DE636645C - Verfahren zum Zerlegen tiefsiedender Gasgemische - Google Patents

Description

• Verfahren zum Zerlegen tiefsiedender Gasgemische In dem Hauptpatent.ist ein Verfahren zur Zerlegung tiefsiedender Gasgemische, insbesondere von Luft, in zwei Stufen unter Verwendung periodisch gewechselter Kältespeicher beschrieben, bei dem die Luft lediglich auf denjenigen Druck komprimiert wird, der ihre Verflüssigung bzw. die des Stickstoffs in Wärmeaustausch mit siedendem Sauerstoff gestattet. Die zur Deckung der Verluste notwendige Kälte wird bei diesem Verfahren zum Teil durch Entspannen eines Teiles der verdichteten Luft bzw. des unter Druck abgetrennten Stickstoffes bei tiefer Temperatur unter Leistung äußerer Arbeit gewonnen. 'Durch diese Art der Kälteerzeugung allein wird jedoch die Güte der Rektifikation unmittelbar mit der Kälteleistung gekuppelt, weil der Kältebedarf die Gasmenge bestimmt, die zwecks Entspannung in einer Expansionsmaschine, z. B. in einer Turbine, der Drucksäule entnommen werden muß und hierdurch für die obere Säule als Waschflüssigkeit verlorengeht. Um die Zerlegungsanlage im Gleichgewicht zu halten, ist es nun notwendig, nach dem Kältebedarf zu regeln. Man wird daher nur selten das Optimum erreichen, bei dem Kältebedarf und Güte der Rektifikation gerade aufeinander abgestimmt sind, sondern meistens wird entweder durch einen Mangel an Waschflüssigkeit die Rektifikation eine schlechte Ausbeute liefern, oder ein Überschuß an Waschflüssigkeit kann nicht ausgenutzt werden.
• Zur Vermeidung dieser Schwierigkeit war in dem Hauptpatent vorgeschlagen worden, im Beharrungszustand die Expansionsmaschine dauernd mit einer gleichbleibenden Luft= oder Stickstoffmenge zu betreiben und den Teil der Luft, der zur Anwärmung des Gases vor der Expansion zwecks Vermeidung einer Verflüssigung hierbei dient, auf hohen Druck zu verdichten und nach der Vorkühlung durch das zu expandierende Gas abzudrosseln, um die zur Deckung der Verluste zusätzlich notwendige Kältemenge zu erzeugen.
• Gemäß vorliegender Erfindung soll die Arbeitsweise nach dem Hauptpatent in der Weise abgeändert werden, daß die Hochdruckluft vor dem Wärmeaustausch mit dem Expansibnsgas unter Leistung äußerer Arbeit entspannt wird.
• Die Vorteile des neuen Verfahrens bestehen neben einer sehr hohen Kälteleistung pro Pferdekraftstunde darin, daß die Luftmenge, die zwecks Deckung der Kälteverluste auf hohen Druck gefördert werden muß, bis auf diejenige Menge vermindert wird, welche man zusätzlich durch die Regeneratoren in der Kaltperiode hindurchzuschicken pflegt, um die Sublimation der Kondensate sicherzustellen. Infolgedessen kommt der Gegenströmer, in dem sonst ein Teil der kälte-. erzeugenden oder kälteübertragenden Ltift.= von Raumtemperatur aus abgekühlt wer'dtnmuß, in Fortfall. Das bedeutet nicht nur eine Ersparnis an Apparatebaukosten, sondern auch eine Erleichterung der Betriebsweise, da dieser Gegenströmer infolge der Ausscheidung von Eis nur eine begrenzte Zeit benutzbar war. Durch die neue Arbeitsweise wird daher die Laufzeit der Apparate verlängert.
• Das Verfahren wird für einige Ausführungsbeispiele an Hand der Abb. i;- 2 und 3 näher erläutert. Bei dem Verfahren nach Abb. i wird Luft in zwei Stufen in Sauerstoff und Stickstoff zerlegt, wobei die Hauptmenge der Luft lediglich auf den Druck gefördert wird, 'der die Verflüssigung des Stickstoffes in Wärmeaustausch mit dem siedenden Sauerstoff gestattet, während der Rest unter geringem Überdruck gasförmig in die zweite Zerlegungsstufe eingeblasen wird. Die Kühlung der Luft und die Wiedererwärmung der Zerlegungsprodukte erfolgt hierbei in periodisch gewechselten Kältespeichern.
• Die auf Kondensationsdruck verdichtete Luft wird in Wärmeaustausch mit dem abgeschiedenen Stickstoff in den Regeneratoren i und 2 auf Kondensationstemperatur abgekühlt und in die Drucksäule q. des zweistufigen Zerlegungsapparates 3 üblicher Bauart eingeführt. Eine der gewonnenen Sauerstoffmenge kalorisch gleiche Menge Luft wird in den Regeneratoren 6 und 7 in Wärmeaustausch mit dem Sauerstoff abgekühlt und gasförmig in die Rektifikationssäule 5 eingeblasen. Die zur Deckung der Verluste notwendige Kälte wird erfindungsgemäß dadurch gewonnen, daß Hochdruckluft von etwa Zoo at und Kühlwassertemperatur in der Expansionsmaschine 9 bis auf einige atü entspannt wird. Der Auspuff der Expansionsmaschine wird mit aus der Drucksäule entnommenem Stickstoff in dem Gegenströmer 8 in Wärmeaustausch gebracht, hierdurch ganz oder teilweise verflüssigt und gegebenenfalls nach einer geringen Abdrosselung in dem Ventil io in die Drucksäule q. eingeführt. Der Stickstoff -wird nach der Aufwärmung in dem Gegenströmer 8 in der Turbine i i von Kondensationsdruck aus auf etwa Atmosphärendruck entspannt, wodurch er wieder etwa auf Kondensationstemperatur rückgekühlt und hierauf zusammen mit -dem aus der @oberen Säule 5 abziehenden Stickstoff durch die Regeneratoren i und 2 hinausgeführt wird.
