DE60307713T2

DE60307713T2 - Verfahren und kryogene Flüssigkeiten Probenahmeeinrichtung, sowie Luftzerlegungsanlage mit solcher Einrichtung

Info

Publication number: DE60307713T2
Application number: DE60307713T
Authority: DE
Inventors: David Meneses; Jean-Yves Thonnelier; Jean-Yves Lehman
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2002-04-25
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2023-04-18
Also published as: FR2839153B1; US7337616B2; EP1357341A1; US20030228707A1; EP1357341B1; DE60307713D1; JP2004069676A; FR2839153A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Stichprobenentnahme von kryogenen Flüssigkeiten sowie eine Lufttrennanlage, die mit mindestens einer solchen Anlage ausgestattet ist.
Derartige kryogene Flüssigkeiten, die gewöhnlich Sauerstoff, Stickstoff oder auch Argon sind, weisen eine Temperatur von unter ungefähr –170°C auf. Sie werden insbesondere durch Einsatz einer Destilliersäule hergestellt, die zu einer Lufttrennanlage gehört.
Die Durchführung von Stichprobenentnahmen dieser kryogenen Flüssigkeiten zwecks ihrer späteren Analyse ist bekannt. Damit kann insbesondere der Gehalt an wenig flüchtigen Verunreinigungen wie Distickstoffoxid N₂O, Kohlenstoffdioxid CO₂ oder Kohlenwasserstoffen C_nH_m in diesen Flüssigkeiten kontrolliert werden.
Bestimmte dieser Verunreinigungen können sich bei tiefen Temperaturen nämlich in den wesentlichen Bauteilen von Lufttrennanlagen absetzen, insbesondere im Verdampfer/Kondensator der Destilliersäulen. Daher ist die Kontrolle des Gehalts an Verunreinigungen unbedingt erforderlich, sowohl hinsichtlich der Qualität der Produkte als auch hinsichtlich der Anlagensicherheit.
Geht es darum, wenig flüchtige Verunreinigungen zu analysieren, besteht die Schwierigkeit in der Gewinnung einer verdampften Probe, die möglichst repräsentativ für die zu analysierende Flüssigkeit ist.
Der Grund dafür ist, dass häufig eingesetzte Analyseverfahren wie die Gaschromatographie oder die Infrarotspektrometrie eine Erwärmung der entnommenen Probe bis auf eine Temperatur nahe der Umgebungstemperatur beinhalten. Dazu ist es erforderlich, die entnommene kryogene Flüssigkeit zuerst zu verdampfen und sie anschließend zu erwärmen.
Unter diesen Bedingungen sollte, um eine repräsentative Analyse eines Bads einer kryogenen Flüssigkeit zu erhalten, daraus einerseits eine flüssige Probe entnommen werden, die repräsentativ für die durchschnittliche Zusammensetzung des gesamten Bads ist, und sie anschließend schnell und vollständig verdampft werden.
Im Fall der Lufttrennanlage sind insbesondere zwei Arten der Stichprobenentnahme kryogener Flüssigkeiten bekannt.
Die erste, auch als „Flüssigkeitsaufstieg" bezeichnet, beruht auf der Thermosiphonwirkung. Dafür wird eine Umgehung oder ein „Bypass" der zu analysierenden Flüssigkeit hergestellt, in der bzw. dem die Zirkulation durch Verdampfung eines Teils dieser Flüssigkeit gewährleistet wird.
Die Flüssigkeitsaufstiegsvorrichtung befindet sich versetzt zur der Wand der Coldbox der Lufttrennanlage in einem Behälter, der zum Beispiel mit Steinwolle isoliert ist, um die Wärmezufuhr zu begrenzen. Somit wird in einem atmosphärischen Rippenwärmetauscher, der mit einem Mischer verbunden ist, der im Allgemeinen als „Flashverdampfer" bezeichnet wird, kontinuierlich eine Probe der kryogenen Flüssigkeit verdampft, die in dieser Aufstiegsvorrichtung zirkuliert.
