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Verfahren zur kontinuierlichen Trennung eines Gasgemisches in seine
Komponenten. Die Trennung gewisser Gasgemische in ihre Komponenten wird am besten
mit Hilfe von Rektifzierkolonnen durchgeführt, in denen erhebliche Temperaturdifferenzen
zwischen ihren wärmsten und kältesten Punktei bestehen. In eine solche Kolonne wird
das verflüssigte Gasgemisch an einer Stelle zugeführt, an der eine verhältnismäßig
niedrige Temperatur herrscht und rieselt dann bis zum Borten herab, wo es in einem
geeigneten Kessel gesammelt wird. Das komprimierte oder je nach dem Fall verflüssigte
Gasgemisch wird, bevor es in die Kolonne eingeführt wird, durch eine Rohrschlange
geleitet, welche in dem den verflüssigten, schwerer siedenden Bestandteil aufnehmenden
Kolonnenkessel liegt und den Inhalt dieses Kessels beheizt, so daß eine mehr oder
minder starke Verdampfung der im Kessel befindlichen Flüssigkeit eintritt. Gleichzeitig
wird das durch die Schlange geleitete: komprimierte oder verflüssigte Gasgemisch
selbst beim Durchgang durch die Schlange abgekühlt. Die Gase oder Dämpfe, «-elche
aus der iin Kolonnenkessel angesammelten Flüssigkeit ausgetrieben werden, begegnen
beim Hochsteigen in der Kolonne der in der Kolonne herabrieselnden kalten Flüssigkeit,
wobei der Dampf oder das Gas von höherem Siedepunkt kondensiert wird und mit der
Flüssigkeit zum Boden der Kolonne niederrieselt und sich mit der im Kessel befindlichen
Flüssigkeit vereinigt, während die Dämpfe oder Gase niedrigerer Siedepunkte, «-elche
die gasförmigen oder nicht kondensierten Bestandteile des Gasgemisches bilden, aus
der Kolonne an deren oberem Ende entweichen und durch einen Wärineaustauscher geführt
werden. Gleichzeitig wird der verflüssigte, schwerer siedende Bestandteil, welcher
sich in dem Kolonnenkessel ansammelt, kontinuierlich abgezogen und durch den Wärmeaustauscher
in derselben Richtung wie die soeben erwähnten unkondensierten Gase oder Dämpfe
geleitet. Bevor das komprimierte Gasgemisch in .die im Kolonnenkessel liegende Rohrschlange
eingeleitet wird, wird es durch den Wärmeaustauscher im Gegenstrom zti rektifizierten
Bestandteilen des Gasgemisches geführt.
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Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der erwähnten
Art, welches gestattet, das komprimierte oder verflüssigt Gasgemisch durch die Rohrschlange,
welche in dem verflüssigten, schwerer siedenden Bestandteil im Kolonnenkessel liegt,
bei einer Temperatur einzuleiten, welche die Abdestillierung der darin unerwünschten
Bestandteile sicherstellt. Das Verfahren besteht -larin, die das Gasgemisch enthaltende
Rohrscblange aus dem unteren Teil der Kolonne herauszuführen und in den von den
rektifizierten Bestandteilen gekühlten Wärmeäustauscher einzuleiten, so daß das
Gemisch, bevor es zum Expansionsventil gelangt, durch die rektifizierten Bestandteile
noch weiter gekühlt werden kann, ohne die Rektifikation derselben in der Kolonne
selbst direkt zu
beeinflussen, wie es bei einer bekannten Einrichtung
(1"#r Fall ist, wo die Beheizungsschlange des Kolonnenkessels nachher innerhalb
der Kolonne selbst zum Expansionsventil geführt und gekühlt wird.
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Auf der beigefügten Zeichnung ist ein Apparat zur praktischen Durchführung
der Erfindung schematisch veranschaulicht.