• Eine etwas abweichende Arbeitsweise ist in Abb. 2 dargestellt. Sie besteht darin, daß zur Verflüssigung des Auspuffs der Expansionsmaschine 9 nicht aus der Drucksäule entnommener Stickstoff, sondern auf Kondensationstemperatur abgekühlte Einblasluft v er---,wendet wird. Zu diesem Zweck wird die Ein-#blasluft nicht nur auf etwa 1,3 bis i,4ata :erdichtet, wie es zur Überwindung der Strömungswiderstände erforderlich ist, sondern auf etwa 1,8 bis 2,o ata und nach der Aufwärmung in Wärmeaustausch mit dem Auspuff der Expansionsmaschine in der Turbine i i entspannt. Diese Arbeitsweise hat den besonderen Vorteil, daß der sonst recht geringe Volumenunterschied zwischen Sauerstoff und Einblasluft ohne Erhöhung des Energiebedarfes vergrößert wird, da der hierzu nötige zusätzliche Aufwand an Verdichtungsarbeit in besonders günstiger Weise zur Kälteerzeugung dient.
• Für den Fall, daß man eine vollständige Verflüssigung des Auspuffs der Expansionsmaschine anstrebt, ist es zweckmäßig, letzteren nach Kühlung mit kalter Luft oder Zerlegungsprodukt noch in einer Rohrschlange durch das Verdampfungsgefäß des Luftzerlegungsapparats zu leiten. Diese Arbeitsweise wird an Hand von Fig. 3 für ein weiteres Ausführungsbeispiel erläutert, bei dem nur ein Teil des Sauerstoffes unter Gewinnung von Krypton und Xenon als Hauptprodukte aus der Luft ausgeschieden wird. Der auf Kondensationsdruck verdichtete Teil der Luft wird wieder in den Regeneratoren i und 2, die auf geringen Überdruck (etwa - ata) verdichtete Luft in den Regeneratoren 6 und 7 abgekühlt. Die Menge der Einblasluft ist in diesem Falle wesentlich größer als die auf Kondensationsdruck verdichtete Menge Luft, da nur eine geringe Menge an Waschflüssigkeit benötigt wird. Zur Kälteerzeugung werden wenige Prozent der zu zerlegenden Luft in der Expansionsmaschine 9 von Zoo at aus entspannt und durch auf Kondensations-. temperatur abgekühlte Einblasluft verflüssigt. Um die auf beiden Seiten des Austauschers 8 strömenden Gasmengen einander anzugleichen, ist e5 zweckmäßig, die aus den Regeneratoren i bzw. 2 austretende verdichtete Luft dem Auspuff der Expansionsmaschine vor dem Gegenströmer 8 iuzufügen. Der in 8 nicht kondensierte Teil der Luft wird in der Schlange am Boden der Säule 4. verflüssigt und die gesamte Flüssigkeit auf die Säule 5 aufgegeben. Die Einblasluft wird nach Austritt aus dem Gegenströmer 8 in der Turbine i i entspannt und in der Säule 5 durch Waschung mit dem verflüssigten Teil der Luft vom Krypton und Xenon befreit. Die sich am Boden der Säule 5 sammelnde kryptonhaltige Waschflüssigkeit wird in der unterhalb der Säule 5 befindlichen Säule q. eingedampft. Die aus 4 abziehenden sauerstoffreichen Dämpfe dienen zur Vorkühlung der verdichteten Luft, die aus der Säule 5 austretenden Dämpfe zur Vorkühlung der Einblasluft. Eine geringfügige Abänderung dieser Arbeitsweise besteht darin, daß man die Einblasluft nicht vor der Säule 5 zur Kälteerzeugung verwendet, sondern aus den Regeneratoren 6 bzw. 7 unmittelbar in 5 einleitet und erst nachher in dem Gegenströmer 8 aufwärmt und in der Turbine r z entspannt.

Claims (1)

1. iA lliNTAN SYRUCt3: Verfahren zum Zerlegen tiefsiedender Gasgemische, insbesondere von Luft, unter Verwendung von Kältespeichern im Umschaltwechselbetrieb, bei dem das Gasgemisch nur teilweise unter Druck verflüssigt, zum anderen Teil dagegen .nach vorhergehender Erwärmung durch auf hohen Druck verdichtetes Gasgemisch bei tiefen Temperaturen in einer Expansionsmaschine entspannt wird, welche im Beharrungszustand dauernd mit einer gleichbleibenden Luft- oder Stickstoffmenge betrieben wird, nach Patent 604 z r9, dadurch gekennzeichnet, daß das auf hohen Druck verdichtete Gasgemisch zuerst unter Leistung äußerer Arbeit entspannt, hierauf mit dem bei tiefen Temperaturen in der Expansionsmaschine zu entspannenden Gas gekühlt bzw. verflüssigt und in die Zerlegungsanlage eingeführt wird.