DE707856C

DE707856C - Process for cooling air from its decomposition by liquefaction and rectification

Info

Publication number: DE707856C
Application number: DEG98640D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Ernst Karwat
Original assignee: Gesellschaft fuer Lindes Eismaschinen AG
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1938-09-16
Filing date: 1938-09-16
Publication date: 1941-07-05
Also published as: BE439920A; NL52987C

Description

Verfahren zur Abkühlung von Luft vor ihrer Zerlegung durch Verflüssigung und. Rektifikation Bei der Zerlegung von Luft durch Verflüssigung und Rektifikation erfordert die Beseitigung der im Ausgangsgas enthaltenen Kohlensäure einen erheblichen Kostenaufwand. Diese Schwierigkeiten lassen sich vermeiden, wenn man die Abkühlung der Luft und die Wiedererwärmung der Zerlegungsprodukte in periodisch gewechselten Kältespeicheln vornimmt, da. sich daran die Verunreinigungen bei der Abkühlung des Gasgemisches auf der Speichermasse niederschlagen und in einer späteren Schaltperiode von den Zerlegungsprodukten wieder verdampft und hinausgeführt werden.Process for cooling air before it is broken down by liquefaction and. Rectification When air is broken down by liquefaction and rectification the removal of the carbonic acid contained in the starting gas requires a considerable amount Expense. These difficulties can be avoided if you can cool down the air and the reheating of the decomposition products in periodic changes Cold saliva makes there. the impurities in the cooling of the Precipitate gas mixture on the storage mass and in a later switching period are evaporated again by the decomposition products and carried out.

Erfolgt der Wärmeaustausch dagegen in kontinuierlich wirkenden Gegenströmen, dann müssen die Verunreinigungen vorher sorgfältig entfernt werden. Man hat zwar versucht, auch hier die teure Behandlung der Ausgangsgase mit Absorptionsmitteln, wie Kaliumhydroxyd, Natronlauge und andere, zu vermeiden, doch haben diese Versuche bisher noch kein befriedigendes Resultat gebracht.If, on the other hand, the heat exchange takes place in continuously acting countercurrents, then the impurities must be carefully removed beforehand. One has tries to avoid the expensive treatment of the starting gases with absorbents, such as potassium hydroxide, caustic soda, and others, to avoid, yet these attempts have been made so far no satisfactory result has been achieved.

Es sind zwar Verfahren bekanntgeworden, aus der Luft die Feuchtigkeit ,durch Leiten der feuchten Luft über ein Adsorptionsmittel bei Umgebungstemperatur auszuscheiden. Man ,hat auch versucht, die durch Abkühlung @erfolgte Wasserabscheidung dadurch vollständig zu gestalten, daß hinter der Vorkühlstufe die Adsorption des Wassers z. B. bei etwa - 33' C und tiefer vorgenommen wurde, also weit unterhalb der Temperatur, bei der die Verfestigung des Wasserdampfes ,erfolgt. Die Kohlensäure bei dieser Temperatur durch ein Adsorptionsmittel auszuscheiden, ist nicht möglich, da bei dieser Temperatur die Flüchtigkeit ,der Kohlensäure noch viel zu groß ist.Processes have become known to extract moisture from the air , by passing the moist air over an adsorbent at ambient temperature to be eliminated. One has also tried the water separation that occurs through cooling @ to make it completely that behind the pre-cooling stage, the adsorption of the Water z. B. was made at about - 33 'C and lower, so far below the temperature at which the solidification of the water vapor takes place. The carbonic acid to be separated by an adsorbent at this temperature is not possible, because at this temperature the volatility of the carbonic acid is still much too great.

Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein einfaches Verfahren, welches es ermöglicht, auch bei Gegenströmeranlagen ohne vorherige Entfernung der Kohlensäure auszukommen und trotzdem einen störungsfreien Betrieb zu erzielen. Erfindungsgemäß wird die zuvor getrocknete Luft im Gegenstromwärmeaustausch zunächst bis zum Verfestigungsbeginn Kohlensäure abgekühlt, sodann über ein ='' sorptionsmittel. geleitet und erst hierauf weiteren Abkühlung unterworfen.The present invention is a simple method which it enables, even with countercurrent systems, without prior removal of the carbonic acid get along and still achieve trouble-free operation. According to the invention, the previously dried air is initially exchanged in countercurrent Cooled with carbonic acid until the start of solidification, then over a = '' sorbent. and only then subjected to further cooling.