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Zum Zweck der Vereinfachung der Beschreibung mag angenommen werden,
daß_ ein Gemisch zweier Gase A und B vorliegt, welches in seine Komponenten zerlegt
werden soll, und daß das Gas A den höheren Siedepunkt besitzt. Es mag dabei ausdrücklich
bemerkt werden, daß die Voraussetzung eines Gasgemisches, welches nur zwei Komponenten
enthält, nur zum Zweck der Erläuterung gemacht wird, daß aber die Erfindung ebenso
gut auf Gasgemische anwendbar ist, welche eine größere Zahl von Komponenten besitzen.
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Das Gasgemisch A, B wird einer geeigneten Duelle durch ein
Rohr i entnommen und gegebenenfalls durch einen Reiniger 2 geleitet, durch den schädliche
Unreinlichkeiten entfernt werden. Darauf strömt das Gas durch ein Rohr 3 nach einem
Kompressor 4, durch den es bis zu einem geeigneten Grade komprimiert wird, worauf
es durch das Rohr 5 in eine Rohrschlange 6 eines Vorkühlers 7 eintritt, wo es durch
ein geeignetes Kühlmittel, welches durch die Rohrschlange 8 und Rohrleitungen 9
und io einer Kühlinaschine i i zirkuliert, abgekühlt wird, ,,o daß es wenigstens
seine Kompressionswärme abgibt.
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Die Rektifizierkolonne 12 ist an ihrem unteren Ende mit einem Kessel
i3 versehen. Das kalte komprimierte Gasgemisch A, B expandiert in die Kolonne an
deren oberem Ende durch ein Ventil 14 und wird dabei teilweise verflüssigt. Die
so in die Kolonne eintretende Flüssigkeit rieselt über die Platten 15 herab und
sammelt sich in dem Kessel 13
um die Heizschlange 16, während der nicht kondensierte
Teil des Gasgemisches durch das Rohr 17 abzieht. Der Kessel 13 enthält nun die Gaskomponente
A in verflüssigtem Zustande mit einer mehr oder weniger großen Beimischung an der
Gaspomponente B in flüssiger oder gelöster Form. Das Gas B und mehr oder weniger
von dem Gas A, welches letztere den höheren Siedepunkt besitzt und daher
leichter zu verflüssigen ist, werden durch die Heizschlange abgetrieben. Die sich
bildenden und in der Kolonne aufsteigenden Dämpfe werden auf ihrem Wege erneut abgekühlt,
und zwar jetzt durch niederrieselnde Flüssigkeit, wobei der Dampf der Komponente
A kondensiert wird und verflüssigt in den Kessel 13 gelangt, während der Dampf der
Komponente B an dem oberen Ende der Kolonne in Dampfform entweicht und durch ein
Rohr 17 zur Rohrschlange 18 des Wärmeaustauschers i9 gelangt. Die in der Kolonne
herabrieselnde Flüssigkeit wir,] durch die aufsteig:nden Dämpfe erwärmt und sämtliches
verflüssigtes Gas B wird verdampft und entweicht durch das Rohr 17 nach (lern Wärmeaustauscher.
Auf diese Weise wird die im Kessel 13 sich ansaminelnde Flüssigkeit evtl. nahezu
frei von der Gaskomponente B.
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Verflüssigtes Gas A, welches in der angegebenen Weise rektifiziert
worden ist, wird aus dem Kessel kontinuierlich durch ein Rohr 2o' abgezogen und
einer Rohrschlange 2o des Wärineaustauschers zugeführt, durch welche es in derselben
Richtung wie die nicht kondensierten Trennungsprodukte in der Rohrschlange i 8 strömt.
