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Gewinnung von Krypton und Xenon aus Luft durch Waschen mit verflüssigter
Luft Es ist bekannt, Krypton und Xenon aus Luft in der Weise zu gewinnen, daß man
die Luft in periodisch gewechselten Kältespeichern bis etwa Taupunktstemperatur
abkühlt, sie hierauf reit einer geringen Menge verflüssigter Luft wäscht und in
den Kältesl)cichern wieder erwärmt. Die Waschflüssigkeit, die das Krypton aufgenommen
hat, wird dann in einer weiteren Rektifikationssäule auf höheren Kryptongehalt angereichert.
hierbei besteht die Schwierigkeit, daß zusanunen mit dem Krypton Kolilcnwasserstoffe
aus der Luft ausgewaschen und angereichert werden, die in flüssigem Sauerstoff eine
erhebliche Explosionsgefahr sind.
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Eine Entfernung der störenden Verunreinigungen vor der Zerlegung der
Luft ist wirtscliaftlich nicht durchführbar. Durch die gleichzeitige Anreicherung
der Kohlenwasserstoffe neben dem Krypton sind daher dem Grad der Anreicherung des
Kryptons in der Waschflüssigkeit verhältnismäßig enge Grenzen gezogen.
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Nach einem bekannten Verfahren wird daher die Anreicherung bei einer
gewissen Konzentration der Kohlenwasserstoffe unterbrochen und .die angereicherte
Flüssigkeit dem Apparat entnommen, um erst nach Entfernung der gefährlichen Kohlenwasserstoffbeimengungen
aus der verdampften Flüssigkeit diese einer weiteren Anreicherung durch Verflüssigung
und anschließende Rektifikation der Waschflüssigkeit zu unterwerfen. Bei stärkeren
Kohlenwasserstoffansammlungen ist es hierbei erforderlich, größere Flüssigkeitsmengen
zwecks Verdampfung dieser und Entfernung
der Kohlenwasserstoffe
durch Verbrennung aus dem erhaltenen Gasgemisch abzulassen, um eine Überschreitung
der zulässigen Konzentration an Kohlenwasserstoffen zu vermeiden. Dadurch wird jedoch
das Fassungsvermögen der nachgeschalteten Kohlenwasserstoffentfernungs- und -anreicherungsstufe
stark beansprucht.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine einfache Arbeitsweise,
die es gestattet, von vornherein, ohne starke Belastung der nachgeschalteten Reinigungs-
und Endanreicherungsstufe des kohlenwasserstoffreien Gemisches in der Rektifikationssäule,
dem wichtigsten Teil der Anlage, auf einen Bruchteil des bei dem bekannten Verfahren
noch zugelassenen Kohlenwasserstoffgehaltes herunterzugehen und dadurch eine erheblich
größere Sicherheit des Betriebes zu gewährleisten. Die neue Maßnahme besteht im
wesentlichen aus einer verstärkten Entnahme von kohlenwasserstoffhaltiger Flüssigkeit
und gefahrloser Teilverdampfung .derselben in einem nachgeschalteten Verdampfer
unter Rückführung der kohlenwasserstoffarmen Dämpfe in die erste Anreicherungsstufe,
so daß nur @in Bruchteil der ursprünglich abgelassenen Flüssigkeitsmenge der nachgeschalteten
Verdampfungs-, Reinigungs- und Endanreicherungsstufe zugeführt wird.
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Das-neue Verfahren wird nachstehend für ein Ausführungsbeispiel an
Hand der Abbildung näher erläutert. Die Hauptmenge der vom Krypton zu befreienden
Luft wird nach geringer Verdichtung in den Regeneratoren 2a bzw. 2b auf etwa Taupunktstemperatur
abgekühlt und hierauf in die Säule 3 eingeführt. Etwa ioo,'o der zu verarbeitenden
Luft werden nach Verdichtung auf höheren Druck in den Kältespeichern i- bzw. ib
abgekühlt, hierauf z. B. im Kühler 5 verflüssigt und als Waschflüssigkeit bei 6
auf die Säule 3 aufgegeben.
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Die mit Krypton beladene Waschflüssigkeit wird aus der Säule 3 in
die Mitte der Säule q. übergeführt und dort durch Verdampfung mittels Beheizung
der Säule durch die Schlange i i mit den Edelgasen angereichert. Um hierbei Verluste
an Krypton auszuschließen, wird auf die Säule q. durch Ventil 7 ein Teil der verflüssigten
Luft als Waschflüssigkeit aufgegeben.
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Erfindungsgemäß wird nun am Boden der Säule q. nicht nur der geringe
zur Weiterverarbeitung bestimmte Anteil der angereicherten Flüssigkeit, sondern
eine erheblich größere Flüssigkeitsmenge entnommen und die einem nachgeschalteten
Verdampfer 9 weiter weitgehend unter ständiger Abwärtsführung der Flüssigkeit eingedampft.