Wie sich überraschenderweise gezeigt hat;' gelingt die Adsorption der Kohlensäure nur in der Nähe der Verfestigungstemperatur befriedigend. Die Arbeitstemperatur ist nach unten durch den Beginn der Bildung von Kohlensäureeis begrenzt. Denn es hat sich gezeigt, daß im festen Zustand am Adsorptionsmittel abgelagerte Kohlensäure sich mit dem Adsorptivstoff wesentlich langsamer ins Gleichgewicht setzt, als wenn die Kohlensäure aus dem gasförmigen Zustand vom Adsorptionsmittel aufgenommen wird. Außerdem hätte das Arbeiten unterhalb der Verfestigungstemperatur den Nachteil, daß sich unter Umständen bereits vor dem Adsorptionsmittelbehälter in den Rohrleitungen feste Kohlensäure abscheidet, und man müßte die dem Adsorptionsmittel vorgeschalteten Kälteaustauscher doppelt vorsehen und periodisch auftauen, was die Anlage erheblich verteuert und den Betrieb erschwert. Auch dann läßt sich nicht vermeiden, daß feste Kohlensäure zum Adsorptionsmittelbehälter mitgerissen wird. Eine Arbeitsweise, ähnlich dem bekannten Verfahren, zur Adsorption der Luftfeuchtigkeit unterhalb der Gefriertemperatur ist also für die Abscheidung der Kohlensäure praktisch nicht brauchbar.As has surprisingly been shown; ' the adsorption succeeds the carbonic acid is only satisfactory in the vicinity of the solidification temperature. The working temperature is limited downwards by the beginning of the formation of carbonic acid ice. For it it has been shown that carbonic acid deposited on the adsorbent in the solid state equilibrium with the adsorptive substance is much slower than when the carbonic acid is absorbed from the gaseous state by the adsorbent. In addition, working below the solidification temperature would have the disadvantage that may already be in the pipelines before the adsorbent container solid carbonic acid separates, and one would have to use the upstream of the adsorbent Provide two cold exchangers and defrost them periodically, which significantly increases the system expensive and difficult to operate. Even then, you cannot avoid being solid Carbonic acid is entrained to the adsorbent container. A way of working, similar the known method for adsorbing the humidity below the freezing temperature is therefore practically useless for the separation of carbonic acid.

Nach oben ist die Arbeitstemperatur dadurch für die Abscheidung der Kohlensäure begrenzt, daß die Aufnahmefähigkeit der üblichen Adsorptionsstoffe für Kohlensäure in der Nähe des Verfestigungsheginns einen überraschend jähen Anstieg zeigt. Würde man daher, wie das bei der Reinigung von Gasen mit Adsorptivstoffen fast die Regel bildet, wesentlich oberhalb des Verfestigungsbeginns arbeiten, so würde die Menge des aufzuwendenden Adsorptivstoffes unverhältnismäßig groß sein. Als Adsorptionsmittel kommen die nicht brennbaren Adsorptionsmittel, wie z: B. Silicagel oder aktives Aluminiumoxyd, in Frage.As a result, the working temperature for the deposition of the Carbon dioxide limits the capacity of the usual adsorbents for Carbonic acid near the solidification hinnings a surprisingly abrupt rise shows. One would therefore like that with the cleaning of gases with adsorptive substances almost the rule, work well above the start of solidification, so the amount of adsorptive material to be used would be disproportionately large. Non-flammable adsorbents, such as silica gel, are used as adsorbents or active alumina, in question.

Das neue Verfahren wird nachstehend für das Beispiel der Zerlegung von Luft an Hand der Abbildung näher erläutert. Der Einfachheit und Übersichtlichkeit halber ist lediglich der Wärmeaustausch zwischen der zu zerlegenden Luft und dem Stickstoff dargestellt. Derjenige zwischen der Luft und dem in der Anlage gewonnenen Sauerstoff erfolgt sinngemäß in gleicher Weise.The new procedure is shown below for the example of the decomposition of air explained in more detail on the basis of the illustration. The simplicity and clarity sake is only the heat exchange between the air to be separated and the Nitrogen shown. The one between the air and that obtained in the plant Oxygen takes place in the same way.