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Aus der Rohrschlange 6 des Vorküblers 7 gelangt (las Gasgemisch
A, B durch ein Rohr 21 nach einer Rohrschlange 22 des Wärmeaustauschers,
wo es durch das kalte Gas B und das verflüssigte Gas A gekühlt wird, welche Kühlmittel
in den Schlangen 18 bzw. 2o im Gegenstrom zu dem Gasgemisch in der Rohrschlange
22 strömen. Aus der Rohrschlange 22 gelangt das Gasgemisch A, B nach dem
Entspannungsventil 14, um darauf in der angegebenen Weise in die Rektifizierkolonne
12 einzutreten und darin behandelt zti werden.
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Es ist ersichtlich, daß der Zweck der Schlange 16 in dem Kessel 13
ein doppelter ist, nämlich erstens der, das Gasgemisch A, B
auf seinem Wege
zum Entspannungsventil i 4 zu kühlen und zweitens die Flüssigkeit in dem Kessel
der Kolonne zu erwärmen und durch die sich daraus ergebende Verdampfung die Komponente
B abzutreiben, welche in der im Kessel enthaltenen Flüssigkeit als Beiinischung
oder darin gelöst enthalten ist. Bisher hat man das Gemisch A, B von dein
kalten Ende des Wärineaustauschers zur Schlange 16 und darauf direkt nach dem Entspannungsventil
geleitet, so daß das Gas seinen Entkühlungszustand vor der Expansion in (leg Schlange
16 erhielt. Aber in gewissen Fällen muß die Temperatur des Gases in der erwähnten
Rohrschlange verhältnismäßig hoch sein, um die ordnungsgemäße Verdampfung der Flüssigkeit
in dem Kessel herbeizuführen, so daß das Gas in dem Kessel nicht bis auf eine Temperatur
abgekühlt wird, welche niedrig genug ist, um eine hinreichende Verflüssigung beim
Austritt aus dem Entspannungsventil und zur Erzeugung der gewünschten niedrigen
Temperatur an dem oberen Ende der Kolonne zu erzielen. Wenn andererseits die Kühlwirkung
des Wärmeaustauschers derart vermehrt
wird, claß das Gas das Entspannungsventil
bei der günstigsten Teinpcratur errriclit, dann kann (las Gas, wenn es in die Schlange
16 gelangt, zu kalt sein, um die gewünschte @'(#t-<lainpftiiig der Flüssigkeit
iIi (lein Kessel herbeizuführen. In solchen Rillen hat es sich als erforderlich
erwiesen, wä rin( aus einer äußeren Ouelle dem Kolonnenkessel zuztifü hren, wodurch
der Nutzeffekt (leg Kühlkro ise s vermindert wird. Demgemäß hat inan seine Zuflucht
zu einem Kompromil gen0ninien in vier Art, claß man das Gas der Heizschlange lief
einer Temperatur zuführte, welche niedriger war, als es für den günstigsten Effu-Ict
nötig ist, während man da: Gas zu dein Entspannungsventil mit einer zu hohen Temperatur
treten ließ, und daß man, die zu niedrige Temperatur an der einen und die zu hohe
an der anderen Stelle so gegeneinand: i- abstimmte, daß der nach Lage der Umstände
günstigste Endeffekt erzielt wurde, wobei jedoch immer noch ein erheblicher Verlust
eintrat.
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Da (las G ieinisch. «-elches die zur Verdampfung dienende Schlange
verläßt, im allgemeinen nicht hinreichend kalt ist, um dem Entspannungsventil zugeführt
zu werden, so ist eine weitere Abkühlung wünschenswert, und diese ist dadurch gemäß
einem bekannten N-orschlage bewirkt worden, daß man ein besonderes Kühlmittel durch
einen geschlossenen Kühlkreis zirkulieren ließ. Ein solcher Kühlkreis verbraucht
natürlich Kraft, während die Kühlfähigkeit der abgetrennten Gase, welche den Wärmeaustauscher
--erlassen, nicht ausgenutzt wird und die Gase aus (lern Austauscher mit einer zu
niedri-rn Temperatur austreten. Aus diesem Grunde ist diese Arbeitsweise unvollkommen.