Eine wahlweise Art der Entnahme, die auch als „Kapillarentnahme" bezeichnet wird, besteht in der Entnahme der Flüssigkeit unter Druck über eine Kapillare, das heißt eine erste Röhre mit einem geringen Innendurchmesser von zum Beispiel um 0,5 mm. Anschließend muss diese Flüssigkeit in einer zweiten Röhre mit einem größeren Querschnitt bis zu einem kritischen Punkt geleitet werden, wodurch die sofortigen Verdampfung der gesamten zu analysierenden Flüssigkeit gewährleistet wird.
Diese bekannten Entnahmesysteme sind weit verbreitet und gewährleisten im Wesentlichen zufriedenstellende Ergebnisse. Dennoch bringen sie einige Nachteile mit sich.
Sie können ein Problem hinsichtlich der Repräsentativität der entnommenen Probe mit sich bringen, insbesondere was die Kapillarentnahme betrifft. Bei letzterer ist nämlich, wenn sie mit einem Flüssigkeitsbad verbunden ist, keine Zwangszirkulation der zu analysierenden Flüssigkeit möglich.
Darüber hinaus altern diese Systeme, insbesondere die Flüssigkeitsaufstiegsvorrichtung.
Bei letzterem dringt die Feuchtigkeit nämlich allmählich in den Isolierbehälter, wodurch die Entstehung und anschließend die Ansammlung von Eis bewirkt werden. Die Wärmezufuhr wird dann derart, dass die Flüssigkeitszirkulation davon beeinträchtigt werden kann.
Unter diesen Bedingungen ist die Aufgabe der Erfindung die Durchführung eines Verfahrens, mit dem zuverlässig eine Probe einer kryogenen Flüssigkeit genommen werden kann, wobei eine Anlage eingesetzt wird, die nur einen geringen Wartungsbedarf hat.
FR-A-1329313 beschreibt ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und sieht die Verdampfung der kryogenen Flüssigkeit durch Wärmeaustausch mit einem heißen Fluid vor.
Zu diesem Zweck ist ihre Aufgabe ein Verfahren gemäß Anspruch 1.
Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung:

– wird die bzw. jede kryogene Flüssigkeit nach einer Pumpe entnommen, bevor sie in der Entnahmelinie zirkuliert;
– wird die bzw. jede kryogene Flüssigkeit in eine Entlüftungslinie entnommen, die von einem Bad der bzw. jeder Flüssigkeit abgeht, bevor sie in der Entnahmelinie zirkuliert;
– werden auch die mit der bzw. jeder kryogenen Flüssigkeit in Berührung kommenden Wände des Verbindungsabschnitts auf einer Temperatur gehalten, die höher ist als die Sublimations- bzw. Verdampfungstemperatur der in der Flüssigkeit enthaltenen am wenigsten flüchtigen Verunreinigung;
– werden die Wände des Verdampfers und gegebenenfalls die Wände des Verbindungsabschnitts auf einer Temperatur von über –70°C gehalten;
– bleibt die Gasphase nach dem Verdampfer in einem Mischbehälter;
– erfolgt die Kontrolle des Durchsatzes der Gasphase durch Festlegung eines optimalen Durchsatzbereichs der kryogenen Flüssigkeit in Bezug auf die Entnahmelinie und oder/den Verdampfer, wird dieser optimale Bereich in einen bevorzugten Gasdurchsatzbereich umgewandelt und wird der augenblickliche Gasstrom, der vom Verdampfer kommt, in diesem bevorzugten Gasdurchsatzbereich gehalten;
– bleibt die Gasphase für mindestens 10 Sekunden in diesem Mischbehälter;
– verdampft die Flüssigkeit im Verdampfer vollständig;
– wird die bzw. jede kryogene Flüssigkeit in einer Entnahmelinie (8; 18) vorzugsweise so zirkuliert, dass die bzw. jede Flüssigkeit die Linie im Wesentlichen stei gend durchläuft;
– wird die Entnahmelinie thermisch isoliert;
– wird der Durchsatz der Gasphase kontrolliert;
– liegt die Verdampfungsrate in der Entnahmelinie unter 50%.

