DE725156C

DE725156C - Verfahren zur Luftzerlegung

Info

Publication number: DE725156C
Application number: DEG104226D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Rudolf Becker; Dr-Ing Hellmuth Hausen
Original assignee: Gesellschaft fuer Lindes Eismaschinen AG
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1941-10-18
Filing date: 1941-10-18
Publication date: 1942-09-16

Description

Verfahren zur Luftzerlegung Die Luftzerlegung zum Zwecke der Gewinnung von Sauerstoff in gasförmiger oder flüssiger Form bei verhältnismäßig hoher Reinheit des Sauerstoffes erfolgt bekanntlich durch Rektifikation in sogenannten Zweisäulenapparaten, wobei in der ersten Säule eine Vorrektifikation unter einem Druck von etwa q. bis 5 atü erfolgt, während die Abschei.dung des restlichen Stickstoffes aus dem Sauerstoff in der zweiten Säule erfolgt, Die bekannte Maßnahme, die Drucksäule unter der zweiten Zerlagungssäule anzuordnen, hat den Vorteil, daß der zwischen beide Säulen geschaltete Verdampferkondensator die Berieselung der Drucksäule mit flüssigem Stickstoff besonders einfach gestaltet.
In manchen Fällen ist diese Anordnung jedoch wegen der damit verbundenen Bauhöhe nicht zulässig, und man ist dann gezwungen, die beiden Zerlegungssäulen nebeneinanderzustellen. Solche Anordnungen sind zwar seit langem bekannt, befriedigten aber bisher deswegen nicht, weil sie entweder verhältnismäßig komplizierte Schaltungen bedingten oder die Förderung des flüssigen Stickstoffes auf den Kopf der Drucksäule durch eine Pumpe erforderlich machen würden, was wegen der tiefen Temperaturen und auch für den Kältehaushalt ungünstig wäre.
Ferner ist nach der deutschen Patentschrift a03 8r¢ eine Anordnung mit zwei nebeneinander angeordneten Säulen bekannt, bei der oberhalb der Drucksäule. ein Verdampferkondensator angeordnet ist, in dem der Druckstickstoff kondensiert und in dem der gesamte flüssige, unreine Sauerstoff der Drucksäule verdampft wird. Dieser Sauerstoff muß also der zweiten Säule gasförmig zugeführt werden, was dort ungünstige Rektifikationsverhältnisse zur Folge hat, so daß sich Sauerstoff befriedigender Reinheit nur bei unverhältnismäßig großer Bodenzahl erzielen läßt, wi.s wiederum große Baullölien zur Folge hat. Ferner hat das ungünstige Mengenverhältnis zwischen Dampf und Rieselfliissigkeit in der zweiten Säule eilte sehr schlechte Ausbeute von nur So bis 6o0/'" des Sauerstoffes zur Folge. Auch die Altordnung des Kondensators über der Drucksäule stellt eine Erschwerung dar.
Die Erfindung überwindet die bei der Nebeneinanderstellung beider Säulen auftretenden Schwierigkeiten dadurch, daß die zu zerlegende Luft zum Teil nach erfolgter Vorverflüssi.gung auf den Kopf der ersten unter höherem Druck stehenden Rektifikationssäule zur Berieselung aufgegeben und zum anderen Teil gasförmig in den Unterteil dieser Säule eingeblasen wird und daß der in der ersten Säule gewonnene unreine Sauerstoff in all sich bekannter Weise in flüssiger Form au einer seiner Zusammensetzung entsprechenden Stelle in die zweite Säule eingeführt wird. Die,zur Berieselung der ersten Rektifikationssäule dienende flüssige Luft kann dabei in äußerst einfacher Weise unter Kompressoidruck bis zur Kopfhöhe der ersten Säule gefördert werden. Die Berieselung mit flüssiger Luft statt mit flüssigem Stickstoff verschlechtert zwar etwas die Ausbeute, aber immerhin ist das Lösungsgleichgewicht des Sauerstoffes im flüssigen Stickstoff noch so günstig, daß in dem gasförmig abziehenden Stickstoff der ersten Säule nur etwa i00/0 Sauerstoff enthalten sind, so daß in der ersten Säule etwa 5o0/0 des Sauerstoffes ausgewaschen werden. In der zweiten Säule, welche mit diesem 9o%igen Stickstoff nach seiner Verflüssigung berieselt wird, ergeben sich etwa 4010 Sauerstoffgehalt im abziehenden gasförmigen Stickstoff, so daß eine etwa 84?/oige Sauerstoffausbeute erzielt wird, während beim Sauerstoff praktisch beliebige Reinheit bei normaler Bodenzahl erzielt werden kann. Dadurch, daß der gesamte unreine Sauerstoff aus der Drucksäule in flüssiger Form entnommen und an geeigneter, seiner Zusammensetzung entsprechender Stelle in die zweite Säule flüssig eingeführt wird, wird bei der Erfindung genau wie bei den üblichen Zweisäulenapparaten ein für die Rektifikation befriedigendes Flüssigkeits-Dampf-Verhältnis in der Säule aufrechterhalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl bei der Erzeugung von gasförmigem als auch von flüssigem Sauerstoff durchgeführt werden. Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße Verfahren werden an Hand der Zeichnungen nachstehend beschrieben: In die Drucksäule i (Abb. 1) wird durch die Leitung 2 auf Sättigungstemperatur abgekühlte Luft eingeblasen. Der durci, die Rektifikationssäule i aufsteigenden Luft wird von oben verflüssigte Luft entgegengeschickt. Die Verflüssigung der Luft erfolgt in dem im Flüssigkeitsbad der zweiten Rektifikations-#,äule .I verlegten Kondensator 3. Die Zuleitung dieser flüssigen Luft bis zum Kopf der Drucksäule erfolgt über die Leitungen 5 und 6 und das Drosselventil ? unter Kompressordruck. Der etwa go0/0ige Stickstoff. der am Kopf der Säule i durch die Leitung 8 abzieht, wird im Kondensator 9 innerhalb des Flüssigkeitsbades der Rektifikationssäule .I verflüssigt und nach Entspannung im Ventil io als Waschflüssigkeit auf die Säule .l. aufgegeben. Der etwa 960/0ige Stickstoff der Säule .I wird durch die Leitung i i entnommen und der eintretenden Luft zwecks Kälteaustausch entgegengeführt. Der gasförmige Sauerstoff wird durch die Leitung 12 eninoininen und ebenfalls der eintretenden Luft zwecks Kälteaustausches entgegengeführt. Der in der Säule i anfallende unreine, flüssige Sauerstoff wird über die Leitung 13 und das Ventil 14 all einer seiner Zusammensetzung entsprechenden Stelle in die Säule 4 eingeführt.
Soll der Sauerstoff in flüssiger Form gewonnen werden, so erfolgt zweckmäßig eitle Totalverdichtung der zu verarbeitenden Luft auf Hochdruck (Abb.2), voll der etwa die Hälfte in einem Drosselventil 22 und die andere Hälfte in einer. Expansionsmaschine E entspannt werden. Die zunächst n cht entspannte und auf Verflüssigungstemperatur abgekühlte Hochdruckluft tritt durch die Leitung 15 (Abb. 2) in den Kondensator 16 der Drucksäule 1; und durch die Leitung 18 in den Kondensator i9 der Zerlegungssäule 20 ein und wird sodann, ähnlich wie im vorigen Beispiel, über die Leitung 2i und das Entspannungsventil 22 als Rieselflüssigkeit auf den Kopf der Säule 17 aufgegeben. Der am Kopf der Säule 17 abziehende etwa go0,#ige Stickstoff wird wiederum in dem Kondensator 23 der Zerlegungssäule 2o verflüssigt und über das Ventil 24 auf den Kopf der Säule 2o als Rieselflüssigkeit aufgegeben. Der gasförmige, etwa 961/0ige Stickstoff entweicht durch die Leitung 25, der flüssige Sauerstoff wird über die Leitung 26 entnommen. In diesem Falle kann nur der gasförmige Stickstoff in Kälteaustausch mit der eintretenden Luft treten, während der durch die Entnahme des flüssigen Sauerstoffes gesteigerte Kältebedarf durch die der Entspannung der eintretenden Hochdruckluft wie üblich laufend gedeckt werden muß. Der in der Drucksäule anfallende unreine Sauerstoff wird über die Leitung 27 und das Entspannungsventil 28 an einer seiner Zusammensetzung entsprechenden Stelle in die Säule 20 eingeführt.