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Durch (Iis Verfahren gein-liß dieser Erfindting können die Verluste,
welche den vorbe @chriebenen Arbeitsweisen anhaften, vermieden werdet?. Zti diesem
Zweck wird ein mittlerer Punkt in der Wärmeaustatischscli?an-e 22 ermittelt, bei
-welchem das kornpritnierte Gasgemisch, -welches durch diese Schlan-e st--ötnt.
noch eine Temperatur bositzt, welche hoch genug ist, uni die Flüssizkeit in dem
Kessel in gewünschter Weise zu erwärmen, und von dieser Stelle der Schlange wird
(las Gemisch z. B. durch ein Rohr 2;; nach der Heizschlange 16 geführt. In (fieser
Schlange wird (las G( :ärisch auf eine Ternperatur abgekühlt, -welche mehr oder
weniger nahe derjenigen (ler abzudestillierenden Flüssigkeit liegt. Von der Heizschlang,-
tvird das Gemisch durch das Rohr 2..1 nach (lern @\;iirmcatistatischer zurückgeleitet
und strömt darauf durch die zweite Hälfte der Sehlange 22 des Wärmeaustauschers,
wobei es auf diejenige Temperatur, ab-I:ühlt wird, welche für den Austritt aus (Ieiri
Entspannungsventil am günstigsten iss. Auf (liege Weise ist es-möglich, eine v ollkomtnene
Ausnutzung der Kühlfähigkeit der i-elctifizierten Bestandteile zu erzielen und zugleich
eine scharfe Beheizung des Kolonnenkessels herbeizuführen.
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Ventil(25, 26, 27 Icöniien in den Rohr,-!i 23 und 2.4 und in der Rohrschlange
22 vorgesehen .ein. so claß gewünsclitenfalls ein Teil des Gasgemisches, «-elches
durch die Schlange 22 strömt, unmittelbar nach dein Entspa=inungsventil geleitet
oder auch der Gasstrom durch die Schlange io nach Wunsch ganz abgesperrt werden
kann. Wenn, wie es in der Regel der Fall ist, es nicht gewünscht wird, daß ein Wärmeaustausch
zwischen dem komprimierten Gemisch und der im Gegenstrom zu ihm in der Schlange
2o fließend--n rektifizierten Flüssigkeit nach dem Durchgang( des komprimierten
Gemisches durch die Schlange 16 eintritt, dann können die Ventile 28 und 29 in der
Rohrschlange 2o geschlossen und statt ihrer die Ventile 30 und 31 in dem
\ ebenschluß 32 geöffnet werden, so daß die aus dem Kessel kommende Flüssigkeit
(lern Wärmeaustauscher an einer mittleren Stelle, z.-B. jenseits der Ausinün-(lung
des Rohrs 2d., zugeführt wird, welcher letztere Auslaß vorzugsweise nahe der abzweigenden-
Stelle des Rohrs 23 liegt. Auf (liege Weise wird (las komprimierte Gasgeinisch nicht
auf eine so tiefe Temperatur abgekühlt, bevor es zu dein Entspannungsventil gelangt.
-Von den Rohrschlangen 18 und 2o des Wärmeaustauschers werden die voneinander geschiedenen
Bestandteile des ursprünglichen Gasgemisches durch Röhren 33 und 34 nach verschiedenen
Stellen geleitet, ivo sie nach ZVtinscli unmittelbar verwendet oder in getrennten
Gefäßen aufgespeichert werden können.
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Es mag noch besonders bemerkt werden, claß die Erfindung nicht auf
die vorstehend angegebenen Einzelheiten beschränkt ist, sondern claß sie auch in
abweichender Art und mit abgeänderter Apparatur durchgeführt werden kann, ohne daß
der Boden derselben, wie er in dem nachstehend aufgeführten Patentanspruch festgelegt
ist, verlassen wird.