Gemäß einer weiteren Aufgabe der Erfindung ist eine Anlage gemäß Anspruch 4 vorgesehen.
Der Begriff „freie Luft" bezeichnet die Atmosphäre.
Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung:

– umfassen die Mittel zur thermischen Isolierung der Entnahmelinie mindestens eine Tieftemperaturisolierschicht;
– umfassen die Mittel zur thermischen Isolierung der Entnahmelinie eine Schutzlinie, die um diese Entnahmelinie herum angeordnet ist und in der ein weiteres kryogenes Fluid zirkuliert, das die eindringende Wärme aufnehmen kann;
– ist die Entnahmelinie eine vakuumisolierte Linie;
– ist der Verdampfer ein Plattenwärmetauscher, der mit inneren Rippen und gegebenenfalls äußeren Rippen ausgestattet ist;
– ist der Verdampfer ein Röhrenwärmetauscher, der mit inneren Rippen und gegebenenfalls äußeren Rippen ausgestattet ist;
– umfasst die Anlage unter anderem Mittel zum Vermischen der Gasphase, die nach dem Verdampfer angeordnet sind, insbesondere einen Mischbehälter;
– umfassen die Mittel zur Kontrolle des Durchsatzes der Gasphase einen Massendurchsatzregler;
– umfasst der Verdampfer Behinderungen der vertikalen Strömung, die vorzugsweise die Ansammlung der Flüssigkeit verhindern;
– sind die Behinderungen Bestandteil der Verdampferwände oder stehen mit diesen in thermischem Kontakt.

Aufgabe der Erfindung ist schließlich eine Lufttrennanlage mit mindestens einer Destilliersäule, von der mindestens eine Zirkulationslinie mindestens einer kryogenen Flüssigkeit abgeht, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Zirkulationslinie mit einer Anlage zur Stichprobenentnahme verbunden ist, wie sie zuvor definiert ist.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Zirkulationslinie einer Pumpe nachgeschaltet oder ist die Zirkulationslinie eine Entlüftungslinie.
Die Erfindung wird besser verständlich anhand der Beschreibung unterschiedlicher Ausführungsformen, die in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen als nicht einschränkende Beispiele angegeben sind. Es zeigen:
1 eine vereinfachte Darstellung, in der eine Lufttrennanlage dargestellt ist, die mit einer erfindungsgemäßen Anlage zur Stichprobenentnahme von kryogenen Flüssigkeiten ausgestattet ist;
2 eine vereinfachte Darstellung in größerem Maßstab, in der eine weitere Art der Entnahme einer kryogenen Flüssigkeit dargestellt ist;
3 eine perspektivische Darstellung, in der eine erste Ausführungsform eines Verdampfers dargestellt ist, der zur Anlage von 1 gehört;
4 eine Querschnittdarstellung, in der eine zweite Ausführungsform eines Verdampfers dargestellt ist, der zur Anlage von 1 gehört;
5 eine Querschnittdarstellung, in der eine Ausführungsvariante des Verdampfers von 3 dargestellt ist;
6 eine Längsschnittdarstellung, in der der Verdampfer von 4 dargestellt ist, und
7 eine Abwandlung des Verdampfers von 3.
In 1 ist eine bekannte Lufttrennanlage als Teilansicht dargestellt.
Diese Anlage umfasst insbesondere eine Destilliersäule 2, von der mindestens eine Ablaufleitung 4 abgeht, in der eine kryogene Flüssigkeit zirkuliert, beispielsweise Sauerstoff. Als Abwandlung kann diese Leitung eine andere Art einer kryogenen Flüssigkeit befördern, insbesondere Stickstoff.
Die Leitung 4 ist mit einer Pumpe 6 ausgestattet, die die Produktion oder Umwälzung gewährleistet. Dieser Pumpe 6 ist eine Linie 8 nachgeschaltet, über die die kryogene Flüssigkeit entnommen werden kann, die in der Leitung 4 zirkuliert.
