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Verfahren zum Zerlegen von Gasgemischen Aus der Beschreibung des Hauptverfahrens
der Zerlegung von Gasgemischen- (Patent 49o 878) ergibt sich, daß durch die
Abkehr vorn der Totalverflüssigung, nämlich durch einfaches Einblasen eines Teiles
des Gemisches, eine wesentliche Minderung des Kraftbedarfs für die Kompression des
zu zerlegenden Gemisches erzielt wird, die sich durch den besseren Wirkungsgrad
des Kältespeicher-Urnschalt-Wechselbetriebes gegenüber dem kontinuierlichen Kältetausch
noch erhöht und daß für den Kältetausch unverdichteter Gase bei Anlagen für große
Leistungen letzterer unzulänglich ist.
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Für den Gesamtkraftbedarf spielt aber daneben auch noch die erforderliche
Menge flüssiger Luft für die zu ersetzenden Kälteverluste der Apparatur eine Rolle,
und der Umfang dieser Kälteverluste ist insbesondere von der durch die Zerlegungsapparatur
geleiteten Gasmenge abhängig.
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Bei der Zerlegung der Luft in ihre Hauptbestandteile wird die durchgesetzte
Luftmenge im Verhältnis zur ausgeschiedenen Stickstoffmenge um so kleiner, je weniger
Sauerstoff der ausgeschiedene Stickstoff mit fortnimmt und je weniger der zu gewinnende
Sauerstoff noch Stickstoff enthält.
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Der Idealfall bedingt einen Luftumsatz von 430 cbm Luft pro Kubikmeter
ausgeschiedenen Stickstoff. Das hier zu beschreibende neue Verfahren umfaßt die
vorstehend aufgeführten Vorteile: r. die Abkehr von der Totalverflüssigung durch
einfaches Einblasen des größten Teiles der Rektifikationsluft in die Apparatur,
a. den Kältespeicher-Umschalt-Wechselbetrieb und 3. die Beschränkung der .erforderlichen
Luftmenge auf nahezu theoretischen Bedarf. Der geringste Luftverbrauch ist nur mit
doppelter Rektifikation in zwei Druckstufen erreichbar, die Rektifikation mittels
eingeblasener Luft setzt aber voraus, daß im Rektifikator kein Überdruck besteht.
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Bei den bisher bekannten Verfahren mit Rektifikation in zwei Druckstufen
verläuft diese in der ersten Stufe unter einem Überdruck von 4 bis 5 Atm., weil.
dieser Überdruck zur Verflüssigung des Waschstickstoffs im oberen Kondensator gebraucht
wird. Das neue Verfahren arbeitet mit einem Verdampfer und einem Kondensator, wovon
nur der Verdampfer auf der Kondensatorseite mit Überdruck betrieben wird, während
im oberen Kondensator die Verflüssigung durch einen auf der Verdampferseite unterhaltenen
Unterdruck bewirkt wird. Dieser obere Kondensator ist als Flüssigkeits-Rüeklaufkondensator
für fraktionierte Verflüssigung nach System Claude angelegt, läßt also nur reinen
Stickstoff abziehen.
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Im Rektifikator besteht bei dieser Durchführung
des
Verfahrens kein Überdruck, und demgemäß steht dem Einblasen der Rektifikationsluft
nichts im Wege. Da man.aber nach dem bekannten Gleichgewichtsgesetz mittels Luft
die Waschflüssigkeit nur bis 47 ojo mit Sauerstoff anreichern kann, anderseits aber
aus Rücksicht auf den Luftumsatz ein möglichst reiner Sauerstoff anzustreben ist,
so muß iri der unteren Rektifikations, Zone eine Nachrektifikation durch Sauerstoff
erfolgen.
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Dazu dient nun hier der untere Verdampfer, welcher den erforderlichen
Rektifikationssauerstoff zu liefern hat, während der zu gewinnende Sauerstoff aus
dem oberen Kondensator durch Absaugen unter 7 5 % Vakuum entnommen wird.
