DE584572C

DE584572C - Process for saving energy in the procurement of the minimum scrubbing liquid required for the separation of gas mixtures

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Publication number: DE584572C
Application number: DEF72916D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1932-02-28
Filing date: 1932-02-28
Publication date: 1933-09-21

Description

Verfahren `zur Ersparnis von Energie bei der Beschaffung der mindest erforderlichen Waschflüssigkeit für die Zerlegung von Gasgemischen Es bestand bisher ganz allgemein die Ansicht, daß die Trennung tiefsiedender Gasgemische zur Gewinnung des schwersiedenden Hauptbestandteils, insbesondere von Sauerstoff, in erster Linie eine Frage des erforderlichen Luftumsatzes bzw. der erreichbaren -' Sauerstoffausbeute aus einer umgesetzten Luftmenge ist.Procedure for saving energy in the procurement of the least necessary scrubbing liquid for the decomposition of gas mixtures It existed so far generally the view that the separation of low-boiling gas mixtures for the recovery of the high-boiling main component, in particular of oxygen, in the first place a question of the required air turnover or the achievable - 'oxygen yield is from a converted amount of air.

Das trifft aber nicht zu, denn der Energieaufwänd für die Trennung ist hauptsächlich eine Frage der erforderlichen Menge an Waschflüssigkeit und nicht etwa des Luftumsatzes, denn die Erzeugung der Waschflüssigkeitsmenge ist es, welche in der Hauptsache den Energiebedarf bestimmt, weil nur der zu verflüssigende Teil der Luft verdichtet werden muB, während der andere Teil ohne Überdruck eingeblasen werden kann oder, so,-fern dieser Teil ebenfalls verdichtet wird, in einer' Expansionsmaschine entspannt werden kann, um damit die Kälteverluste der Anlage zu decken. Man hat es also hier mit einem an sich bekannten sog. Teilverflüssigungsverfahren zu tun.But that is not the case, because the energy expenditure for the separation is mainly a matter of the amount of washing liquid required and not about the air turnover, because the generation of the amount of washing liquid is what mainly determines the energy requirement, because only the part to be liquefied the air must be compressed while the other part is blown in without excess pressure can be or, if this part is also compressed, in an 'expansion machine can be relaxed in order to cover the cooling losses of the system. One has So here it is a so-called partial liquefaction process known per se.

Dabei kommt es aber darauf an, wie die Waschflüssigkeit am vorteilhaftesten beschafft wird. Erfindungsgemäß soll dies dadurch geschehen, daß die außerhalb des eigentlichen Zerlegungsprozesses etwa- aufgewendete Verdichtungsenergie z. B. für die Sauerstoffförderung-auf-den Verbrauchsbehälterdruck oder bei Entnahme von flüssigem Sauerstoff aus der Anlage für die in einem Luftverflüssigungsprozeß erzeugte Ersatzflüssigkeit der entnommenen flüssigen Sauerstoffmenge diesem Zweck dienstbar gemacht werden kann.But it depends on how the washing liquid is most beneficial is procured. According to the invention, this should be done in that the outside of the actual decomposition process, for example - expended compression energy z. B. for the oxygen delivery-to-the consumption container pressure or when withdrawing liquid Oxygen from the system for the replacement liquid generated in an air liquefaction process the withdrawn amount of liquid oxygen can be made available for this purpose can.

Der Bedarf an Waschflüssigkeit ist im günstigsten Falle 2,75 cbm (2 cbm flüssiger Rohsauerstoff und o,75 cbm flüssiger Waschstickstoff) für i- cbm 02 99 °J" und an Einblaseluft werden gebraucht 3,25 cbm, zusammen also 6 cbm.In the best case, the need for washing liquid is 2.75 cbm (2nd floor) cbm of liquid raw oxygen and 0.75 cbm of liquid scrubbing nitrogen) for i-cbm 02 99 ° J "and 3.25 cbm of blowing air are needed, so a total of 6 cbm.