Eine derartige Anordnung der Entnahmelinie 8 nach der Pumpe 6 ist vorteilhaft. In Anbetracht des hohen Durchsatzes des Fluids, das hier zirkuliert, seinem hohen Druck und der Tatsache, dass die Flüssigkeit unterkühlt ist, eignet sich dieser nachgeschaltete Abschnitt am besten zur Durchführung einer solchen Entnahme.
Aufgrund der Pumpwirkung weist die kryogene Flüssigkeit eine Temperatur unter ihrer eigenen Gleichgewichtstemperatur auf. Somit werden durch diese Unterkühlung die Gefahren einer unbeabsichtigten unerwünschten Verdampfung der kryogenen Flüssigkeit vermindert und wird dadurch die Qualität der Stichprobenentnahme verbessert.
In 2 ist eine Ausführungsvariante hinsichtlich der Anordnung dieser Entnahmelinie dargestellt.
In 2 ist vereinfacht ein Verdampfer/Kondensator 10 dargestellt, der zur Destilliersäule 2 gehört. Dieser an sich bekannte Verdampfer/Kondensator ist mit einem Wärmetauscher 12 versehen, der in ein Bad 14 aus Flüssigsauerstoff eingetaucht ist.
Wie dies an sich bekannt ist, verläuft eine Entlüftungslinie 16 vom Boden dieses Bads aus nach unten, durch die gewährleistet wird, dass der Gehalt des Bads 14 an wenig flüchtigen Verunreinigungen abnimmt. Es ist somit möglich, eine Entnahmelinie 18 vergleichbar mit der 8, die in 1 beschrieben wurde, an diese Entlüftungslinie 16 anzuschließen.
Die Ausführungsform von 2 ist insoweit vorteilhaft, als dass die Flüssigkeit, die in der Entlüftungslinie 16 zirkuliert, repräsentativ für das zu analysierende Bad 14 ist. Da diese Entlüftungslinie 16 am Boden des Bads angeordnet ist, ist darüber hinaus durch die Auswirkung des hydrostatischen Drucks auch die Flüssigkeit unterkühlt, die hier ausströmt.
Mit Bezug zurück auf 1 verläuft die Entnahmelinie 8 in Bezug auf die Strömungsrichtung der Flüssigkeit, die durch den Pfeil f dargestellt ist, steigend.
Eine derartige Anordnung der Entnahmelinie ist vorteilhaft, da dadurch bei der Beförderung der Flüssigkeit zum Verdampfer, die im Folgenden beschrieben wird, tiefer liegende Stellen vermieden werden. Damit kann verhindert werden, dass sich Ablagerungen von Verunreinigungen in fester oder flüssiger Form ansammeln, da die Front Flüssigkeit/Gas minimiert wird.
Die Entnahmelinie 8 ist darüber hinaus mit Mitteln zur thermischen Isolierung versehen, die durch das Bezugszeichen 20 dargestellt sind.
Diese Isoliermittel können aus einer einfachen Tieftemperaturisolierung bestehen, die zum Beispiel aus einer oder mehreren Isolierschaumschichten in Verbindung mit einer Isolierummantelung bestehen.
Als Abwandlung kann die Verwendung einer Schutzflüssigkeit in Erwägung gezogen werden. In diesem Fall ist die Entnahmelinie 8 um den Umfang herum von einer Hülle umgeben, die in 1 nicht dargestellt ist und in der eine weitere kryogene Flüssigkeit zirkuliert, die die eindringende Wärme aufnehmen soll.
Als zusätzliche Abwandlung kann die Entnahmelinie 8 auf an sich bekannte Weise in Form einer vakuumisolierten Linie ausgeführt sein.
Es ist festzuhalten, dass die verschiedenen Ausführungsformen, die zuvor anhand der Entnahmelinie 8 von 1 beschrieben wurden, entsprechend auf die Entnahmelinie 18 angewendet werden können, die in 2 dargestellt ist.
Mit Bezug zurück auf 1 wird die kryogene Flüssigkeit, die über Linie 8 entnommen wurde, einem Verdampfer 22 zugeführt.
Letzterer ist genauer in 3 dargestellt und ist ein gelöteter Aluminium-Plattenwärmetauscher, dessen Technologie für gewöhnlich in der Tieftemperaturtechnik eingesetzt wird.
