DE490878C

DE490878C - Process for breaking down gas mixtures, in particular air

Info

Publication number: DE490878C
Application number: DEF57811D
Authority: DE
Original assignee: AUTOGEN GASACCUMULATOR KRUEKL
Current assignee: AUTOGEN GASACCUMULATOR KRUEKL
Priority date: 1925-01-17
Filing date: 1925-01-17
Publication date: 1930-02-05

Description

Verfahren zum Zerlegen von Gasgemischen, insbesondere Luft Der Kraftbedarf für die Zerlegung der Luft in ihre Hauptbestandteile hängt ab einmal von den Kälteverlusten, ferner von dein Druck, welcher erforderlich ist, um die als Waschflüssigkeit benötigte Luft bei gleichzeitiger Verdampfung des flüssigen Sauerstoffs zu kondensieren, und schließlich von der Luftmenge, welche verdichtet «-erden muß, um die erforderliche Menge Waschflüssigkeit zu erhalten. Da die Luft sich unter atmosphärischem Druck bekanntlich bei etwa -r93° verflüssigt, der Sauerstoff aber schon bei etwa -t821, so kann manLuft durchVerdampfen von Sauerstoff nur kondensieren, wenn sie auf 4 bis 3 Atm. Überdruck verdichtet wird. Wenn also die gesamte zu zerlegende Luft verflüssigt wird, dann muß die gesamte Luft auf 4. bis jAtm. verdichtet werden.Method for breaking down gas mixtures, especially air The power requirement for the breakdown of the air into its main components depends on the cold losses, also of your pressure, which is required to use the washing liquid To condense air with simultaneous evaporation of the liquid oxygen, and finally, on the amount of air which has to be compressed in order to achieve the required amount Amount of washing liquid to be obtained. Because the air is under atmospheric pressure known to be liquefied at about -r93 °, but the oxygen already at about -t821, air can only be condensed by vaporizing oxygen if it is set to 4 up to 3 atm. Overpressure is compressed. So when all of the air to be broken down is liquefied then the entire air must be on 4. to jAtm. be condensed.

Der -Nachteil des großen Kraftbedarfs dieser Totalverflüssigung wird durch das Verfahren Lachmann (Patent 167 931) beseitigt. Bei diesem wird von der zu behandelnden Luft nur so viel verdichtet, als Waschflüssigkeit benötigt wird. Der andere Teil der Luft wird nur mit Gebläsedruck eingeblasen. Die verdichtete Luft wird dann im Verdampfer durch Verdampfen von Sauerstoff verflüssigt. Die eingeblasene Luft dagegen dient zur Rek= t ifkation.The disadvantage of the large power requirement of this total liquefaction is eliminated by the Lachmann method (patent 167,931). In this case, the Air to be treated is only compressed as much as washing liquid is required. The other part of the air is only blown in with blower pressure. The condensed Air is then liquefied in the evaporator by evaporating oxygen. The blown Air, on the other hand, is used for regeneration.

Dieses Lachnlannssche Verfahren litt bislier unter dem Ub.elstand, daß die zur Zeit gebräuchlichen Gegenstromröhrenkältetau-#cher für den Kältetausch unverdichteter oder nur auf niedrigen Druck verdichteter Luft unzulänglich waren, insbesondere wenn sowohl die am Kältetausch beteiligten Zerlegungsprodukte als auch die zu zerlegende Luft keine nennenswerte Verdichtung aufwiesen.This Lachnlannian procedure suffered from the disease that the countercurrent tube cold diver in use at the moment for the cold exchange uncompressed air or air that was only compressed to low pressure was inadequate, especially if both the decomposition products involved in the cold exchange and the air to be broken down did not show any significant compression.

Gegenstand der neuen Erfindung ist deshalb ein neues Verfahren des Kältetausches bei der Zerlegung von Gasgemischen.The new invention is therefore a new method of the Cold exchange when separating gas mixtures.

Die Apparatur besteht gemäß der Zeichnung aus derri Kältespeicher A', A" und B'. ß" mit der Umschalteinrichtung e, dem Luftkondensator bzw. Sauerstoffverdampfer b. dem Rektifikator c mit dem Regulierventil für die Waschflüssigkeit d.According to the drawing, the apparatus consists of the cold accumulators A ', A " and B'. Ss" with the switching device e, the air condenser or oxygen evaporator b. the rectifier c with the regulating valve for the washing liquid d.

