DE617841C

DE617841C - Verfahren zur Gewinnung sauerstoffreicher Gemische aus Luft

Info

Publication number: DE617841C
Application number: DEG88097D
Authority: DE
Original assignee: Gesellschaft fuer Lindes Eismaschinen AG
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1932-07-21
Filing date: 1934-05-18
Publication date: 1935-08-29
Also published as: DE589916C; US2066115A

Description

Verfahren zur Gewinnung sauerstoffreicher Gemische aus Luft In dem Hauptpatent ist ein Verfahren zur Gewinnung sauerstoffreicher Gemische aus Luft beschrieben, bei dem die Verdampfung der gewonnenen sauerstoffreichen Flüssigkeit im Gleichstrom mit den entstehenden Dämpfen unter gleichzeitiger Ausnutzung der Verdampfungskälte zur fraktionierten Kondensation und Rektifikation der Luft erfolgt. Der Vorteil dieses Verfahrens, durch die Angleichung der Temperaturdifferenzen zwischen verdampfender und kondensierender Flüssigkeit den Zerlegungsdruck zu erniedrigen, konnte bisher bei der Zerlegung von Luft in zwei Stufen, die für die Gewinnung von Sauerstoff mit mehr als 4501, Gehalt notwendig ist, nur unvollkommen ausgenutzt werden.
Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Verfahren zur Gewinnung sauerstoffreicher Gemische aus Luft in zwei Stufen, bei dem die Temperaturdifferenzen zwischen kondensierender und verdampfender Flüssigkeit durchgängig für die gesamte verarbeitete Luft herabgesetzt werden. Zu diesem Zweck wird die bei der zweistufigen Zerlegung in der zweiten Stufe erforderliche Waschilüssigkeit nicht, wie es bisher meist geschehen ist, in Wärmeaustausch mit dem verdampfenden Endprodukt, sondern mit dem in der ersten Zerlegungsstufe gewonnenen Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch verflüssigt. Das in der zweiten Zerlegungsstufe gewonnene flüssige Endprodukt wird dafür nach dem Verfahren des Hauptpatents im Gleichstrom mit seinen Dämpfen unter gleichzeitiger Ausnutzung der Verdampfungskälte zur fraktionierten Kondensation und Rektifikation der Luft verwendet. Hierzu ist es jedoch notwendig, daß die Menge des sauerstoffreichen Endproduktes gleich der Menge des in der ersten Stufe anfallenden flüssigen Sauerstoff-Stickstoff-Gemisches ist. Erfindungsgemäß wird diese Bedingung dadurch erfüllt, daß die fehlende Menge Luft in die zweite Zerlegungsstufe eingeblasen wird.
Das Verfahren wird für das Beispiel der Gewinnung von 8o°/aigem Sauerstoff an Hand der Figur näher erläutert. In die als Rücklaufkondensator ausgebildete erste Zerlegungsstufe i werden stündlich io ooo cbm auf 3,3 ata verdichtete Luft eingeführt. Die durch fraktionierte Kondensation und Rektifikation gewonnene, etwa 42 °1o Sauerstoff enthaltende Flüssigkeit wird durch das Ventil 2 in die zweite Zerlegungsstufe 3 entspannt. Der in der ersten Zerlegungsstufe gasförmig verbliebene Stickstoff wird in Wärmeaustausch mit der in der ersten Zerlegungsstufe gewonnenen Flüssigkeit kondensiert, welche hierbei eingedampft wird. Man kann zu diesem Zweck wie in dem Ausführungsbeispiel die Kondensatorrohre mit Rektifikationsböden umgeben und auf diese Weise durch die Kondensation des Waschstickstoffes den unteren Teil der zweiten Zerlegungsstufe beheizen. Eine etwas abweichende Arbeitsweise besteht darin, daß man den Waschstickstoff in einem einfachen Kondensator verflüssigt, der dann mit der in der ersten Stufe gewonnenen Flüssigkeit beschickt wird und die bei der Eindampfung dieser Flüssigkeit sich bildenden Dämpfe in der zweiten Rektifikationssäule aufsteigen läßt. Der verflüssigte Stickstoff wird dann in üblicher Weise als Waschflüssigkeit auf den Kopf der Säüle 3 aufgegeben.
In die zweite Zerlegungsstufe wird nun bei q. so viel Luft unter geringem Überdruck eingeblasen, daß die Menge der in der zweiten Zerlegungsstufe gewonnenen sauerstoffreichen Flüssigkeit gerade gleich der Menge des in der ersten Stufe verflüssigten Sauerstoff-Stickstoff-Gemisches ist. Im vorliegenden Falle werden also Sioo cbm/h Luft unter einem Druck von etwa 42 ata in die obere Säule eingeblasen. Das Endprodukt wird flüssig aus der oberen Säule entnommen und im Gleichstrom mit seinen Dämpfen auf der Verdampferseite des als erste Zerlegungsstufe dienenden Rücklaufkondensators verdampft.