Dieser Wärmetauscher 22 weist zwei Hauptplatten 24 auf, die gemeinsam mit den Seitenplatten 25 ein Innenvolumen V definieren, durch die kryogene Flüssigkeit hindurchströmt. Dieser Verdampfer 22 ist darüber hinaus an der Oberseite mit mindestens einem Flüssigkeitszulauf 26 sowie an der Unterseite mit mindestens einer Gasaustrittsöffnung 28 versehen, damit die Flüssigkeit, die im Volumen V enthalten ist, eine Vertikalbewegung nach unten erfährt.
Innere Rippen, die im Innenvolumen V angeordnet sind, behindern das direkte Hindurchströmen der Flüssigkeit von oben nach unten und ermöglichen die wirksame Übertragung der Wärme, die die Hauptplatten 24 abgeben. So verdampft die Flüssigkeit bei ihrer Abwärtsbewegung beinahe vollständig.
Wie in 5 dargestellt ist, handelt es sich dabei um teilweise versetzte innere Rippen 30 („serrated") in Hardway-Stellung, die eine Struktur aus versetzten waagerechten Rippen definieren. Durch diesen Aufbau wird gewährleistet, dass ein ankommender Flüssigkeitstropfen L entsprechend den Pfeilen f in eine Vielzahl von Tröpfchen zerteilt wird, die beim Fallen verdampfen, ohne dass sich Flüssigkeit ansammeln kann.
Mit Bezug zurück auf 3 können die Platten 24 des Verdampfers 22 mit nicht dargestellten äußeren Rippen mit einer geeigneten Form versehen sein, um den Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft zu erhöhen. Es sollte jedoch berücksichtigt werden, dass die Gefahr besteht, dass Reif diese äußeren Rippen zusetzt.
Gemäß dem Verfahren der Erfindung werden die mit der zu verdampfenden Flüssigkeit in Berührung kommenden Wände des Wärmetauschers 22 auf einer Temperatur gehalten, die höher ist als die Sublimations- bzw. Verdampfungstemperatur der in dieser kryogenen Flüssigkeit enthal tenen am wenigsten flüchtigen Verunreinigung.
Die Flüssigkeitstropfen, die die zu analysierenden Verunreinigungen enthalten, bestehen aus flüchtigeren Molekülen als diese verschiedenen Verunreinigungen. Durch ihre Verdampfung im Wärmetauscher 22 könnten somit feste Ablagerungen in Form von Kristallen oder flüssige Ablagerungen entstehen, die dazu neigen, sich an den Innenwänden des Wärmetauschers anzusammeln.
Wenn die Wände auf einer ausreichend hohen Temperatur gehalten werden, sublimieren dadurch unter diesen Bedingungen die festen Ablagerungen beziehungsweise verdampfen die flüssigen Ablagerungen. So wird die Ansammlung derartiger Ablagerungen verhindert, wodurch eine gute Qualität der Analyse gewährleistet ist, die nach dem Wärmetauscher 22 stattfindet.
Um die zuvor erwähnten Wände im zuvor genannten Temperaturbereich zu halten, können verschiedene Lösungen in Betracht gezogen werden.
So ist es zunächst möglich, die eigentliche Anordnung oder Ausgestaltung des Wärmetauschers derart auszulegen, dass sich seine Wände durch einfachen Austausch mit der Atmosphäre ständig in einem solchen Temperaturbereich befinden.
Gemäß einer Wahlmöglichkeit kann ebenfalls in Erwägung gezogen werden, dem Wärmetauscher 22 Wärme von außen zuzuführen, zum Beispiel in sehr kalten und/oder sehr feuchten Bereichen. Aus diesem Blickwinkel ist die Zwangszirkulation eines trockenen und vorerwärmten Gases um den Wärmeaustauscher 22 herum oder auch die Erwärmung der Wände dieses Wärmetauschers durch eine elektrische Vorrichtung möglich.