Von den 2,75 cbm kann i cbm Sauerstoff entnommen werden, während 475 cbm zusammen mit den 3,25 cbm Einblaseluft für die Durchführung des Rektifikationsprozesses gebraucht werden.Of the 2.75 cbm, 1 cbm of oxygen can be withdrawn, while 475 cbm together with the 3.25 cbm air injection for carrying out the rectification process to be needed.

Diese neue Erkenntnis ist insbesondere im Zusammenhang mit der Anwendung des Verfahrens nach Patent 340 7o6 von großer Bedeutung für die weitere Entwicklung der Sauerstoffgewinnung aus der Luft, denn bei der Förderung des Sauerstoffs in flüssiger Form auf den Druck der Stahlflaschen muß dieser im Gegenstrom zu einer annähernd gleich großen Menge Hochdruckluft verdampft werden, wobei sich die Hochdruckluft verflüssigt.This new finding is particularly related to the application of the method according to patent 340 706 is of great importance for further development the extraction of oxygen from the air, because in the promotion of oxygen in liquid form on the pressure of the steel bottles must this in countercurrent to a approximately the same amount of high-pressure air are evaporated, with the high-pressure air liquefied.

Man gewinnt also auf diese Weise i cbin Waschflüssigkeit, ohne dafür mehr Kraft aufwenden zu müssen, als ohnedies zur Förderung des Sauerstoffs in die Stahlflaschen bei einem Druck von i5o Atm. gebraucht würde, denn der auf i5o Atm. flüssig geförderte Sauerstoff kann ohne Verlust an Kälte nur mit Hochdruckluft verdampft werden.So in this way one gains a washing liquid without adding it having to use more force than before to convey the oxygen into the Steel cylinders at a pressure of 150 atm. would be needed because the one on i5o Atm. Liquid oxygen can only be used with no loss of cold High pressure air can be evaporated.

Somit sind nur noch weitere 1,75 cbm Waschflüssigkeit zu erzeugen, was einen Energieaufwand von o,i8 PS/h erfordert und zuzüglich des Energieverbrauchs von o, i 5 PS/h für -die Deckung der Kälteverluste und 0,33 PS/h für Hochdruckverdichtung zum Abfüllen des Sauerstoffs in Stahlflaschen einen Gesamtenergieverbrauch von nur o,65 PS/h für i cbm 02 99 % fertig abgefüllt in Stahlflaschen.Thus, only a further 1.75 cbm of washing liquid needs to be generated, which requires an energy consumption of 0.18 PS / h plus the energy consumption of 0.15 PS / h to cover the cold losses and 0.33 PS / h for High-pressure compression for filling the oxygen in steel bottles a total energy consumption of only o.65 PS / h for i cbm 02 99% completely filled in steel bottles.

Es ist bekannt, das Verfahren nach Patent 340 7o6 in Verbindung mit dem bisher üblichen Totalverflüssigungszerlegungsverfahren zu bringen, jedoch kann man damit keinerlei Ersparnis an Verdichtungsenergie für die Zerlegung selbst erzielen, da hierbei ohnedies die gesamte Luft und noch dazu auf einen höheren als den Kondensationsdruck verdichtet wird.It is known to use the method according to patent 340,706 in connection with to bring the previously common total liquefaction decomposition process, but can you do not achieve any savings in compression energy for the dismantling itself, since in this case all of the air and, moreover, at a higher pressure than the condensation pressure is compressed.

So wie es nach Patent 340 -o6 vorgesehen ist, werden 5 cbm hochverdichtete Luft i cbm flüssigem Sauerstoff und 4 cbm gasförmigem Stickstoff entgegengeführt.As provided for in patent 340-06, 5 cbm are highly compressed Air in cubic meters of liquid oxygen and 4 cubic meters of gaseous nitrogen.