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Auf beiliegender Zeichnung Abb. i ist das Verfahren schematisch dargestellt:
Die hierzu erforderliche' Einrichtung besteht aus den Kältetauschern B' und
B" für Gebläseluft und Stickstoff sowie aus den beiden Kältetauschern A' und A"
für Druckluft und Sauerstoff, dem Überdruckverdampfter b, welcher den Rektifikationssaüerstoff
liefert, dem. Unterdruckkondensator c für den zu entnehmenden Sauerstdff, der als
Flüssigkeits-Rücklaufkondensator für fraktionierte Verflüssigung dient, der oberen
Rektifikationsstufe d' der unteren d", dem Regulierventil ä' für flüssigen- Sauerstoff,
dem Regulierventil ä ' für flüssige Luft, den Umschaltventilenh',h",h"' und h1`,
der Umschalteinrichtung e mit dem Druckluftschaltzylinderh und den Rückschlagventilen
o', p', u', v' und o',', p", u", v".
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Es werden beispielsweise 5oo cbm mit 3 Atm. überdruck durch den Kältetauscher
A' und Leitung a' in die Kondensatorseite des Verdampfers b eingeleitet, verflüssigen
sich dort unter Verdampfung einer entsprechenden Menge flüssigen Sauerstoffs, und
die flüssige Luft wird dann durch Leitung 5 in den Röhrenkältetauscher i und durch
das Regulierventil ä" und Leitung 6 auf den Kopf des Rektifikatorsd' geleitet, wo
sie als Waschflüssigkeit dient, i 5oo cbm Gebläseluft werden durch Kältetauscher
B' und Leitung Z' Inder Mitte zwischen den beiden Rektifikatorstufend' und d" eingeleitet.
Die iooo cbm verflüssigter Sauerstoff des unteren Verdampfers werden zur Hälfte
in diesem verdampft, zur anderen Hälfte mit Leitung 7 durch Regulierventil g' der
Verdampferseite des oberen Kondensators c zugeleitet und unter Vakuum verdampft,
wobei eine annähernd gleich große Menge aus dem Rektifikator abziehender, etwa 7
% Sauerstoff enthaltende Dämpfe durch fraktionierte Kondensation verflüssigt wird,
so daß nur reiner Stickstoff abzieht, und zwar rund i 5oo cbm.
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Es verflüssigen sich somit 5oo cbm auf der Kondensatorseite des oberen
Kondensators und eine gleich große Menge im unteren Verdampfer, so daß zusammen
iooo cbm als Waschflüssigkeit zur Verfügung stehen.
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Diese wird nun durch die eingeblasenen i 5oo cbm Luft in der oberen
Rektifikationsstufe .auf ¢7 % 02 Gehalt und in der unteren Stufe durch die 5oo cbm
Rektifikationssauerstoff auf 85 % angereichert, worauf sie in den unteren Verdampfer
fließt, aus dem dann wieder die Hälfte der Flüssigkeit in den oberen Kondensator
übergeleitet und von dort durch Leitung 8 abgesaugt wird. Die 5oo cbm Sauerstoffdämpfe
werden durch Leitung q." vom Kältespeicher a" abgesäugt und bei s" entnommen, nachdem
sie ihre Kälte im Speicher abgegeben haben. Die i 5oo cbm Stickstoffdämpfe von -i95°
ziehen durch den Röhrenkältetauscher i und durch die Leitung 3" in den Kältespeicher
B" ab, in welchem sie ihre Kälte abgeben, um die Apparatur bei y" zu verlassen.
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Das neue Verfahren.ist aber gekennzeichnet durch den kombinierten
Überdruck- und Unterdruckbetheb eines unteren Verdampfers und eines oberen Kondensators
mit dem Verfahren des Einblasens der Rektifikationsluft in den Rektifikator unter
Anwendung von Kältespdlchern mit Ums.Ohalt-Wechs:elbetrieb für den' Kältetausch
der Zerlegmgsprodukte mit dem zu zerlegenden Gasgemisch.