Als nicht einschränkendes Beispiel sollte die Temperatur der Flächen (Wände und/oder Rippen) des Wärmetau schers, die mit der Flüssigkeit in Berührung stehen, vorteilhafterweise auf einen Wert von über ungefähr –70°C gebracht werden, wenn die Verunreinigungen in der kryogenen Flüssigkeit beispielsweise Distickstoffoxid N₂O, Kohlenstoffdioxid CO₂ und Kohlenwasserstoffe C_nH_m sind.
Als Abwandlung können andere Ausführungen von Wärmetauschern als der verwendet werden, der in 3 dargestellt ist.
So ist es möglich, ein an sich bekanntes Verdampfungssystem mit der Bezeichnung „Flashverdampfung" einzusetzen.
Es kann ebenfalls in Erwägung gezogen werden, einen Röhrenwärmetauscher 34 zu verwenden, der in 4 dargestellt ist.
Dieser Wärmetauscher 34 weist eine Hauptröhre 36 auf, die ein Innenvolumen V' begrenzt, durch das die kryogene Flüssigkeit hindurchströmt.
Dieses Volumen V' wird teilweise von den inneren Rippen 38 in Form von Schlaufen eingenommen, die von der Röhre 36 aus um einen Mittelstab 40 herum verlaufen. Darüber hinaus können auch äußere Rippen, die nicht dargestellt sind, vorteilhafterweise angeordnet werden.
Es ist festzuhalten, dass in 6 und 7 nicht nur der Plattenwärmetauscher 22, sondern auch der Röhrenwärmetauscher 34 mit den äußeren Rippen 32 beziehungsweise 42 ausgestattet ist. Bei der Auslegung dieser Rippen sollte sichergestellt sein, dass ihr Zwischenraum derart ist, dass die Entstehung einer massiven Eisschicht verhindert wird. Wie in 6 dargestellt ist, befindet sich der Röhrenwärmetauscher an der freien Luft und ist in Strömungsrichtung der Flüssigkeit, die oben am Wärmetauscher eingeleitet wird, nach unten geneigt. Der Wärmetauscher von 7 befindet sich ebenfalls an der freien Luft.
Mit Bezug zurück auf 1 muss die kryogene Flüssigkeit dazu gebracht werden, in einer im Wesentlichen vertikalen und absteigenden Richtung im Verdampfer 22 zu strömen.
Durch diese Maßnahme kann verhindert werden, dass mehrere aufeinanderfolgende Tropfen der kryogenen Flüssigkeit miteinander in Berührung kommen. Dadurch kann verhindert werden, dass sich in einigen Tropfen wenig flüchtige Verbindungen wie Distickstoffoxid N₂O oder Kohlenstoffdioxid CO₂ anreichern.
Auf diese Art werden Spitzen des Gehalts dieser Verunreinigungen verhindert, wodurch eine zuverlässige Analyse gewährleistet ist.
Wie in 1 dargestellt ist, ist der Verbindungsabschnitt, der die Entnahmelinie 18 und den Verdampfer 22 verbindet, mit dem Bezugszeichen 44 versehen.
Was die Wartung der Anlage zur Stichprobenentnahme betrifft, handelt es sich um einen verhältnismäßig heiklen Abschnitt. Insbesondere feste Verunreinigungen können in diesem Abschnitt 44 entstehen oder sich hier absetzen.
Um diese Gefahren abzuwenden, ist es vorteilhaft, die Wände dieses Verbindungsabschnitts 44 auf einer Temperatur zu halten, die höher ist als die Sublimations- bzw. Verdampfungstemperatur der in der kryogenen Flüssigkeit enthaltenen am wenigsten flüchtigen Verunreinigung.
Eine solche Maßnahme kann gemäß dem, was zuvor in Bezug auf die Wände des Verdampfers 22 beschrieben wurde, durchgeführt werden.
So kann eine geeignete Ausgestaltung der Anordnung des Verbindungsabschnitts 44 erfolgen, um Abschnitte zu vermeiden, in denen das Fluid steht oder zurückläuft. Aus diesem Blickwinkel ist es vorteilhaft, einen bündigen Flüssigkeitszulauf zu verwenden.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, diesen Verbindungsabschnitt 44 zumindest teilweise aus einem Material mit einer hohen spezifischen Wärmeleitfähigkeit herzustellen.