Der flüssige Sauerstoff soll dabei auf etwa 15o Atm. gefördert und bei diesem Druck verdampft werden. Bei a 5o Atm. beginnt aber die Verdampfung erst oberhalb - a40°, und demgemäß müssen die entgegengeführten 5 cbm verdichtete Luft oberhalb - 14o° die latente Kälte i cbm Sauerstoffs und die fühlbare Kälte desselben und der 4 cbm Stickstoff aufnehmen können, was natürlich nur dann möglich ist, wenn die Luft so hochverdichtet ist, daß sie bereits bei - i4o° teilweise verflüssigt werden kann, d. h. bei etwa 4o Atm.The liquid oxygen should be around 150 atm. promoted and be vaporized at this pressure. At a 50 atm. but the evaporation is only just beginning above - a40 °, and accordingly the opposite 5 cbm of compressed air must above -14o ° the latent coldness in cbm of oxygen and the sensible coldness of it and who can absorb 4 cbm of nitrogen, which of course is only possible if the air is so highly compressed that it partially liquefies at -14o ° can be, d. H. at about 4o atm.

Wenn aber die gesamte Luft bereits auf 4o Atm. verdichtet ist, wovon i cbm durch die latente Kälte des verdampfenden Sauerstoffs verflüssigt wird, während die andern 4 cbm im Kondensator verflüssigt werden sollen, dann kann dabei niemals etwas im Sinne einer Energieersparnis für den Zerlegungsprozeß herauskommen.But if all the air is already at 4o atm. is condensed from what i cbm is liquefied by the latent cold of evaporating oxygen while the other 4 cbm are to be liquefied in the condenser, then this can never be done come out something in the sense of an energy saving for the dismantling process.

Hingegen, wenn nur i cbm Luft auf hohen Überdruck und 1,75 cbm auf Kondensationsdruck verdichtet werden, dann kann der restliche Teil der Luft ohne Überdruck- zerlegt werden, und nur so kann eine Ersparnis an Verdichtungsenergie für den Zerlegungsprozeß selbst entstehen.On the other hand, if only 1 cbm of air is compressed to high overpressure and 1.75 cbm to condensation pressure, then the remaining part of the air can be decomposed without overpressure, and this is the only way to save compression energy for the decomposition process itself.

Auch bei der Gewinnung des Sauerstoffs für den Abtransport im flüssigen Zustand ist das Zusammenwirken des Einsäuleneinblasebetriebes mit einer Verflüssigungsanlage für die Kälte, welche mit dem flüssig abtransportierten Sauerstoff verlorengeht, vorteilhaft, denn hier steht aus der flüssigen Luft, welche .denn Verflüssigungsteil der Anlage als Ersatz für den flüssig entnommenen Sauerstoff erzeugt wird, ebenfalls i cbm als Waschflüssigkeit zur Verfügung, so daß nur noch 1,75 cbm Luft zusätzlich verflüssigt werden muß.Even when extracting the oxygen for removal in the liquid The state is the interaction of the single-column injection operation with a liquefaction plant for the cold, which is lost with the liquid oxygen, advantageous, because here comes from the liquid air, which .n the liquefaction part the system is generated as a replacement for the liquid oxygen withdrawn, as well i cbm available as washing liquid, so that only 1.75 cbm of additional air must be liquefied.

Mehr noch als dies wirkt sich aber der Umstand zugunsten des Flüssigsauerstoffbetriebes aus, daß beim Teilverflüssigungszerlegungsverfahren die hochverdichtete Luft zum größten Teil bis auf atmosphärischen Druck entspannt und in den Trenner eingeblasen werden kann.Even more than this, however, the fact works in favor of the liquid oxygen operation from that in the partial liquefaction decomposition process, the highly compressed air to the for the most part relaxed to atmospheric pressure and blown into the separator can be.