Die als Kältespeicher ausgebildeten Kältetauscher A' und A" nehmen die Wärme der verdichteten Luft und nach erfolgter Umschaltung die Kälte des gewonnenen Sauerstoffs auf, während die Kältespeicher B' und B" zur Aufnahme der Wärme der eingeblasenen Luft auf dem Hinweg und zur Aufnahme der Kälte des ausgeschiedenen Stickstoffs auf dein Rückweg dienen.Take the cold exchangers A 'and A "designed as cold accumulators the warmth of the compressed air and, after switching over, the coldness of the extracted air Oxygen, while the cold storage B 'and B "to absorb the heat blown air on the way out and to absorb the cold of the excreted Serve nitrogen on your way back.

Durch den Kältespeicher A' wird verdichtete Luft eingeleitet, welche in dem oberen Teil der Rektifikationskolonne als Waschflüssigkeit dient, um Sauerstoff aus der eingeblasenen Luft auszuwaschen. Es entsteht dabei eine Flüssigkeit mit .f7°I" Sauerstoffgehalt. Diese Flüssigkeit wird iin Verdampfer unter erneuter Verflüssigung von Luft wieder verdampft und durch den Kältespeicher A" abgeleitet, während der ausgeschiedelle Stickstoff durch Kältespeicher B" abgeleitet wird. Auf dem Rückweg werden somit die einzelnen Kältetauscher stets von einer anderen Gasart durchflossen als vorher, dein beim Eintritt führt der Kältetauscher B' eingeblasene Luft, Kältetauscher A' verdichtete Luft, auf dein Rückweg dagegen Kältetauccher A' Sauerstoff und B' Stickstoff. Das auf dein Rückweg durchziehende Gasgewicht inuß :ich in jedem Kältespeicher mit dem vorher in umgekehrter Richtung durchgeführten Gewicht decken, sonst würde der eine Kältespeicher nach und nach zu kalt und der andere zu «-arm werden. Das den Kältespeicher --1' auf dein Rückweg durchziehende `auerctoit,#ewicht muß mindestens so groß sein als das vorher durchgeleitete Luftgewicht, und das in den Kältespeicher B' zurückkehrende Stickstoffgewicht muß ebenfalls mindestens gleich dem Luftgewicht sein, welches vorher durchgeleitet wurde. Da zur Herstellung von Sauerstoff mit 47% Reinheit annähernd das gleiche Gewicht des gewonnenen Sauerstoffs an Luft als Waschflüssigkeit erforderlich ist, so wird der thermische Gleichgewichtczuctand erreicht, wenn vorher ein der gewonnenen Sauerstoffmenge annähernd entsprechendes Gewicht an verdichteter Luft durch Kältespeicher A' eingeleitet wurde, und da die ausgeschiedene Stickstoffmenge sich ebenfalls annähernd - mit der einzublasenden L uftinenge deckt, so kehrt durch Kältespeicher B' gerade so viel Stickstoff zurück, als vorher an Luft eingeblasen wurde.Compressed air is introduced through the cold store A ', which in the upper part of the rectification column serves as scrubbing liquid to oxygen to wash out of the blown air. A liquid is created with it .f7 ° I "oxygen content. This liquid is in the evaporator with renewed liquefaction evaporated from air again and discharged through the cold storage A ", during the retired Nitrogen is discharged through cold storage B ". On the way back, the individual cold exchangers are always from a different one Type of gas flowed through than before, the one blown in by the cold exchanger B 'leads on entry Air, cold exchanger A 'compressed air, on the other hand cold exchanger on your way back A 'oxygen and B' nitrogen. The weight of the gas moving through on your way back : I in each cold store with the one previously carried out in the opposite direction Cover weight, otherwise one of the cold stores would gradually become too cold and the others become too poor. The one that pulls through the cold store --1 'on your way back `auerctoit, # eweight must be at least as large as the weight of the air previously passed through, and the nitrogen weight returning to the cold store B 'must also be at least be equal to the air weight that was previously passed through. Because for the production of 47% purity oxygen has approximately the same weight as the oxygen recovered in air as the washing liquid is required, the thermal equilibrium is required achieved if an amount of oxygen that is approximately equivalent to the amount of oxygen obtained beforehand Weight of compressed air was introduced through cold storage A ', and since the The amount of nitrogen excreted is also approximate - with that to be injected C uftine-tight covers, then just enough nitrogen returns through cold storage B ', than was previously blown in air.

