-
Verfahren zur Abkühlung von Gasgemischen Die Abkühlung von Gasen zum
Zweck ihrer Verflüssigung oder Zerlegung durch partielle Kondensation oder Rektifikation
pflegt durch Gegenstromwärmeaustausch der Gase mit ihren Entspannungs- oder Zerlegungsprodukten
ausgeführt zu werden. Die in dem abzukühlenden Gas praktisch stets vorhandenen Reste
leichter kondensierbarer Anteile, wie Wasserdampf, Benzol o. dgl., :scheiden sich
dabei an den gekühlten Wandungen in fester Form aus und bewirken allmählich eine
Verstopfung der Austauscher. Die Folge ist, daß entweder nach einer gewissen Betriebszeit
der Apparat stillgesetzt und angewärmt werden muß, oder daß man zur Vermeidung dieser
Unterbrechung die Austauscher in mehrfacher Anordnung vorsehen muß.
-
Vorliegende Erfindung ermöglicht einen ununterbrochenen Betrieb von
beliebiger Dauer unter Anwendung eines einzigen Wärmeaustauschers. Die neue Arbeitsweise
besteht darin, daß man nach einer gewissen Betriebszeit das abzukühlende, in der
Regel komprimierte Gas durch die Querschnitte strömen, läßt, durch welche vorher
die Entspannungs- oder Zerlegungsprodukte geflossen sind und letztere durch diejenigen
Teile des Austauschers sendet, welche vorher von dem zu zerlegenden Gas durchströmt
worden sind. Das zu zerlegende Gas findet dann einen von Eis- usw. Aussonderungen
vollkommen freien Querschnitt vor, während ,andererseits die in der vorhergehenden
Betriebsperiode abgeschiedenen festen Kondensate durch Verdampfung (Sublimation)
von den vorbeiströmenden entspannten Gasen mitgeführt und aus dem Apparat hinaustransportiert
werden, so daß ,auch diese Querschnitte wieder vollkommen frei sind, wenn nach einer
weiteren Betriebszeit wieder auf die ursprünglichen Gaswege umgeschaltet wird. Durch
den. periodischen Wechsel der Wege für die zu- und abströmenden Gase kann so ein
beliebig langer ununterbrochener Betrieb aufrechterhalten werden. Gegenüber der
Arbeitsweise mit mehreren umschaltbaren. Austauschern hat die Arbeitsweise nach
vorliegender Erfindung u. a. den Vorteil, daß eine besondere Anwärmung der außer
Betrieb gesetzten Austauscher, die stets mit einem Energieverlust verbunden ist,
.entbehrlich wird.
-
Wesentlich für die vollständige Entfernung der in einer Betriebsperiode
ausgeschiedenen Kondensate aus dem Apparat durch die abströmenden Gase ist, daß
deren Volumen größer ist als ,das der durch den gleichen Querschnitt vorher durchgegangenen
abzukühlenden Gase. Da die Temperatur der abzukühlenden Gasse mit Rücksicht auf
die für den Wärmeübergang notwendige Temperaturdifferenz stets etwas höher sein
muß, .als die der abströmenden Gase, kann die gewünschte Wirkung nur dann voll -erreicht
werden, wenn der Druck der abströmenden Gase entsprechend niedriger ist als der
der zuströmenden; eine Bedingung, die bei der
Verflüssigung vorn
Gasen ohnedies in der Regel erfüllt ist.
-
Es ist vielfach zweckmäßig, die Temperatur, mit welcher das abzukühlende
Gas in die Austauscher mit umschaltbarem Gasweg eintritt, durch Ve-rschaltung einer
Vorkühlung, z. B. mittels verdampfendem Ammoniak oder mittels getrennter Gas-Gegenstromkühler
so weit zu erniedrigen, daß die Hauptmengen von Wasserdampf usw. bereits vorher
ausgeschieden sind, was bei der üblichen Vorkühlung auf - 2o bis - 40° in der Regel
erreicht wird. Bei @ Kompression des abzukühlenden Gases auf nur wenige Atmosphären
sind dann die mit den abziehenden Gasen mitgehenden Wasserdampfmengen so gering,
daß sie für die meisten Verwendungszwecke völlig unschädlich sind. Ferner verlängert
die Vorkühlung die Laufzeit der Austauscher bis zur Verstopfung durch. die Kondensate
bis auf mehrere Wochen.
