DE495699C - Verfahren zur Gewinnung von Sauerstoff - Google Patents

Description

Der Erfindungsgegenstand ist in der Zeichnung in einem Längsschnitt schematisch dargestellt.

Die gesamte Luftmenge, welche verarbeitet werden soll, wird, zweckmäßig in gereinigtem Zustande, in einem Niederdruckzyünder C₁ auf einen Druck von wenigen Atmosphären komprimiert, wobei ihr durch das die Wände des genannten ZyEnders C₁ kühlende Wasser und die äußere Schlange S₁ genügend Wärme entzogen wird, um ihre Temperatur (nach der ersten Verdichtungsphase) so weit herabzusetzen, daß dieselbe der Kühlflüssigkeit gegenüber nur einen geringen Temperaturunterschied aufweist. Nach dem Austritt aus dem Niederdruckzylinder teilt sich die Luft in zwei Ströme, von denen der eine, das Gewicht/³ besitzende, durch den Hahn R₁ in den Wärmeaustauscher mit Doppelschlange S₁, und zwar in das Innenrohr desselben strömt, während im äußeren Rohr, wie man später sehen wird, eine gewisse Gewichtsmenge des bereits in der Säule rektifizierfcen hochgradig kalten Stickstoffs in entgegengesetztem Sinn zu der im inneren Rohr zirkulierenden Gewichtsmenge P strömt.

In der Schlange S₁ wird die Gewichtsmenge Luft P fast bis auf die dem Druck entsprechende Sättigungstemperatur abgekühlt, worauf sie, unter diesem Druck aus S₁ austretend, durch das Rohryi in die Rektifizier-Säule eintritt. Die vierbleibende Geiwic'htsmenge Luft (1 P, vorausgesetzt, daß 1 kg angesaugt wurde) durchströmt dagegen den Hahn R₂ und tritt sodann in die anderen Verdichtungszylinder, d.h. in C₂, ein, wo sie auf den schließlichen höchsten Kompressionsdruck verdichtet wird. Die Verdichtung in C₂ findet gleichfalls unter Wärmeentziehung statt (mit Wasser als Kühlmittel). Nach dem Austritt aus C₂ durchströmt die Gewichtsmenge 1P den Wasserkühler S₂, 'wo sie bei nahezu konstantem Druck abgekühlt wird, bis sie ungefähr die Temperatur des Wassers annimmt, um sodann in das mittlere Rohr des Wärmeaustauschers S₂ überzutreten, der seinerseits aus einer dreifachen, in entgegengesetztem Sinn von Sauerstoff (inneres Rohr) und von der restlichen bereits rektifizierten 'kalten Stickstoffmenge / (äußeres Rohr) durchströmten Schlange besteht. In dem Wärmeaustauscher S₂ wird die Gewichtsmenge Luft 1 P unter gleichbleibendem Druck bis auf eine bedeutend unter der Außentemperatur liegende Temperatur abgekühlt. Die: Gewichtsmenge 1P teilt sich nach ihrem Austritt aus S₂ in zwei Teile, von denen der eine durch den Hahn R₃ in das Ausdehnungsgefäße gelangt und durch Ausdehnen äußere Arbeit erzeugt und nach weiterer Abkühlung 6p

gleichfalls durch, das Rohr A in die Säule eingeführt wird. Der zweite Teil dagegen wird ungefähr unter dem in den Verdichtungszylindern C₂ erzielten Maximaldruck in der Wärmeaustauscherschlange S₃ (Innenrohr) verflüssigt und unterkühlt; deren Außenrohr die Stickstoffgewichtsmenge / durchströmt, welche nachher durch das Außenrohr der Schlange S₂ geleitet wird.

ίο Die verflüssigte und in S₃ unterkühlte Luft wird sofort nach ihrem Austritt aus S₃ in R₁ bis zu dem Druck, der im Punkt C der Säule herrscht, in die sie 'eingeleitet wird, gedrosselt.

Die bei A in die Säule eingeleitete Luft wird beim Emporsteigen gezwungen, in den bedeutend kälteren Flüssigkeiten zu sprudeln, die in den Schalen D D enthalten sind, auf welche einerseits die aus C austretende fLüssige Luft und andererseits das sich in den Rohren// des Rückkühlers kondensierende, sauerstoffreiche flüssige Gemisch tropft; infolge des Sprudeins verflüssigt sich ein Teil des Sauerstoffes der eintretenden gasförmigen Luft und verdrängt eine entsprechende Stickstoffmenge, welche beim Verdampfen emporsteigt, so daß das aus den Schalen D D austretende Gasgemisch stickstoffreicher ist als die Luft, während sich am Boden der Säule eine Flüssigkeit ansammelt, welche nahezu den gesamten Sauerstoff der zu verarbeitenden Luft enthält.

Diese Flüssigkeit gelangt durch das Rohr E zum Hahn/?₅, wo sie bis auf den Druck herabgedrosselt wird, der an der Stelle F der Säule, wo die Flüssigkeit eintritt, herrscht.

Die entstehende, durch Drosselung gekühlte und in F eingelassene Flüssigkeit füllt die oberen Rektifizierungsböden G G. Die in den genannten Schalen enthaltene-Flüssigkeit, welche um so sauerstoffreicher ist, je weiter man nach unten kommt, tritf durch die Überströmrohre aus und erfüllt die Becken// und H₁ und den Außenraum des Wärmeaustauschers /.