Es werden beispielsweise eingeführt 3ooo cbm eingeblasene Luft durch Kältespeicher B' und i,;oo cbm verdichtete Luft durch Kältespeicher A', und es kehren zurück 300o cbm ausgeschiedener Stickstoff mit 93 (),to IC-Gehalt durch Kältespeicher B' und 15oo cbm Sauerstoff mit -470,'o O.-Gehalt durch Kältespeicher A'. Die durch Kältespeicher B' ein-@eblasenen 3000 cbm Luft vermindern sich uni die daraus gewonnene Sauerstoffmenge, dafür aber zieht eine entsprechende Stickstoffmenge. welche aus der Waschflüssigkeit ausgeschieden wird, durch den Kältespeicher B" ab.For example, 3ooo cbm of air blown in through cold storage B 'and i,; oo cbm compressed air through cold storage A', and 300o cbm of excreted nitrogen with 93 (), to IC content through cold storage B 'and 15oo cbm oxygen return with -470, 'o O.-content through cold storage A'. The 3000 cbm of air blown in by cold storage B 'reduce the amount of oxygen obtained from it, but instead draws a corresponding amount of nitrogen. which is excreted from the washing liquid, through the cold accumulator B ″.

Außerdem wird durch Entspannen einer auf hohen Druck verdichteten Luftmenge in einer Expansionsmaschine ein Zusatz an flüsci-er Luft von etwa zoo cbm, welcher zur Deckung der Kälteverluste dient, dem Rektinkator unmittelbar zugeführt.In addition, one is compressed to high pressure by releasing it The amount of air in an expansion machine is an addition of liquid air of about zoo cbm, which serves to cover the cold losses, is fed directly to the rectinator.

Die Kältetauscher sind als Kältespeicher (Rektiperatoren) ausgeführt und für Um-:chaltwechselbetrieb eingerichtet. Sie sind finit etwa a; nim hohen gewellten Blechlainel-"len voll 1 mm Stärke gefüllt, welche so ein-;#ecetzt sind, daß sich die einzelnen Lagen nur :.urch einige eingelegte Eisenstäbe berühren, uni die metallische Kälteleitung zu unterbinden. (An Stelle der Blechstreifen können auch gelochte Bleche oder Blechringe als Füll-und Speichermasse dienen.) Die eingeblasene Luft bzw. die verdichtete Luft kann so ohne zu großen Widerstand durch die Speicher geleitet werden, und bei dem engen Abstand der gewellten Blechlamellen ist eine intensive Berührung der Luft mit den Flachen zwanglaufig bedingt.The cold exchangers are designed as cold accumulators (rectiperators) and are set up for switchover operation. They are finite about a; The high, corrugated sheet metal sheets are filled to the full 1 mm thick, which are so inserted that the individual layers only touch each other through a few inserted iron rods to prevent the metallic cold conduction. (Instead of sheet metal strips, Perforated sheet metal or sheet metal rings serve as filling and storage mass.) The blown air or the compressed air can be guided through the memory without too much resistance, and with the narrow spacing of the corrugated sheet metal lamellas, intensive contact of the air with the surfaces is inevitable conditional.

Bei diesem neuen Lamellenkältespeicher können bis 7.t1 zooo qm Austauschfläche in r cbm Behälterraum mit nur 5 qm Manteloberfläche untergebracht werden. Damit werden die Kälteverluste auf ein Mindestmaß gebracht, und dementsprechend sinkt auch der Kraftbedarf für die Deckung der Kälteverluste.With this new lamellar cold storage, up to 7t1 zooo square meters of exchange area can be accommodated in r cbm container space with only 5 square meters of surface area. In order to the cold losses are kept to a minimum, and accordingly decreases also the power required to cover the cold losses.