Die vom Verdichter kommende und gegebenenfalls mit Kühlwasser gekühlte Luft wird zunächst in die wechselbaren Wärmeaustauscher ta und ib eingeleitet, welche in bekannter Weise zur Vorkühlung und Trocknung des #.;ases dienen. Einer der beiden Kälteaususcher ist in Betrieb, während der andere kr gleichen Zeit abgetaut wird. Hierauf wird die getrocknete Luft in den Gegenströmer 2 bis zum Verfestigungsbeginn der Kohlensäure abgekühlt und erfindungsgemäß erst jetzt über ein Adsorptionsmitt,el geleitet. Zu diesem Zweck sind zwei auswechselbare Adsorptionsmittelbehälter 3a und 3b vorgesehen, von denen jeweils einer zur Adsorption der Kohlensäure dient, während der andere regeneriert wird. Die von Kohlensäure befreite Luft wird nun in dem Gegenstromer 4. bis auf den Taupunkt ihrer Hauptbestandteile abgekühlt und in den Zerlegungsapparat 5 eingeführt.The one coming from the compressor and possibly cooled with cooling water Air is first introduced into the exchangeable heat exchangers ta and ib, which Serve in a known manner for pre-cooling and drying the # .; ases. One of both The cold exchanger is in operation while the other is being defrosted at the same time. The dried air is then passed into the countercurrent 2 until the start of solidification the carbonic acid cooled and according to the invention only now via an adsorbent, el directed. For this purpose there are two exchangeable adsorbent containers 3a and 3b are provided, one of which is used to adsorb the carbon dioxide, while the other is being regenerated. The aerated air is now in the countercurrent 4. cooled to the dew point of their main components and introduced into the dismantling apparatus 5.

Die Regenerierung des mit Kohlensäure beladenen Adsorptionsmittels kann in verschiedener Weise erfolgen. Am einfachsten ist es, abwechselnd das in den Behältern 3a, 3b befindliche Adsorptionsmittel anzuwärmen und mit einem Hilfsgas zu durchspülen, um so die adsorbierte Kohlensäure zu entfernen. Da der absolute Gehalt der Luft an Kohlensäure relativ gering ist, kann eine begrenzte Menge Adsorptionsmittel lange Zeit in Betrieb bleiben, so daß die Kälteverluste hierbei nicht allzu hoch sein dürften. Man kann jedoch die Regenerierung des Adsorptionsmittels ohne eine erhebliche Temperaturänderung in an sich bekannter Weise mittels der Zerlegungsprodukte in stetigem Betrieb durchführen. Zu diesem Zweck werden die Adsorptionsmittelbehälter abwechselnd in die Luftleitung oder in die Leitung für die Zerlegungsprodukte eingeschaltet. Da die Zerlegungsprodukte gerade bei den mit Röhrenaustauschern arbeitenden Luftzerlegungsanlagen ein wesentlich größeres Volumen haben als die Luft, können sie die aus der Luft aufgenommenen Adsorbate trotz ebenso tiefer Temperatur wieder austreiben. Eine Verbesserung der Desorption läßt sich dadurch erzielen, daß man mehr als zwei Adsorptionsmittelbehälroer vorsieht, von denen einer zur Reinigung der Luft dient, während die anderen in der Art desorbiert werden, daß sie nacheinander von den Reinigungsprodukten durchströmt werden; und zwar wird in bekannter Weise derjenige Behälter, der am stärksten desorbiert ist, als erster, .der Behälter, der zuletzt zur Reinigung der Luft gedient hat, auch als letzter von den Zerlegungsprodukten durchströmt.The regeneration of the carbonated adsorbent can be done in a number of ways. It is easiest to take turns in to heat the adsorbents located in the containers 3a, 3b and with an auxiliary gas to rinse in order to remove the adsorbed carbon dioxide. Since the absolute Carbon dioxide content of the air is relatively low, a limited amount of adsorbent can be used remain in operation for a long time, so that the cold losses here are not too high should be. However, you can regenerate the adsorbent without a considerable temperature change in a manner known per se by means of the decomposition products carry out in continuous operation. The adsorbent containers are used for this purpose alternately switched into the air line or into the line for the decomposition products. Because the decomposition products are especially in the air separation plants that work with tube exchangers If they have a much larger volume than the air, they can be extracted from the air drive out absorbed adsorbates despite the equally low temperature. An improvement desorption can be achieved by using more than two adsorbent containers provides, one of which is used to purify the air, while the other is in the Kind of desorbed so that the cleaning products flow through them one after the other will; that is, in a known manner, the container that desorbs the most is, as the first, the container that was last used to purify the air, the decomposition products are also the last to flow through.

Die Vorteile des neuen Verfahrens bestehen darin, daß man auch bei den mit Gegenstromern arbeitenden Luftzerlegungsverfahren auf die Vorreinigung der Luft von Kohlensäure verzichten kann, ohne Gefahr zu laufen, daß die Gegenstromer sich mit Kondensaten verlegen.The advantages of the new process are that you can also with the air separation process working with countercurrents to the pre-cleaning of the Air can dispense with carbonic acid without running the risk of the countercurrent get laid with condensates.

Claims

PATENT CLAIM: Process for cooling air before it is broken down by liquefaction and rectification in continuously acting countercurrents without prior removal of the carbonic acid, characterized in that the air initially only cooled down to the start of solidification of the carbonic acid, then over passed through an adsorbent and only then subjected to further cooling will.