-
Die Ausführung des Verfahrens werde an Hand der beiliegenden Zeichnung
für das Beispiel der Luftzerlegung erläutert. In der Abbildung bedeutet 8 den Gegenströmer,
in welchem die auf etwa 5 atü komprimierte Luft durch den Wärmeaustausch mit den
Zerlegungsprodukten bis auf Verflüssigungstemp.eratur abgekühlt wird, um ,sodann
in der Rektifikationseinrichtung 14, die aus zwei unter verschiedenen Drucken stehenden
Rektifikationssäulen mit zwischengeschaltetem Kondensator in der üblichen Weise
bestehen kann, zerlegt zu werden. Von den Zerlegungsprodukten wird in. der Zeichnung
nur der bei. 17 austretende Stickstoff durch den Austauschar 8 zurückgeführt. Der
bei 18 austretende Sauerstoff kann in einem Austauschar i 9 denn zur Deckung der
Kälteverluste auf hohen Druck komprimierten Teil der Luft entgegengeführt werden..
Der Einfachheit halber wird in der vorliegenden Beschreibung wie auch in der Abbildung
nur die- Arbeitsweise des Niederdruckluft-Stickstoff-Austauschers 8 behandelt; naturgemäß
Bann das gleiche erforderlichenfalls für den Hochdruckluft-Sanerstoff-Austauscher
i9 ausgeführt werden.
-
5 und i i sind Umschaltvorrichtungen für Niederdruckluft und Stickstuff.
Bei der üi der Abbildung ausgezogenen Stellung ist das Rohr 3, durch welches die
Luft zuströmt, mit Rohr 6 und gleichzeitig Rohr 9 mit dein Austrittsrohr 12 verbunden.
Die Luft strömt dabei beispielsweise durch den inneren Querschnitt des als Röhrenbündel
ausgebildeten Austauschars B. Der in entgegengesetzter Richtung strömende Stickstoff
fließt bei der gezeichneten. Stellung der Umschaltungen aus dem Rohr 13 durch io
und 7 nach dem Austrittsrohr 4 und geht dabei durch den äußeren Teil. des Austauschers
8 an der Außenseite der von der Luft durchflossenen Rohre vorbei. Durch Umschaltung
von 5 und i i können die Wege von Luft und Stickstoff im Austauscher 8 vertauscht
werden. In der punktiert gezeichneten Stellung fließt dann die Luft durch den Außenraum,
der Stickstoff in entgegengesetzter Richtung durch den Innenraum. Die erste Umschaltung
wird vorgenommen, weun das in den Rohren des Austauschers 8 ausgeschiedene Eis den
Querschnitt in störender Weise verengt. Nach der Umschaltung wird das Eis durch
den vorbeiströmenden Stickstoff verdampft, so daß der innere Querschnitt wieder
frei ist, wenn eine Verlegung des äußeren Querschnittes auftritt, die eine erneute
Umschaltung erforderlich macht. In der Abbildung ist noch ein aus zwei vertauschbaren
Ästen bestehender, mit einem Kältemittel, z. B. flüssigem Ammoniak, zu bieschickender
Vorkühler (2a und 2b) nebst dem vorgeschalteten Stickstoff-Luft-Gegenstromaustauscher
i gezeichnet. Bei Anwendung dieser Vorkühlung tritt die Luft bei 3 mit einer Temperatur
von etwa -40' ein und enthält dann nur noch so wenig Wasserdampf, daß es genügt,
die Umschaltung des Austauschers 8 in, Zeiträumen von mehreren Wochen. auszuführen:
Das Verfahren ist in gleicher Weise anwendbar bei der Zerlegung von anderen Gasen,
z. B. von Koksofengas, bei dessen Abkühlung sich Benzol in fester Form ausscheidet.