Auf beiliegender Zeichnung ist das neue Verfahren schematisch dargestellt.The new process is shown schematically in the accompanying drawing.

Die auf Überdruck verdichtete Luft tritt bei- sit' in den Kältespeicher A' ein, kühlt sich in diesem auf -185° ab und wird durch Leitung i' in den Verdampfer b geführt und dort durch verdampfenden Sauerstoff verflüssigt. um dann mit Leitung 2 auf dem Kopf der R ektifikationssäule ausgegossen zu werden.The air, which has been compressed to excess pressure, enters the cold store A ', cools down in this to -185 ° and is fed into the evaporator through line i' b and liquefied there by evaporating oxygen. around then with line 2 to be poured out on top of the rectification column.

Gleichzeitig mit der Zuleitung von verdichteter Luft in den Kältespeicher A' wird bei ü in den Kältespeicher B' Luft eingeblasen. im Kältespeicher B' auf -185°gekühlt undfdurch Leitung 3' bei t' in der 'Mitte in die Rektifikationssäule c eingeführt, um im Gegenstrom zu der herabrieselnden flüssigen Luft nach oben abzuziehen, wobei der Sauerstoff der eingeblasenen gasförmigen Luft durch den in der flüssigen Luft enthaltenen Stickstoff bis zu 470o ausgewaschen wird, welch letzterer durch Leitung 4' nach -dem Kältespeicher B'' abzieht, in dem er seine Kälte wieder nahezu restlos abgibt und bei y" aus der Apparatur entlassen wird, während der Sauerstoff als Flüssigkeit in den Verdampfer fließf, dort unter Verflüssigung einer gleich großen Luftmenge wieder verdampft und durch Leitung @" in den Kältespeicher A" geleitet, aus dem er bei s" aus der Anlage entnommen wird.Simultaneously with the supply of compressed air into the cold storage A 'is blown air into the cold storage B' at ü. in cold storage B ' -185 ° andf through line 3 'at t' in the 'middle into the rectification column c introduced in order to withdraw upwards in countercurrent to the trickling liquid air, the oxygen in the injected gaseous air being replaced by that in the liquid Air contained nitrogen is washed out up to 470o, which latter by Line 4 'after the cold storage B' 'is withdrawn, in which it is almost cold again gives off completely and at y "is released from the apparatus, while the oxygen as liquid flows into the evaporator, there with liquefaction a same large amount of air evaporates again and passed through line @ "into cold storage A", from which it is taken from the system at s ".

N unihehr wird umgeschaltet und die auf Überdruck verdichtete Luft durch den Kältespeicher A" bei Ara" eingeleitet.N unihehr is switched over and the air compressed to overpressure initiated by the cold store A "at Ara".

Desgleichen wird bei zt" Luft in den Kältespeicher B" eingeblasen, worauf alle Gase den bereits vorbeschriebenen Weg durch die Apparatur in umgekehrter Richtung nehmen.Likewise, with zt "air is blown into the cold storage B", whereupon all gases reverse the route already described above through the apparatus Take direction.

So wird in Abständen von etwa 5 'Minuten immer umgeschaltet, damit die Kältespeicher die aufgenommene Kälte oder Wärine an das nachfolgende Gas wieder abgeben können-Lediglich der Verdampfer und Rektifikator arbeiten kontinuierlich. Die Umschaltunwird selbsttätig durch Dreiwegumschaltventile mit Druckluftzeitschaltung bewerkstelligt.So it is always switched at intervals of about 5 minutes, so the cold accumulator returns the absorbed cold or heat to the subsequent gas can deliver - only the evaporator and rectifier work continuously. The switchover is done automatically by three-way switchover valves with Compressed air time switch accomplished.

Der Sauerstoff tritt abwechselnd durch Leitung 5' oder 5" aus dem Verdampfer in die Kältetauscher über und wird bei s' und s" aus der Anlage abgeleitet, während der Stickstoff durch Leitung 4.' bzw. _l." *aus dein Rektifikator in die Kältetauscher geleitet wird und bei y' und y" abzieht.The oxygen exits alternately through line 5 'or 5 " Evaporator into the cold exchanger and is discharged from the system at s' and s ", while the nitrogen through line 4. ' or _l. "* from your rectifier into the Cold exchanger is passed and subtracts at y 'and y ".

