DE721841C

DE721841C - Verfahren zur Verfluessigung und Zerlegung von Gasgemischen

Info

Publication number: DE721841C
Application number: DEM147143D
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Peter Grassmann
Original assignee: Messer and Co GmbH
Current assignee: Messer and Co GmbH
Priority date: 1940-02-24
Filing date: 1940-02-24
Publication date: 1942-06-19

Description

Verfahren zur Verflüssigung und Zerlegung von Gasgemischen Bei Anlagen für die Zerlegung. von Gasgemischen durch Verflüssigung und Rektiflkation der verflüssigten Gase 'wird die für das Verfahren nötige Kälte zum Teil durch Entspannung des verdichteten Gases durch Drosselung in .einem Ventil, d. h. also ohne äußere Arbeitsleistung, zum Teil durch Entspannung in einer -Entspannungsmaschine, also mit äußerer Arbeitsleistung, gewonnen. Wenn auch vom Standpunkt der Thermodynamik aus das zweite Verfahren das bei weitem günstigere ist, so stehen doch seiner Anwendung in der Praxis bedeutende Schwierigkeiten im. Wege. So gelang es zwar, für den bei verhältnismäßig hoher Temperatur auftretenden Kältebedarf die Entspannung unter Arbeitsleistung in technisch befriedigender Form 'heranzuziehen; jedoch wird der bei tiefer Tern.-peratur, d. h. in der Nähe des Verflüssigungspunktes des Gases, zu deckende Kältebedarf nach wie vor fast durchweg durch Drosselentspannung des Gases gedeckt. Es sind zwar vereinzelte Ausführungen bekanntgeworden, bei denen auch in der Nähe der Verflüssigungstemperatur eine arbeitsleistende Entspannung in einer Turbine vorgenommen wird. Jedoch beschränken sich deraxtige Verfahren notwendig auf sehr große Anlagen, da sich nur dann ein ausreichender Wirkungsgrad der Turbine erreichen läßt und ihr Preis für kleine Anlagen zu hoch werden würde. Auch muß bei diesem Verfahren und auch bei allen jenen, bei denen ,eine Entspan nungsmaschine verwendet wird, darauf geachtet werden, daß keine Verflüssigung des Gases in der Maschine oder Turbine eintritt. Zudem ist der Wirkungsgrad der bei s6 tiefen Temperaturen arbeitenden Maschinen meist recht schlecht, und auch die Schmierung der bewegten Teile verursacht große Schwierigkeiten.
Dagegen wird beim Verfahren der vorliegenden Erfindung die bei Entspannung eines Teils des Arbeitsgases bei tiefer Temperatur frei werdende Arbeit zwar nicht unmittelbar nach außen abgegeben, jedoch. in einem passend angeordneten Strahlverdichter dazu benutzt, eine andere Gasmenge auf höheren Druck zu fördern. Dadurch kann dann entweder der für die Gasverdichtung nötige Kraftaufwand verringert oder die bei einer vorhergehenden arbeitsleistenden Entspannung abgegebene Arbeit vergrößert werden.
Es ist zwar ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem die Entspannung eines Hilfsgases, z. B. Stickstoff, in einem Strahlverdichter dazu verwendet wird, das zu zerlegende Gas; z. B. die Luft, anzusaugen. Neben den großen Nachteilen, die ein solcher Hilfsgaskreisla.uf mit sich bringt, steht noch die Tatsache, daß im Strahlverdichter eine Vermischung von Stickstoff und Luft eintritt. Dies ist ein Vorgang, der der beabsichtigten Zerlegung des Gases entgegengesetzt ist und so den Arbeitsbedarf für die nachfolgende Zerlegung vergrößert. Dagegen wird beim. Verfahren der vorliegenden Erfindung für die Kälteerzeugung in der Entspannungsmaschine und als Arbeitsgas im - Strahlverdichter das zu zerlegende Gas selbst verwendet.
In neuester Zeit ist ferner auf ein Verfahren ein Patent erteilt worden, wonach in einer mit Regeneratoren arbeitenden Luftzerlegungsanlage ein aus der zweiten Zerlegungsstufe abgezogenes Stickstoff - Sauerstoff - Gemisch durch die Entspannung der Hochdruckluft in einem Strahlgebläse auf den Druck der ersten Zerlegungsstufe verdichtet werden soll. Ganz abgesehen davon, daß es sich hierbei um eine Anlage mit Regeneratoren handelt, ist dieses Verfahren auch nur "bei einer zweistufigen Luftzerlegungsanlage mit Abnahmeeiner Zivischenfraktion aus der zweiten Zerlegungsstufe anwendbar. Es ist also nicht zu @erwarten, daß durch Ansaugen eines Teilstromes der Frisch--luft ein auch für Anlagen ohne Abnahme einer Zwischenfraktion anwendbares Verfahren erhalten werden konnte.
Eine beispielhafte Anwendung des Verfahrens: auf eine Luftzerlegungsanlage mit Entspannungsmaschine ist in der Abbildung gegeben.
Bei A tritt die auf rund 18 atü verdichtete Luft in den I. Kältetauscher B ein, in dem sie im Gegenstrom zu den rückströmenden kalten Zerlegungsprodukten N. und O. gekühlt und getrocknet wird. Bei C teilt sich der Luftstrom.. Während der eine Teilstrom in der Entspannungsmascbine E unter Arbeits--leistuüg entspannt wird, tritt der andre Teil, die sog. Drosselluft, in den Kältetauscher D -ein, in dem er, wiederum im Gegenstrom zu den kalten Gasen N2 und O., weiter abg- kühlt wird. Bei der bisher üblichen Ausführungsart wurde dieser Teilstrom vor Eintritt in den eigentlichen Trenner T in einem Ventil entspannt. Nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird diese Entspannung jedoch in einem Strahlapparat S vorgenommen. wobei die Luft aus der Entspannungsmaschine E abgesaugt und auf den Druck der I. Zerlegungsstufe verdichtet wird. Dadurch wird erreicht, daß trotz des schlechten Wirkungsgrades der Strahlgebläse der Austrittsdruck aus der Entspannungsmaschine bis zu i Atm. unter den Druck der ersten Zerlegungsstufe gesenkt werden kann. Dadurch wird die von der Entspannungsmaschine abgegebene Leistung und mithin auch die von ihr erzeugte Kälte recht merklich vergrößert, oder es kann bei gleicher Kälteleistung der Eintrittsdruck in der Entspannungsmaschine gegenüber dem Betrieb ohne Strahlgebläse wesentlich gesenkt werden. Die vom Strahlapparat geleistete Arbeit tritt also indirekt in der Leistungsabgabe der Entspannungsmaschine wieder zutage.
Um den Arbeitsdruck der Luft regeln zu können, ist vor dem Strahlapparat noch ein Regulierventil V vorgesehen, das jedoch unter normalen Betriebsbedingungen ziemlich weit geöffnet ist, so daß das Hauptdruckgefälle für den Strahlapparat zur Verfügung steht. Auch kann es vollständig fortfallen, wenn beispielsweise durch Einführen einer `edel in den Innenkonus des Strahlapparates der Querschnitt der Strahldüse verändert werden kann. Zur Sicherheit kann ferner vor dem Strahlapparat ein Abscheider, beispielsweise in Form einer Wirbelkammer, vorgesehen werden, um Verunreinigungen fernzuhalten.
Neben der Einsparung an Kraft liegt der Hauptvorteil des Verfahrens in der Einfachheit des Strahlgebläses, das im Gegensatz zur Entspannungsmaschine oder Turbine keine beweglichen Teile aufweist, einfach in der Herstellungund Wartung ist und auch bei den tiefsten Temperaturen und bei teilweiser Verflüssigung des Arbeitsgases keine Schwierigkeiten bereitet.
Im angeführten Ausführungsbeispiel diente das Strahlgebläse dazu, eine auf tieferen Druck entspannte Gasmenge wieder auf den Druck, der ersten Zerlegungsstufe zu fördern. In entsprechender Weise kann es aber auch dazu dienen, einen Teilstrom des Gases auf den Druck der zweiten Zerlegungsstufe, der wegen der Widerstände in den Kältetauschern meist bei einigen zehntel Atmosphären liegt, zu verdichten. Damit kann dann für diesen Teilstrom jegliche Verdichtung durch ein Ge-_hläse in Wegfall kommen. Das für den Betrieb des Strahlverdichters notwendige Druckgefälle kann dabei entweder durch Entspannung eines hoch komprimierten oder eines nur auf den Druck der I. Zerlegungsstufe komprimierten Gasstromes gewonnen werden.
Das Verfahren kann entsprechend auch auf andere Anlagen zur Zerlegung oder Verflüssigung von Gasen angewandt werden. So kann z. B. bei den sog. Hoch- und Niederdruckanlagen, bei denen nur ein verhältnismäßig kleiner Teil der Luft auf hohen Druck, der Rest nur auf den Druck der I. Zerlegungsstufe verdichtet wird, durch die Hochdruckluft im Strahlverdichber die ganze oder ein Teil der Niederdruckluft angesaugt werden, so daß, sich dementsprechend. die zu ihrer Verdichtung notwendige Arbeitsleistung verringert.

