DE697728C - chen mit verfluessigter Luft - Google Patents

chen mit verfluessigter Luft

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DE697728C
DE697728C DE1938G0097651 DEG0097651D DE697728C DE 697728 C DE697728 C DE 697728C DE 1938G0097651 DE1938G0097651 DE 1938G0097651 DE G0097651 D DEG0097651 D DE G0097651D DE 697728 C DE697728 C DE 697728C
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Germany
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liquid
krypton
evaporation
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column
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Expired
Application number
DE1938G0097651
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Heinrich Kahle
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Linde GmbH
Original Assignee
Gesellschaft fuer Lindes Eismaschinen AG
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04642Recovering noble gases from air
    • F25J3/04745Krypton and/or Xenon
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/30Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using a washing, e.g. "scrubbing" or bubble column for purification purposes

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Gewinnung von krypton und lenon aus Luft durch Waschen dieser mit verflüssigter Luft und mehrstufiger Anreicherung der Waschflüssigkeit durch Rektifikation, dadurch gekennzeichnet, daß die Waschflüssigkeit im Sumpf der ersten Rektifikationssäule nur zum Teil verdampft wird, während ihre weitere Eindampfung bis zur Kryptonkonzentration, bei der das nach Verdampfung;des schließlich zurückgebliebenen Flüssigkeitsgemisches und nach Entfernung ider Kohlen,-wasserstoffe erhaltene Krypton-Sauerstoff-Gasgemisch der nächsten Anreicherungsstufe zugeführt wird, außerhalb der ersten Rektifikationssäule in einem zusätzlichen Verdampfer erfolgt unter ständiger Abwärtsführung der Verdampfungsflüssigkeit und Verminderung von Ablagerungsmöglichkeiten für feste Bestandteile, derart, daß die entstehenden Dämpfe in die erste Rektifikationssäule zurückgeführt werden. a. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die der ersten Rektifikationssäule entnommene Flüssigkeit im Zusatzverdampfer auf mindestens 1/1 und höchstens auf 1/1o seiner ursprünglichen Menge eingeengt wird. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindampfung der aus der ersten Rektifikationssäule abgezogenen Flüssigkeit bei verhältnismäßig geringer Heizfläche und dafür unter großen Temperaturgefällen durchgeführt wird.
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