An Stelle der zwei Kältespeicher mit je zwei Abteilungen, wie auf der Zeichnung angegeben, können auch vier einzelne Kältespeicher aufgestellt werden. Der Gasein- und -austritt kann sowohl oben als auch unten vorgesehen werden, je nachdem die eine oder andere Anordnung für vorteilhafter erachtet wird.Instead of the two cold storage units, each with two compartments, as shown on indicated in the drawing, four individual cold accumulators can also be set up. The gas inlet and outlet can be provided both above and below, depending after one or the other arrangement is deemed more advantageous.

In den Leitungen. welche den Rektifikator und den Luftkondensator mit den Kältetauschern verbinden, sind selbsttätige Absperrorgane in Form von -Rückschla;klappen o', p', 16 , v', o", p", zi', v" dergestalt angeordnet, daß die Klappen stets nur nach der Richtung öffnen, die dem Weg entspricht, den die Luft und die Zerlegungsprodukte durch die Apparatur wechselweise zu nehmen haben.In the lines. which connect the rectifier and the air condenser with the cold exchangers are automatic shut-off devices in the form of -Rückschla; flaps o ', p', 16 , v ', o ", p", zi', v " arranged in such a way that the flaps are always open only in the direction that corresponds to the path that the air and the decomposition products have to take alternately through the apparatus.

Dieser Weg wird durch die gesteuerten Umschaltorgane e, welche abwechselnd Gebläseluft eintreten und Stickstoff austreten bzw. verdichtete Luft eintreten und Sauerstoff austreten lassen, bestimmt. Die Rückschlagklappen werden somit unmittelbar durch den Druck der eingeblasenen bzw_ der verdichteten Luft gesteuert, mittelbar aber durch die Umschaltorgane am Lufteintritt in die Kältetauscher. Wären diese Rückschlagv entile nicht vorhanden, dann würde die Luft aus dem einen Kältetauscher direkt durch den anderen Kältetauscher wieder abströmen, anstatt im Luftkondensator sich zu verflüssigen oder im Rektifikator zerlegt zu werden. Es würde ein sogenannter Kurzschluß des Luftweges entstehen. Dabei werden stets die entgegen der Wegrichtung der Gase öffnenden Klappen von der Gegenwirkung des Druckes der Gebläse- oder der verdichteten Luft zugehalten und die in derselben Richtung des Gaswegs öffnenden Klappen aufgedrückt.This path is controlled by the switching devices e, which alternate Blown air enter and nitrogen exit or compressed air enter and Let oxygen escape, definitely. The check valves are thus immediate controlled by the pressure of the blown or compressed air, indirectly but through the switching devices at the air inlet into the cold exchanger. Would this be Check valves are not available, then the air would be discharged from one of the cold exchangers flow out again directly through the other cold exchanger instead of in the air condenser to liquefy or to be broken down in the rectifier. It would be a so-called Short-circuit in the airway. There are always the opposite of the direction of the path the gas opening flaps from the counteraction of the pressure of the fan or the Compressed air held shut and opening in the same direction of the gas path Flaps pushed open.

Der Kältespeicher-Umschaltwechselbetrieb besitzt gegenüber dem kontinuierlichen Kältetauschverfahren neben seinem besonders hohen Wirkungsgrad und den geringen Anschaffungskosten einen weiteren großen Vorteil darin, daß beim unvermeidlichen Auftauen der Apparatur keine nennenswerten Kältev erltrste und keine längeren Betriebsunterbrechungen eintreten, weil man die in dem zuerst aufzutauenden Kältespeicher enthaltene Kälte auf den anderen übertragen kann und umgelehrt, während beim bisherigen kontinuierlichen Kältetausch stets die gesamte, in den großen Metallmassen der Apparatur aufgespeicherte Kälte gänzlich verlorenging und sodann wieder ersetzt werden mußte.The cold storage switchover mode has compared to the continuous Cold exchange process in addition to its particularly high efficiency and the low Acquisition cost is another great advantage that when inevitable Thawing of the apparatus, no significant cold deficits and no longer interruptions in operation occur because the cold contained in the cold store to be thawed first can be transferred to the other and retrained while at the previous continuous Cold exchange always the entire amount stored in the large metal masses of the apparatus The cold was completely lost and then had to be replaced again.