Claims

PATENTANSPRÜCHE i. Verfahren zur Verflüssigung und Zerlegung von Gasgemischen, insbesondere von Luft, bei dem durch Entspannen eines Teils des zu zerlegenden Gasgemisches in einem Strahlverdichter Gas auf den Druck der ersten Stufe verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung von kontinuierlich arbeitenden Kältetauschern in dem Strahlverdichter Frischluft auf den Druck der ersten Stufe verdichtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet; daß bei einer Anlage mit teilweiser Entspannung der Frischluft durch eine Entspannungsmaschine und durch Drosselung durch die Entspannung der Drosselluft in einem Strahlverdichter die Expansionsluft aus der Entspannungsmaschine abgesaugt und auf den Druck der ersten Zerlegungsstufe verdichtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Zerlegungsanlage, der Frischluft bei zwei verschiedenen Drücken zugeführt wird, bei Entspannung der Hochdruckluft in einem Strahlverdichter die ganze oder ein Teil der Niederdruckluft von einem niedrigeren Druck auf den Druck der ,ersten Zerlegungsstufe verdichtet wird.
4. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannung der etwa auf den Druck der ersten Zerlegungsstufe verdichteten Frischluft auf den. Drück der zweiten Zerlegungsstufe in .einem Strahlverdichter zur Förderung eines Frischluftstromes auf den Druck der zweiten Zerlegungsstufe verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch in weiten Grenzen einstellbare Veränderung des Querschnitts der Düse des Strahlverdichte.rs der vor ihm herrschende Druck auf die gewünschte Höhe @einstellbar ist.