Weiter unter Bezug auf 1 ist das abwärts gelegene Ende des Verdampfers 22 über eine Leitung 46 mit einem Mischbehälter 48 verbunden.
Es ist vorteilhaft, wenn der verdampfte Anteil aus dem Wärmetauscher 22 in diesem Behälter bleibt, zum Beispiel während eines Zeitraums von mindestens 10 Sekunden. Dadurch können nämlich Schwankungen des Analysesignals vermindert werden, die mit der diskreten Sublimation fester Ablagerungen oder der diskreten Verdampfung flüssiger Ablagerungen verbunden sind.
Wenn kein derartiger Behälter 48 verwendet wird, sollte das vom Analysegerät gewonnene Signal wahlweise geglättet werden.
Dem Behälter 48 nachgeschaltet ist eine Linie 50, die in eine Vorrichtung 52 zur Durchsatzregelung des Gases mündet, das hinter dem Wärmetauscher 22 strömt.
Es ist vorteilhaft, wenn eine derartige Vorrichtung ein Massendurchsatzregler ist. Als Abwandlung kann zum Beispiel auch ein Rotameter verwendet werden.
Gemäß dem Verfahren der Erfindung wird zuerst ein Bereich des Flüssigkeitsdurchsatzes bestimmt, in dem die Leistung der Entnahmelinie 18 und des Verdampfers 22 optimal ist. Anschließend wird dieser Flüssigkeitsdurchsatzbereich in einen bevorzugten Gasdurchsatzbereich umgewandelt und wird der Durchsatz, der vom Verdampfer 22 kommt, durch die Vorrichtung 52 geregelt, damit er in diesem bevorzugten Bereich bleibt.
Eine derartige Kontrolle des Gasdurchsatzes ist verhältnismäßig einfach durchzuführen. Darüber hinaus gewährleistet sie eine zufriedenstellende Leistungsfähigkeit der Verdampfung der kryogenen Flüssigkeit, wodurch die spätere Analyse eine hohe Qualität aufweist.
Als nicht einschränkendes Beispiel wird der Durchsatz des verdampften Gasanteils, der nach dem Wärmetauscher 22 zugeführt wird, vorteilhafterweise in einem Bereich zwischen 500 und 1000 Nl/h gehalten.
Schließlich wird der Gasstrom nach dem Durchsatzregler 52 über eine Linie 56 mindestens einem Analysator 54 zugeführt. Eine derartige Analyse wird auf an sich bekannte Art und Weise durchgeführt.
Es sollte festgehalten werden, dass der Gasdurchsatz durch die gewünschte Durchlauf zeit der Probe bestimmt wird und nicht durch die Anforderungen an den Analysator oder die Analysatoren. Dazu können zur Sicherheit überschüssige Mengen durch Entlüften abgegeben werden.

Claims

Verfahren zur Stichprobenentnahme mindestens einer Verunreinigungen wie z.B. Distickstoffoxid, Kohlenstoffdioxid oder Kohlenwasserstoffe enthaltenden kryogenen Flüssigkeit, insbesondere Sauerstoff oder Stickstoff, bestehend aus folgenden Schritten: – die bzw. jede kryogene Flüssigkeit wird einem über einen Verbindungsabschnitt (44) mit der Entnahmelinie verbundenen Verdampfer (22; 34) zugeführt, sodass die bzw. jede kryogene Flüssigkeit den Verdampfer im Wesentlichen fallend durchläuft, – nach dem Verdampfer (22; 34) wird eine Gasphase aus der Verdampfung der bzw. jeder kryogenen Flüssigkeit abgelassen (mit 46), wobei diese Gasphase mindestens teilweise einem Analysator (54) zugeführt wird und – die bzw. jede Flüssigkeit verdampft im Verdampfer durch Wärmeaustausch mit der freien Luft; die mit der bzw. jeder kryogenen Flüssigkeit in Berührung kommenden Wände des Verdampfers (22; 34) werden auf einer Temperatur gehalten, die höher ist als die Sublimations- bzw. Verdampfungstemperatur der in der Flüssigkeit enthaltenen am wenigsten flüchtigen Verunreinigung, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustausch zwischen den Verdampferwänden und der kryogenen Flüssigkeit mittels im Innern eines Zirkulationsinnenvolumens (V; V') der bzw. jeder kryogenen Flüssigkeit vorgesehenen Elementen (30, 38) erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit im Verdampfer ganz verdampft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die bzw. jede kryogene Flüssigkeit in einer Entnahmelinie (8; 18) vorzugsweise so zirkuliert, dass die bzw. jede Flüssigkeit die Linie im Wesentlichen steigend durchläuft und/oder – die Entnahmelinie thermisch isoliert wird und/oder – der Durchsatz der Gasphase (mit 52) kontrolliert wird.