Der Vorteil des neuen Verfahrens besteht insbesondere darin, daß die gesamte verarbeitete Luft nach dem Verfahren des Hauptpatentes bei niedrigem Druck fraktioniert verflüssigt und zerlegt werden kann, wodurch eine beträchtliche Senkung des zur Durchführung der Zerlegung erforderlichen Druckes erzielt wird. Die zur Deckung, der Verluste notwendige Kälte wird bei dem vorliegenden Verfahren zweckmäßig durch einen gesonderten Kälteerzeugungsprozeß mit Hilfe einer geringen, auf hohen Druck verdichteten Menge Luft gewonnen. -Man kann aber auch die Einblasluft anstatt nur auf den zur Überwindung der Strömungswiderstände notwendigen Druck von etwa 1,3 ata auf etwa 2 ata verdichten und nach der Abkühlung vor dem Einblasen in die RektifikatiOnssäule unter Leistung äußerer Arbeit, z. B. in einer Turbine, entspannen. Diese Arbeitsweise zur Deckung der Kälteverluste hat bei der Verwendung von Regeneratoren für den Wärmeaustausch den besonderen Vorteil, daß durch den vergrößerten Druckunterschied zwischen Einblasluft und Zerlegungsprodukt die Sublimation der in den Kältespeichern bei der Abkühlung der Einblasluft ausgeschiedenen Kondensate sichergestellt wird.
Die in dem Ausführungsbeispiel beschriebene Arbeitsweise kann einige Abwandlungen erfahren. Bei der Gewinnung von sauerstoffreichen Gemischen von mehr als 8o °1o Sauerstoff kann mitunter die Menge Luft, die zum Ausgleich der in dem als erste Zerlegungsstufe dienenden Rücklaufkondensator verdampfenden und- kondensierenden Mengen eingeblasen wird, so groß werden, daß die verfügbare Menge an Waschflüssigkeit nicht zu ihrer Zerlegung ausreicht. In diesem Falle kondensiert man einen Teil der in der ersten Zerlegungsstufe zu verflüssigenden Menge Luft in Wärmeaustausch mit der Flüssigkeit der zweiten Zerlegungsstufe, d. h. man verwendet z. B. den oberen Teil des Rücklaufkondensators i zur" Beheizung des untersten Teiles der Säule 3.
Umgekehrt kann es bei der Gewinnung von Gemischen mit einem Sauerstoffgehalt von weniger als 65 °1o vorkommen, daß die in der oberen Säule verfügbare Menge an Waschflüssigkeit nicht voll ausgenutzt wird. Unter diesen Umständen kann man einen Teil des Stickstoffs der ersten Zerlegungsstufe gasförmig entnehmen und zwecks Erzeugung der zur Deckung der Verluste notwendigen Kälte unter Leistung äußerer Arbeit entspannen. Eine etwas abweichende Arbeitsweise besteht darin, daß man die gesamte verfügbare Menge des Stickstoffs verflüssigt und eine der Menge der Waschflüssigkeit angepaßt6 Menge Luft in die obere Säule einbläst. Hierdurch wird zwar die in der zweiten Zerlegungsstufe anfallende Menge von Flüssigkeit größer als die in der ersten Zerlegungsstufe zu verflüssigende . Menge, man kann dann aber diesen Überschuß zur Kondensation von Waschstickstoff verwenden, indem man z. B. die Kondensation eines Teiles des Waschstickstoffes schon in dem Rücklaufkondensator i vornimmt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Gewinnung sauerstoffreicher Gemische durch fraktionierte Kondensation von Luft unter geringem Überdruck und nachfolgender Rektifikation in einer zweiten Stufe unter Verdampfung der gewonnenen sauerstoffreichen Flüssigkeit in Gleichstrom zu den entstehenden Dämpfen nach Patent 589 9i6, dadurch gekennzeichnet, daß der für die zweite Zerlegungsstufe als Waschflüssigkeit ' erforderliche Stickstoff in Wärmeaustausch mit der in der ersten Zerlegungsstufe kondensierten Flüssigkeit verflüssigt wird und in die zweite Zerlegungsstufe so viel Luft unter geringem Überdruck eingeblasen wird, daß die als Endprodukt in der zweiten Zerlegungsstufe gewonnene Menge sauerstoffreichen Gemisches etwa gleich der Menge des in der ersten Stufe kondensierten Sauerstoff-Stickstofft-Gemisches ist. z. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil der oberen Säule als geheizte Säule ausgebildet wird und durch die Kondensation des W'aschstickstoffs beheizt wird.