Claims

PATENTANSPRLJCFIE i. Verfahren zur Zerlegung von Luft in zwei nebeneinanderstehenden Rektifikationssäulen, in denen der Zerlegungsprozeß nacheinander durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zu zerlegende Luft zum Teil nach erfolgter Vorverflüssigung auf den Kopf der ersten, unter höherem Druck stehenden Säule zur Berieselung aufgegeben, zum anderen Teil gasförmig in den Unterteil dieser Säule eingeblasen wird und daß der in der ersten Säule gewonnene unreine Sauerstoff in an sich bekannter Weise in flüssiger Form an einer seiner Zusammensetzung entsprechenden Stelle in die zweite Säule eingeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Berieselung der ersten Rektifikationssäule dienende flüssige Luft durch den K.ompressordruck bis zur Kopfhöhe der ersten Säule gefördert wird.
3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der der ersten Säule entnommene gasförmige Stickstoff in einem in dem Flüssigkeitsbad am Boden der zweiten Säule verlegten Kondensator verflüssigt und anschließend auf den Kopf der zweiten Säule als Rieselflüssigkeit aufgegeben wird (Abb. i und 2). d.. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Berieselung der ersten Rektifikationssäul.e dienende Luft in Kondensatoren, die in den Flüssigkeitsbädern am Boden der beiden Säulen verlegt sind, vor- und totalverflüssigt wird (Abb.2).