Anlage zur Stichprobenentnahme von mindestens einer Verunreinigungen wie z.B. Distickstoffoxid, Kohlenstoffdioxid oder Kohlenwasserstoffe enthaltenden kryogenen Flüssigkeit, insbesondere Sauerstoff oder Stickstoff, bestehend aus: – einer Entnahmelinie (8; 18), in deren Innern die bzw. jede kryogene Flüssigkeit zirkuliert, wobei die Entnahmelinie an eine Zirkulationslinie (4; 16) der bzw. jeder kryogenen Flüssigkeit angeschlossen werden kann, und die vorzugsweise so angeordnet ist, dass die Zirkulation der Flüssigkeit in Bezug auf die Strömungsrichtung (f) der kryogenen Flüssigkeit im Wesentlichen steigend erfolgt, – gegebenenfalls Mitteln (20) zur thermischen Isolierung der Entnahmelinie (8; 18) – einem Verdampfer (22; 34), der mit der Entnahmelinie (8; 18) so verbunden ist, dass die bzw. jede Flüssigkeit den Verdampfer im Wesentlichen fallend durchläuft, – Mitteln zum Halten der mit der bzw. jeder kryogenen Flüssigkeit in Berührung kommenden Verdampferwände auf einer Temperatur, die höher ist als die Sublimations- bzw. Verdampfungstemperatur der in der Flüssigkeit enthaltenen am wenigsten flüchtigen Verunreinigung mittels Wärmeaustausch mit der freien Luft, – Mitteln (46) zum Ablassen nach dem Verdampfer (22; 34) einer Gasphase aus der Verdampfung der bzw. jeder kryogenen Flüssigkeit, wobei diese Ablassmittel mit einem Analysator (54) verbunden werden können, und – Mitteln (52) zur Kontrolle des Gasphasendurchsatzes, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (22; 34) mit Mitteln (32; 42) zur Erhöhung des Wärmeaustauschs zwischen seinen Wänden und der freien Luft versehen ist, dass die Wände des Verdampfers (22; 34) ein Zirkulationsinnenvolumen (V; V') der bzw. jeder kryogenen Flüssigkeit definieren und dass in diesem Innenvolumen Mittel (33, 38) zur Erhöhung des Wärmeaustauschs zwischen der kryogenen Flüssigkeit und der Wände vorgesehen sind.
Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer Behinderungen (30) der vertikalen Strömung, die vorzugsweise die Ansammlung der Flüssigkeit verhindern, umfasst.
Anlage nach Anspruch 5, bei der die Behinderungen (30) Bestandteil der Verdampferwände sind oder mit diesen in thermischem Kontakt stehen.
Lufttrennanlage mit mindestens einer Destilliersäule (2), von der mindestens eine Zirkulationslinie (4; 16) mindestens einer kryogenen Flüssigkeit abgeht, und einer Anlage zur Stichprobenentnahme nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei mindestens eine der Zirkulationslinien mit der Anlage zur Stichprobenentnahme verbunden ist.
Trennanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zirkulationslinie (4) einer Pumpe (6) nachgeschaltet ist oder dass die Zirkulationslinie (16) eine Entlüftungslinie ist.