c', aus dieser durch die Rohre d" in die zweite Umleitkammer e', aus dieser durch die Rohre d` in die dritte Sammelkammer c" und aus dieser durch Rohre d"" in die Ableitkammer e", aus welcher mittels Ableitungsrohrs g die Stickstoffdämpfe unter Druck oder entspannt durch einen Wärmeaustauscher hindurch zum Verbrauchsort oder ins Freie abgeführt werden. Der Druck im Trenner wird durch Ventil h eingestellt.. Die Kühlung des Kondensators a erfolgt in üblicher Weise durch flüssigen Sauerstoff, welcher aus dem Verdampfer b durch Leitung i mittels Ventils h' in den Verdampfer a entspannt wird und durch Leitung 1, durch den Austauscher hindurch zum Verbrauchsort abzieht.
• Der in der dritten Sammelkammer c" sich ansammelnde flüssige Stickstoff wird teilweise durch Leitung l mittels Ventils h' in den Sauerstoffkondensator a' entspannt, dort als Kühlflüssigkeit dienend. Die daselbst aufsteigenden Stickstoffdämpfe werden durch Leitung g' in den Austauscher und von dort zum Verbrauchsort geleitet. Etwa hinter Ventil h sich ansammelnde Stickstoffflüssigkeit wird zweckmäßig in den Kondensator d geleitet, um auch zum Betrieb des Sauerstoffkondensators zu dienen.
• Der Kondensator ä kann innerhalb oder auch außerhalb der Stickstoffsäule in, angeordnet werden, während die Sauerstoffsäule n zweckmäßig in der Stickstoffsäule verbleibt oder aber auch seitlich oder auch ringförmig oberhalb des Verdampfers b stehen kann. Irl den Sauerstoffkondensator a' steigen die noch Stickstoff enthaltenden Dämpfe aus der Sauerstoffsäule st. durch Kondensatorrohre d, in die Umleitkammer ei auf und strömen durch die Kondensatorröhre d,' in die Stickstoffsäule in zurück, während die dephlegmierte Sauerstoffflüssigkeit in den Verdampfer b stickstoffrein zurückfließt.
• Die Niederdruckluft tritt in den oberen oder mittleren Teil der Säule m durch Leitung o ein, welche zweckmäßig noch unter dem Kondensator ä in die Säule in einmündet.
• Das Hochdruckgas (Luft oder Stickstoff) tritt nach Durchgang durch den Austauscher in die Heizschlange f' und von dieser durch Leitung p' in die Schlange f des Kondensators b und wird aus dieser durch Ventil h"' mittels Leitung p" in die Stickstoffsäule m auf den Druck der Trennungssäule entspannt.
• Abb. 2 zeigt eine Abänderung des Kondensators a. Die Rohre a', d' usw. sind durch r1 -Rohre ersetzt, so daß die Sammelkammern e, e' fortfallen und die Rohre d"" mit einem gemeinsamen Rohrstutzen g vereinigt werden können.
• Abb. 3 zeigt ein Kondensationsrohr (l, welches mit einer unten und oben in d mündenden Kondensationsspirale q umgeben ist.
• Die zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens dienenden Vorrichtungen können naturgemäß entsprechend besonderen Zwekken, insbesondere aber zur Verwendung bei bereits fertigen älteren: Anlagen, umgestaltet werden. Abb, q. und 5 zeigen derartige Vorrichtungen.
• Die Sauerstoffsäule za ist bei der Vorrichtung nach Abb. q. nicht wie bei Abb. i innerhalb der Stickstoffsäule an, sondern ringförmig um dieselbe angeordnet. Die Säule it kann auch tiefer und sogar unmittelbar über dem Verdampfer b angeordnet werden, um die Stickstoffsäule in oben für Einlaßröhren frei zu erhalten.
• Der Kondensator a oberhalb der Stickstoffsäule ist teilweise mit fl-Röhren versehen, um die Umleitkammer e, e' zu ersparen. Die Sammelkammer c" führt den flüssigen Stickstoff durch Leitung l in den Sauerstoffkondensator a' mittels Ventils h", während der gasförmige Stickstoff durch g abgeführt und mittels Ventils 1a entspannt werden kann. Bei geschlossenem Ventil h kann durch Ventil 1i' hindurch Flüssigkeit und Dampf in den Kondensator ä und von dort der gesamte Dampf durch g' in den Austauscher geleitet werden.