Die kennzeichnenden Merkmale der Erfindung ergeben sich i. aus der Anwendung von Kältespeichern mit Blechlamellenfüllung und Umschattwechselbetrieb an Stelle der sonst üblichen kontinuierlichwirkenden Gegenstromkältetauscher; z. aus der Betriebsweise, wonach die Kältespeicher A' bzw. A" auf dem Hinwege mit verdichteter Luft, die Kältespeicher B' bzw.. B" mit eingeblasener Luft' beschickt werden, nach erfolgter Umschaltung aber durch Kältespeicher A' bzw. A" der Sauerstoff, durch Kältespeicher B' bzw. B" dagegen der Stickstoff zurückkehrt, wobei die im einzelnen durch die verschiedenen Kältespeicher eingeleiteten Luftmengen so bemessen sind, claß sie sich mit dem jeweils auf dem Rückweg durchziehenden Gasgewicht anderer Art ihrem Kälteinhalt nach decken, um den thermischen Gleichgewichtszustand in den Kältetattschern unter Berücksichtigung der durch flüssige "Zusatzluft zu deckenden Kälteverluste aufrechtzuerhalten; 3. aus der Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, daß zwischen den Gebläseluftkältetauschern und dem Rektifikator einerseits bzw. dem Luftkondensator und den Kältelauschern für verdichtete Luft andererseits durch den Luftüberdruck sich öffnende und schließendeRückschlagklappen angeordnet sind, welche einen Kurzschluß des Luftwegs zwischen den Kältetauschern verhindern und die Luft wie die Zerlegungsprodukte zwangläutig über denUmweg durch den Rektifikator bzw. den Luftkondensator und Rektifikator leiten.The characterizing features of the invention result i. from the use of cold storage tanks filled with sheet metal lamellas and alternating operation instead of the usual continuously operating countercurrent cold exchangers; z. from the mode of operation, after which the cold accumulating A 'and A "on the Sends with compressed air, the cold storage B' respectively .. B" with air blown 'are fed, after switching but by cold storage A' and A "of the oxygen , on the other hand, the nitrogen returns through cold accumulator B 'or B ", whereby the individual quantities of air introduced through the various cold accumulators are dimensioned in such a way that they coincide with the gas weight of another type passing through their cold content on the way back, around the thermal equilibrium in the cold tatters taking into account the cold losses to be covered by liquid "additional air; 3. from the device for carrying out the method, which is characterized in that between the blower air cold exchangers and the rectifier on the one hand or the air condenser and the cold exchangers for compressed air on the other hand through the positive air pressure opening and closing Non-return flaps are arranged, which prevent a short circuit of the air path between the cold exchangers and inevitably guide the air like the decomposition products via the detour through the rectifier or the air condenser and rectifier.

Claims

PATENT CLAIMS: e.g. A method for breaking down gas mixtures, in particular air, characterized in that the cold exchange does not take place in continuously acting countercurrent cold exchangers through which the gas to be cooled and the gas to be heated flow at the same time through a metallic wall, but in cold accumulators which contain an iron filling compound with the largest possible Surface, and in switching operation, the gas to be heated releases its cold to one or two cold storage and the gas to be cooled cold: from one or two other cold storage, in which the cold of the gases to be heated was previously stored, for so long until the respective storage tanks are exhausted, whereupon the flow direction is changed by switching.

2. The method according to claim r. characterized by claB der Cold exchange in two compartments, each grouped together as one unit, and in two compartments each subdivided cold storage is going on, being compressed by the second division Air and the first compartment blown air is passed through while on the way back in the opposite direction through the second compartment the oxygen obtained and the separated nitrogen is drawn off through the first compartment.

3. Establishment for carrying out the method according to claim r and 2, characterized in that class between the air cool exchangers and the rectiticator on the one hand or the cold exchangers for compressed air and the air condenser, on the other hand, by the excess air pressure opening and closing non-return flaps are arranged, which short-circuit Prevent the air path between the holding exchangers and the air as the decomposition products Lead it over the detour through the rectifier or the air condenser.