Die Erzeugung der Ersatzflüssigkeit für den flüssig abtransportierten Sauerstoff geschieht bekanntlich in der Weise, daß die zu zerlegende Luft auf hohen Druck verdichtet und dann auf Kondensationsdruck teils in einer Expansionsmaschine, teils durch Abdrosselung entspannt wird.The generation of the substitute liquid for the liquid that is transported away As is well known, oxygen occurs in such a way that the air to be decomposed is at a high level Pressure compressed and then partly in an expansion machine to condensation pressure, is partly relaxed by throttling.

Beim Teilverflüssigungstrennungsverfahren dagegen können etwa 3/;, der Luft auf den atmosphärischen Druck der Rektifikation entspannt werden, und dadurch verbessert sich die Kälteleistung in der Expatsionsmaschine ganz wesentlich. Wenn nämlich der Enddruck der Entspannung, wie es bisher der Fall ist, noch 5 Atm. absolut beträgt und ein Entspannungsverhältnis von 4o erforderlich ist, dann muß die ganze Luft auf Zoo Atm. verdichtet werden; beim Teilverflüssigungszerlegungsverfahren dagegen brauchen 6o0/0 davon nur auf 4o Atm. verdichtet zu werden und nur 40 0/0 auf höheren Druck, um die gleiche Kälteleistung zu erzielen, oder man kann einen einheitlichen Druck von etwa 64 Atm. wählen. Durch den weniger hohen Druck wird aber nicht nur der Betrieb in der Expansionsmaschine erleichtert, sondern auch die Kälteleistung verbessert, denn j e niedriger der Druck, desto kleiner ist die abnormale Kontraktion der verdichteten Luft und um so größer das Arbeitsvolumen derselben. Bekanntlich weichen alle Gase im hochverdichteten Zustand von dem idealen Gasgesetz, wonach p # v konstant sein soll, beträchtlich ab, besonders bei einer hier in Frage kommenden Vorkühlung bis etwa - 45' und tiefer vor dem Eintritt in die Expansionsmaschine.In the case of the partial liquefaction separation process, on the other hand, about 3/4 of the air can be expanded to the atmospheric pressure of the rectification, and this significantly improves the refrigeration capacity in the expedition machine. If the final pressure of relaxation, as has been the case up to now, is still 5 atm. is absolute and a relaxation ratio of 4o is required, then all of the air must be at Zoo Atm. be condensed; in the case of the partial liquefaction decomposition process, on the other hand, 6o0 / 0 only need 40 atmospheres. To be compressed and only 40 0/0 to higher pressure in order to achieve the same cooling capacity, or you can have a uniform pressure of about 64 atm. Select. The lower pressure not only facilitates the operation in the expansion machine, but also improves the cooling capacity, because the lower the pressure, the smaller the abnormal contraction of the compressed air and the greater the working volume of the same. It is known that all gases in the highly compressed state deviate considerably from the ideal gas law, according to which p # v should be constant, especially with a pre-cooling to about -45 'and lower before entering the expansion machine.

Sehr hochverdichtete Luft kann man daher wirtschaftlich nur ohne Vorkühlung in der Expansionsmaschine entspannen. Damit muß man aber auf den Vorteil einer billigen Kältezufuhr durch eine Ammoniakkältemaschine verzichten, und dies ist ein großer Nachteil des Hochdruckbetriebes.Very highly compressed air can therefore only be produced economically without pre-cooling relax in the expansion machine. But with that you have to take advantage of a cheap one Forego refrigeration through an ammonia chiller, and this is a great one Disadvantage of high pressure operation.

Claims

PATENT CLAIMA Process for saving energy in procurement the minimum scrubbing liquid required for the decomposition of gas mixtures Application of a Partial liquefaction process, characterized in that that either part of the gas mixture in countercurrent with that under high pressure too evaporating high boilers is liquefied or that when the heavy liquid is removed the separately generated substitute liquid for the component removed in liquid form forms part of the washing liquid.