Die hierbei entstehenden kohlenwasserstoffarmen und auch noch geringe Mengen Krypton
enthaltenden Gase rverden zwecks Vermeidung von Kryptonverlusten in die Säule .1
vorzugsweise unterhalb des ersten Bodens zurückgeführt. Wenn man bei der Verarbeitung
von z. B. 15 ooo cbm Luft: h eine tausendfache Anreicherung des Kryptons
in der Flüssigkeit erreichen will, die auf reines Krypton verarbeitet werden soll,
so -dürfen am Fuße der Säule .l nicht mehr als 15 cbm, -h entnommen werden. Erfindungsgemäß
wird -jedoch ein Vielfaches hiervon, z. B. 8o cbm/h, entnommen, in dem nachgeschalteten
Verdampfer g bis auf die gewünschten 15 cbm, %h eingedampft und die hierbei
entstehenden kohlenwasserstoffarnien und noch Krypton enthaltenden Verdampfungsgase
aus dem Abscheider i o in die Säule .1 zurückgeführt. Die im Abscheider i o verbliebene,
an Krypton und Kohlenwasserstoffen angereicherte geringe Flüssigkeitsmenge wird
sodann nach einem Totalverdampfer abgelassen und verdampft, das hierbei erhaltene
Gas von den Kohlenwasserstoffen befreit und schließlich das resultierende kohlenwasserstoffreie
Gas der nächsten Anreicherungsstufe zugeführt.
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Der Verdampfer 9 darf hierbei keine toten Winkel und Ablagerungsgelegenheiten
für fest ausgeschiedene Bestandteile, wie insbesondere Acetylen, aufweisen. Zu diesem
Zweck wird die Flüssigkeit z. B. in einem einfachen Rohr mit stetigem Gefälle nach
unten eingedampft und die Abtrennung der Dämpfe in einem nachgeschalteten Abscheider.
io vorgenommen. Das Ventil, durch welches die Flüssigkeit aus der Säule 4. in den
Zusatzverdampfer 9 übergeführt wird, soll ebenso wie das Ventil, durch das die Flüssigkeit
aus dem Abscheider io entnommen wird, derart stromlinienförmig ausgebildet sein,
daß ein möglichst wirbel-und stoßfreier Ausfluß erzielt wird. Ferner ist es zweckmäßig,
die Strömung durch die Ventile unter möglichst geringem Druckabfall vorzunehmen,
um jegliche Explosionsgefahr von gegebenenfalls fest abgeschiedenem Acetylen auszuschalten.
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Im Gegensatz zu der sonst üblichen Arbeitsweise wird also die Eindampfung
der Flüssigkeit im Zusatzverdampfer g mit geringer Heizfläche und großen Temperaturdifferenzen
durchgeführt. Hierdurch ist es möglich, mit glatten Rohren einfacher Form ohne jede
Unterteilung und verhältnismäßig kleinem Volumen zu arbeiten. Um die hierzu erforderlichen
großen Temperaturdifferenzen bei der Beheizung des Verdampfers zu erzielen, wird
auf eine Ausnutzung der hierbei frei werdenden Kälte verzichtet und die Wärmezufuhr
z. B. durch Berieselung mit Wasser durchgeführt.
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Das günstigste Verhältnis für die Eindampfung im Zusatzverdampfer
9 liegt zwischen .l
und t o, d. h. die aus der Säule q. entnommene
Flüssigkeit soll in 9 mindestens auf 1/,1, höchstens auf 1/1o seiner ursprünglichen
Menge eingeengt werden.
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In der beschriebenen Weise läßt sich der Gehalt der Flüssigkeit am
Boden der Säule .f an Krypton und damit insbesondere an Kohlenwasserstoff en weitgehend
senken, ohne daß der Grad der Anreicherung in der zur Weiterverarbeitung abgelassenen
Flüssigkeit irgendwie vermindert zu werden braucht. Hierdurch erzielt man folgende
Vorteile: Die höchste Konzentration der Kohlenwasserstoffe wird von der Hauptrektifikationssäule
in den kleinen Zusatzverdampfer 9, also einen Apparaturenteil geringen räumlichen
Ausmaßes, verlegt. Hierdurch wird die Sicherheit der Hauptrektifikationssäule a
wesentlich erhöht. Ferner wird hierdurch die Flüssigkeitsmenge, in der das Krypton
angereichert wird, wesentlich vermindert, da das Volumen des Zusatzverdampfers g
im Verhältnis zum Volumen des Sumpfes der Säule 4. klein ist. Weiterhin wird z.
B. bei Stillegung der Anlage die Verarbeitung der im Verdampfer der Kryptonsäule
gespeicherten Flüssigkeit durch den Zusatzverdampfer in wesentlich kürzerer Zeit
ermöglicht. Schließlich wird durch die neue Arbeitsweise noch möglich, die Anreicherung
in der ersten Stufe sogar höher als bisher zu treiben, da man mit der Kohlenwasserstoffkonzentration
im Zusatzvefdampfer, in dem sie leicht überwacht und geregelt werden kann, wesentlich
näher als in der großen Anreicherungssäule an die Explosionsgrenze herangehen darf.