• Abb.5 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher -die Sauerstoffsäule n unterhalb der Stickstoffsäule na angeordnet- ist, Die Sauerstoffsäule zi hat einen Verdampfer b, wie üblich, und einen Kondensator a', und die Stickstoffsäule en hat ebenfalls einen Verdampfer b' und einen durch flüssigen Sauerstoff betriebenen Kondensator a und außerdem neben oder in demselben einen Nachkondensator a1', welcher durch flüssigen Stickstoff, und zwar zweckmäßig nach Entspannung desselben, mittels Ventils h" betrieben wird. Die Flüssigkeitsräume c und c" stehen ebenso wie in Abb. 4. nicht in unmittelbarer Verbindung miteinander, so daß die Flüssigkeit aus c" nicht nach c' zurückfließen kann, sondern ganz durch l mit oder ohne den Stickstoffdampf abgeführt werden muß.
• Der Verdampfer b' der Stickstoffsäule in steht durch Leitung r mit dem Dampfraum (Sammelkammer) s des Sauerstoffkondensators a' und so durch dessen Kondensatorrohre mit der Sauerstoffsäule n in Verbinclung, während L?berlaufrohre r' die in b sich ansammelnde Flüssigkeit in die Sammelkammer c' unterhalb des Kondensators a' hinabfließen lassen. Diese Überlaufrohre r' können fortfallen, wenn man Leitung -r entsprechend der Höhe des Flüssigkeitsspiegels in b' verkürzt oder durchlöchert.
• Das wesentliche Kennzeichen des vorliegenden Verfahrens besteht darin, daß nicht nur wenigstens zwei Verdampfer, sondern auch wenigstens zwei Kondensatoren vorgesehen werden, nämlich für die Abtriebs- oder Sauerstoffsäule wenigstens je einen Verdampfer und Kondensator und ebenso für die damit in Verbindung stehende Verstärkwigssäule m wenigstens je einen Verdampfer und Kondensator. Die so erhaltene abwechselnde Kondensation und Verdampfung ermöglicht fast vollkommene Erreichung der von Hausbrand gestellten Forderung, daß der Rücklauf oberhalb des Sauerstoffverdampfers b sich in seiner Zusammensetzung derjenigen des Ver dampferinhaltes nähert. Der Verdampfer b' ermöglicht dies dadurch, daß so viel Stickstoff abgedampft wird, daß die Sauerstoffsäule infolge der Verdampfung im Verdampfer b durch Rektifikation schließlich unten reinen Sauerstoff zu liefern vermag. Soll dieser Sauerstoff unter Trennerdruck abgeführt werden, so sind beide Kondensatoren mit entspanntem flüssigen Stickstoff zu betreiben.
• Der Stickstoffkondensator kann dagegen so viel Kondensat liefern, daß reiner gasförmiger Stickstoff aus g und ä' zu entweichen vermag, insbesondere wenn man den Nachkondensator a,' mitwirken läßt.
• Bei dem gekennzeichneten Verfahren hat sich, weil nicht nur Wärme, sondern auch Kälte im Überschuß erzielt wird, gleichfalls wie bei den Stufendrucksäulen nach Linde und Claude auch für den vorliegenden Trennapparat in einer Druckstufe ein Sinken des Höchstdruckes im Dauerbetriebe und damit eine Verminderung der Verdichtungsarbeit ergeben.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Verflüssigen und Trennen von Luft oder anderen schwer verflüssigbaren Gasgemischen in unterteilter Trennungssäule bei gleichem Druck in den Säulenteilen nach Patent 436o68, dadurch gekennzeichnet, daß im Kondensator der Stickstoffsäule ein Überschuß an Stickstoff verflüssigt wird, der zum Teil in einem besonderen Stickstoffverdampfer wieder verdampft wird, und daß ferner im Verdampfer der Sauerstoffsäule ein entsprechender Überschuß an Sauerstoff verdampft wird, der zum Teil wieder in einem besonderen Kondensator verflüssigt wird. a. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung des Sauerstoffkondensators ein Teil des im Überschuß verflüssigten Stickstoffes nach seiner Entspannung auf Atmosphärendruck verwendet wird. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils unterhalb eines Kondensators an mehreren Sammelstellen das Kondensat gesammelt und teilweise oder auch ganz aus der einen Sarnrnelstelle in die nächste tiefer liegende zurückgeführt wird, wobei eine Beheizung zweckmäßig nur in der untersten Sammelstelle erfolgt. Verfahren nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Sammelstellen unterhalb des Stickstoffkondensators nur aus der obersten Sammelstelle der reine flüssige überschüssige Stickstoff nach erfolgter Entspannung auf Atmosphärendruck zur Kühlung des besonderen Sauer stofrkondeasators verwendet wird. 5. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung der Sauerstoffsäule innerhalb der Stickstoffsäule erstere auf dem Boden des Verdampfers der letzteren, und zwar zweckmäßig in der 'Mitte desselben, gestützt ist.