DE827364C - Verfahren zur Gewinnung von Sauerstoff - Google Patents

Verfahren zur Gewinnung von Sauerstoff

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DE827364C DEP40657D DEP0040657D DE827364C DE 827364 C DE827364 C DE 827364C DE P40657 D DEP40657 D DE P40657D DE P0040657 D DEP0040657 D DE P0040657D DE 827364 C DE827364 C DE 827364C
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Dr-Ing Richard Linde
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Description

Die Erfindung betrifft die Erhöhung der Wirtschaftlichkeit eines Verfahrens zur Gewinnung von Sauerstoff aus verflüssigter Luft durch Rektifikation. Es ist nach dem Patent 203 814 bereits bekanntgeworden, in zwei nebeneinander gestellten Säulen die zu zerlegende Luft mit flüssigem Stickstoff in einer Rektifikationssäule zu berieseln und die verdampfte sauerstoffreiche Flüssigkeit in einer zweiten Säule auf reinen Stickstoff und reinen Sauerstoff zu verarbeiten. Dieses Verfahren hat gegenüber einem zweiten bekannten Luftzerlegungsverfahren den Nachteil der geringeren Ausbeute, da der im Kondensator der ersten Säule verdampfte unreine Sauerstoff dampfförmig in die zweite Stufe eingeblasen wird und die Einblasmengen so groß sind, daß die Rektifikation nicht mehr vollkommen durchgeführt werden kann. Dieses zweite eine bessere Ausbeute ergebende Verfahren der Luftzerlegung arbeitet mit zwei übereinander angeordneten Säulen, in deren erster unter höherem Druck stehenden unteren Säule reiner flüssiger Stickstoff im Wärmeaustausch mit verdampfendem drucklosen Sauerstoff erzeugt und teilweise als Rieselflüssigkeit verwendet wird, während ein Teil dieser Flüssigkeit in die Niederdrucksäule als Rieselflüssigkeit geführt wird und die am Boden der oberen Säule sich sammelnde, aus reinem Sauerstoff bestehende Flüssigkeit durch den unter Druck stehenden gasförmigen Stickstoff der Drucksäule verdampft wird und gleichzeitig von diesem einen entsprechenden Teil verflüssigt. Es hat sich bei diesem an sich· mit guter Ausbeute arbeitenden Verfahren gezeigt, daß eine Vergrößerung der Reinheit
des erzeugten Produktes, die durch eine Erhöhung der Säulen bzw. durch eine Vergrößerung der Bodenzahl erreicht wird, zu unbequemen Höhen der Apparate führt und infolge der Vergrößerung der nach außen strahlenden Oberfläche höhere Kälteverluste bedingt.
Die beiden mit nebeneinander angeordneten Säulen arbeitenden Ausführungsformen des neuen Verfahrens vermeiden die Nachteile der beiden erstgenannten, arbeiten also sowohl mit besserer Ausbeute als das erstgenannte als auch (bei im übrigen gleicher Ausbeute) mit geringeren Kälteverlusten als das zweitgenannte Verfahren und daher wirtschaftlicher als beide. Das erste Verfahren zur Gewinnung von Sauerstoff durch Berieselung tiefgekühlter unter Druck befindlicher Luft mit flüssigem Stickstoff unter Zerlegung in einer sogenannten Drucksäule zu einer reinen Stickstofffraktion und einer sauerstoffreichen flüssigen Fraktion, die ihrerseits in einer unter niedrigem Druck stehenden daneben angeordneten sogenannten Niederdrucksäule in gasförmigen Sauerstoff und Stickstoff zerlegt wird, besteht darin, daß der in der Drucksäule erzielte Stickstoff zunächst in die Niederdrucksäule übergeführt, dort in der flüssigen Sauerstofffraktion am Boden der Säule verflüssigt und in diesem Zustand teilweise wieder als Rieselflüssigkeit auf den Kopf der Drucksäule zurückgepumpt wird, während ein anderer Teil dieses Kondensates nach Entspannung auf den Kopf der Niederdrucksäule zur Berieselung aufgegeben und an deren oberem Ende die reine Stickstofffraktion, am unteren Säulenende die reine gasförmige Sauerstoffproduktion abgeführt wird.