Das aus den Rohren// unter Druck nach oben austretende, nur ganz wenig O enthaltende Gasgemisch, welches in die Flüssigkeit der Schalen M sprudelt, verliert nach und nach seinen Sauerstoff, und zwar weil die Temperatur der Flüssigkeit derart ist, daß er kondensiert. Beim Verdichten bringt der Sauerstoff den in den Schalen befindlichen flüssigen Stickstoff zum Verdampfen. Da auf diese Weise der gesamte Sauerstoff des aufsteigenden Gemisches kondensiert ist, besteht das aus der letzten Schale M austretende gasförmige Fluidum aus reinem Stickstoff.

Dieser Stickstoff wird in den oberen Röhren LL₁ welche beständig durch, den aus den oberen Schalen QG austretenden flüssigen Sauerstoff benetzt werden, vollständig abgekühlt, j

Nur ein Teil des in LL verflüssigten Stickstoffes wird zur Verflüssigung des in den aus den Rohren// austretenden Gasen verbliebenen Sauerstoffs verwendet, während der Rest, in R_e gedrosselt und in V 'eingefüllt, die oberen Schalen der Rektifiziersäule anfüllt und somit zur Vervollständigung der Rektifikation der emporsteigenden Gase dient.

Aus dem oberen Teil der Säule tritt vollkommen reiner Stickstoff aus, während aus der Entnahmestelle Z vollkommen reiner Sauerstoff entnommen werden kann.

In k befindet sich eine Sammelstelle für die Stickstoffdämpfe, welche dann die Leitung/ hinabsteigen, wo sich der Strom teilt, indem' ein Teil χ in dem äußeren Teile des Austauschers S₁ zirkuliert, während der zweite Teil j' in dem äußeren Teil des Austauschers S₃ strömt, um die in demselben strömende Luft zu kühlen.

Diese letztere Stickstoffmenge y durchläuft S₃ und geht dann durch S₂ (äußeres Rohr), wobei sie ihre Kälteedriheiten an die im entgegengesetzten Sinn streichelnde Luft abgibt. Die aus Z austretenden Sauerstoffdämpfe werden durch das Rohr 2 zum Austauscher S₂ (Innenrohr) geleitet und bewirken zusammen mit der Stickstoff menge y die Kühlung der Luft bis etwa auf die anfängliche Ausdehnungstemp e ratur.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Gewinnung von Sauerstoff und Stickstoff aus der Luft, dadurch gekennzeichnet, daß man die gesamte zu zerlegende Luft auf sehr niedrigen, dem atmosphärischen nahezu gleichkommenden Druck verdichtet und dann in zwei Ströme unterteilt, von denen man den einen, ohne ihn zu entspannen, in einem Wärmeaustauscher, in welchem nur ein Teil des aus der Rektifiziersäule austretenden tief stgekühlten Stickstoffs wirksam ist, auf niedrigste Temperatur abkühlt und den zweiten Luftstrom bis auf den im Kreislauf herrsehenden Höchstdruck verdichtet und in Wärmeaustauschern mit dem restlichen Teil der aus der Luftzersetzung stammenden Teile, ohne auf semen Druck einzuwirken und ohne ihn zu verflüssigen, kühlt und dann in zwei Teile unterteilt, von denen der eine unter Leistung von äußerer Arbeit entspannt wird, bis der nämliche Tiefstdruck und die nämMlche tiefste EndbemperatUT wie die bei dem ersten nur auf niedrigen Druck verdichteten Strom erreicht sind, während man den

   anderen hochverdichteten Stromteil, ohne seinen Druck zu beeinflussen, verflüssigt, die sich ergebende Flüssigkeit Ms fast auf den erwähnten Tiefstdruck herabdrosselt und schließlich den ersten nur auf niedrigen Druck verdichteten, unter Tiefstdruck gekühlten Gasstrom mit dem aus der Entspannungsmaschine austretenden Gasstrom vereinigt, worauf beide unten in eine Rektifikationssäule usw. unter die unter Druck stehenden Refctifizierschalen eingeführt werden, während man die gedrosselte Flüssigkeit auf die genannten Schalen gießt, um eine erste teilweise Rektifikation unter Druck hervorzurufen und dadurch Zerlegungsprodukte von größerer Reinheit zu erzielen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß auf den zu verflüssigenden Luftteil nur ein Teil des aus der Säule herausströmenden Gesamtstickstoffs als Kältequelle einwirkt, während der übrige, aus der Säule herausströmende kalte Stickstoff den auf Niederdruck (d. h. nur wenig über Atmosphärendruck) komprimierten Luftteil auf .eine äußerst niedrige Temperatur herabkühlt, und daß auf die auf Höchstdruck gebrachte und nur einen Teil der behandelten Luft darstellende Luft der gesamte kalte Sauerstoff und diejenige Menge Stickstoff einwirken, welche zur Verflüssigung des einen Luftteils gedient hat.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nur auf Niederdruck komprimierte Luftteil in der Säule ohne Beeinflussung seines Druckes, also ohne daß er irgendwie expandiert wird, verflüssigt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Säule eingeführte und in derselben zur Verflüssigung gelangende gasförmige Strom sich zusammensetzt aus expandierter und aus nicht expandierter Luft, d.h. aus der die Expansionsmaschine verlassenden und aus der nur auf Niederdruck komprimierten Luft.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rektifikatiorissäule zwei Rektifikationen nacheinander stattfinden, und zwar die eine bei Überdruck und die andere bei atmosphärischem Druck.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen