DE604119C - Verfahren zum Zerlegen tiefsiedender Gasgemische - Google Patents

Description

• Verfahren zum Zerlegen tiefsiedender Gasgemische In dem Hauptpatent ist ein Verfahren zur Zerlegung von Gasgemischen, insbesondere von Luft, beschrieben,' welches den besonderen Vorteil- besitzt, daß die zu zerlegende Luft nur auf .einen Überdruck von wenigen Atmosphären verdichtet zu werden braucht. Es wird so durchgeführt, daß die Luft in periodisch gewechselten Kältespeichern in Wärmeaustausch mit den Zerlegungsprodukten gekühlt und unter teilweiser Verflüssigung einer zweistufigen Zerlegung unterworfen wird.. Der eine Teil des in der ersten unter Druck verlaufenden Zerlegungsstufe abgeschiedenen Stickstoffs wird flüssig als Waschflüssigkeit in den oberen Teil der unter Atmosphärendruck arbeitenden zweiten Zerlegungsstufe entspannt, der Rest des Stickstoffs wird gasförmig entnommen und zur Erzeugung der zur Durchführung des Verfahrens notwendigen Kälte in einer Expansionsmaschine oder Turbine auf Atmosphärendruck expandiert. Die Kälte des Auspuffs der Expansionsmaschine kann zur Unterkühlung des als Waschflüssigkeit verwendeten übrigen Stickstoffs benutzt werden.
• Um zu verhindern, daß die Expansion des Stickstoffs sich in das Flüssigkeitsgebiet erstreckt, pflegt m..n ihn vor Eintritt in die Expansionsmaschine in Wärmeaustausch mit einer kleinen Menge auf io bis zo at verdichteter Luft so weit zu erwärmen, daß bei der Abkühlung durch die Expansion keine Kondensation stattfindet.
• Eine Änderung des Kältebedarfs der Anlage wurde bisher dadurch ausgeglichen, daB die Menge des durch die Turbine gehenden Stickstoffs verändert wurde. Diese Art der Veränderung der Kälteleistung- ist insbesondere nach dem Gebiet höherer Kälteleistung ziemlich beschränkt, da in diesem Falle die Erhöhung der durch die Expansionsmaschine gehenden Stickstoffmenge auf Kosten der in der zweiten Zerlegungsstufe als Waschflüssigkeit zur Verfügung stehenden Stickstoffmenge geht. Praktisch darf man aus der ersten Zerlegungsstufe nur ein bestimmtes Quantum Stickstoff, das bei der Gewinnung von reinem Sauerstoff von 98 bis 99% etwa zo% der Luftmenge beträgt, gasförmig entnehmen, ohne die Sauerstoffausbeute merklich zu verschlechtern. Entnimmt man mehr, was bei dem effektiven Kältebedarf der Anlage häufig notwendig ist, dann wird in der- Drucksäule zu wenig Stickstoff kondensiert und infolgedessen in der oberen- Säule zu wenig Dampf entwickelt.
• Die übliche Berechnung der in der oberen Säule notwendigen Dampfmenge aus den Gleichgewichtskurven Sauerstoff/Stickstoff ergibt zwar; dalä man eine sehr viel größere Menge Stickstoff gasförmig der Drucksäule ,ohne Schädigung der Ausbeute entnehmen kann. Tatsächlich wurde aber gefunden, daß die Grenze-bei dem oben angegebenen Wert liegt. Der Grund hierfür ist darin zu suchen, daß in dem unteren Teil der zweiten Rektifikationssäule nicht eine Abtrennung des Stickstoffs, sondern im wesentlichen die Abtrennung des Argons vom Sauerstoff stattfindet, bei der die Zerlegungsbedingungen wesentlich ungünstiger liegen.
• Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Verfahren, das es gestattet, die erzeugte Kältemenge bei konstanter Belastung der Expansionsmaschine verändern und insbesondere steigern zu können. Erfindungsgemäß wird im Beharrungszustand dauernd ein bestimmter und konstanter Teil des Stickstoffs der ersten Zerlegungsstufe gasförmig ,entnommen und unter Arbeitsleistung entspannt, und die jeweils notwendige zusätzliche Kältemenge wird durch Abdrosselung des kleinen Teiles der Luft, der zur Anwärmung des Stickstoffs vor der Expansion dient, statt von io bis 2o at von höheren Drücken, d. h. 2o bis zoo at, gewonnen.
• Diese Art der Kälteerzeugung ist sehr rationell, da dieser Teil der Luft ohnedies auf i o bis 2o at gefördert werden muß, also nur eine weitere Kompression im Druckverhältnis 5 bis io erforderlich ist. Beträgt die Luftmenge, die zur Anwärmung des Stickstoffs benutzt wird, 5%, so kann man bei einer Kompression auf aoo at unter Anwendung einer Vorkühlung :eine Kälteleistung von annähernd i Kcal,/cbm gesamter verarbeiteter Luft mit einem zusätzlichen Energieaufwand von nur etwa o,oi PS/Kcal erzielen. Diese Kältemenge ist so groß., daß erforderlichenfalls auch relativ grobe Mengen Sauerstoff in flüssiger Form aus der Apparatur entnommen werden können, was mitunter notwendig ist, wenn man verhindern will, daß, sich Verunreinigungen im Verdampfer anreichern. Weiterhin ermöglicht der Umstand, daß die Expansionsmaschine mit konstanter Leistung und Tourenzahl betrieben wird, die Expansionsenergie wesentlich einfacher vollständig auszunutzen. Während man bisher genötigt war, die Energie der Expansionsmaschine durch eine Antriebsmaschine aufnehmen zu lassen, die sich wie eine Wasserpumpe den Änderungen der Expansionsmaschinenleistung anpassen kann, und die Expansionsenergie u. U. nicht ausnutzen konnte, besitzt man jetzt für die Verwendung der Expansionsenergie seinen weiten Spielraum; beispielsweise kann man die Expansionsmaschine unmittelbar mit dem Kompressor kuppeln, also eine Turbine mit einem Turbokompressor durch seine gemeinsame Achse oder eine Kol-I benexpansionsmaschine mit einem Kolbenkompressor in Tandem- oder Zwillingsschaltung verbinden.
• Das Verfahren wird in gleicher Weise angewendet, wenn man nach der zweiten in dem Hauptpatent angegebenen Arbeitsweise nicht den aus der Drucksäule entnommenen Stickstoff, sonderreinen Teil der unzerlegt,en Luft in der Expansionsmaschine entspannt. Die .einzige Änderung besteht darin, daß die komprimierte Luft nicht in Wärmeaustausch mit dem Stickstoff, sondern mit dem Teil der Luft, der expandiert werden soll, gebracht wird. Die Anwärmung der zu expandierenden Luft durch die komprimierte Luft kann unmittelbar erfolgen oder auch mittelbar dadurch, daß mit der komprimierten Luft die kalten Zerlegungsprodukte Stickstoff ioder Sauerstoff vor ihrem Eintritt in die Regeneratoren .angewärmt werden, so daß die Kühlung der Luft in den Regeneratoren um den entsprechenden Betrag vermindert wird.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCII: Verfahren zum Zerlegen tiefsiedender Gasgemische, insbesondere von Luftunter Verwendung von Kältespeichern im Umschaltwechselbetrieb, bei dem das Gas=-gemisch nur teilweise unter Druck verflüssigt, zum anderen Teil dagegen nach vorhergehender Erwärmung in einer Expansionsmaschine entspannt wird, nach Patent 555 818, dadurch gekennzeichnet, daß im Beharrungszustand die Expansionsmaschine dauernd mit einer gleichbleibenden Luft- oder Stickstoffmenge betrieben und der Teil des Gasgemisches, der zur Anwärmung des Gases vor der Expansion dient, auf so hohen Druck verdichtet wird, daß bei seiner Entspannung die jeweils notwendige zusätzliche Kältemenge gewonnen wird.