Das Verfahren sei an Hand eines Beispiels näher beschrieben (s. Fig. 1). Komprimierte, im Gegen stromwärmeaustausch mit Zerlegungsprodukten vorgekühlte Luft wird bei 1 in eine sogenannte Drucksäule 2 unter einem Druck von etwa 5 atü eingeführt und mit flüssigem Stickstoff berieselt, der bei 3 auf den Kopf der Säule 2 aufgegeben wird. Der aus der Drucksäule entweichende Stickstoff wird in einem Kondensator 4, der am Boden der Niederdrucksäule 5 angeordnet ist, in einem Bad von flüssigem Sauerstoff 6 kondensiert und über eine Pumpe 7 mit Motor 17 auf die Drucksäule bei 3 zurückgeführt. Die Pumpe ist über ein Fallrohr 24 mit dem Flüssigkeitssammelraum am Boden der Säule 5 verbunden. Der eingespeiste flüssige Stickstoff wurde aus gasförmigem Stickstoff kondensiert, der bei 16 am Kopf der Drucksäule abgeführt und bei 18 in den Kondensator 4 gasförmig eingeführt wurde. Die in der Drucksäule gewonnene sauerstoffreiche Flüssigkeit wird am Boden dieser Säule bei 8 entnommen, über ein Entspannungsventil 9 bei 10 in die Niederdrucksäule 5 eingeführt.
Hier wird sie unter Berieselung mit einem Teil des im Kondensator 4 kondensierten Stickstoffs, der bei 11 entnommen und über Entspannungsventil 12 bei 13 aufgegeben wurde, berieselt und in eine reine Sauerstoffflüssigkeit 6 zerlegt, die bei 14 als Produktion nach Verdampfung abgeführt wird und einen reinen Stickstoff, der bei 15 am Kopf der Niederdrucksäule entweicht.
Nach dem zweiten Verfahren wird die in der Nieder* drucksäule durch Rektifikation der sauerstoffreichen Flüssigkeit erzeugte, aus reinem Sauerstoff bestehende Flüssigkeit auf den Kondensator am Kopf der Drucksäule gepumpt, dort unter gleichzeitiger Erzeugung von Rieselstickstoff verdampft, teilweise in die Produktion abgeführt, zum kleineren Teil in die Niederdrucksäule zurückgeführt und mit den hier erzeugten Sauerstoffdämpfen der Rieselflüssigkeit entgegengeführt, die durch Kondensation des in der Drucksäule unverflüssigt gebliebenen und von hier zum Kondensator geführten Stickstoffs erzeugt und nach Entspannung am Kopf der Niederdrucksäule aufgegeben wurde.
Das zweite Verfahren ist in der Fig. 2 dargestellt. Die komprimierte, im Kälteaustausch mit Zerlegungsprodukten vorgekühlte Luft tritt hier bei 1 in die Drucksäule 2 ein und wird durch flüssigen Stickstoff berieselt, der im Kondensator 23 erzeugt wird, in dem reiner Sauerstoff (im Raum 19) unter Atmospährendruck verdampft. Die sauerstoffreiche Flüssigkeit wird bei 8 vom Boden der Drucksäule über das Entspannungsventil 9 bei 10 in die Niederdrucksäule 5 eingeführt. Sie wird hier durch Rektifikation unter Berieselung mit flüssigem im Ventil 12 entspanntem bei 13 eingeführtem Stickstoff in reinen Sauerstoff und reinen Stickstoff, welch letzterer bei 15 den Kopf der Säule verläßt, zerlegt. Der reine bei 6 angesammelte Sauerstoff wird durch den Kondensator 4 teilweise verdampft, wobei die erzeugten Dämpfe in die Säule 5 aufsteigen. Die überschüssige Flüssigkeit wird durch eine Pumpe 7 mit Motor 17 in den Raum 19 übergeführt und dort im Wärmeaustausch mit dem Stickstoffkondensator 23 verdampft. Ein Teil der Dämpfe wird als Produktion bei 22 ab- ' geführt, ein kleinerer Teil wird bei 20 entnommen und bei 21 mit den in der Niederdrucksäule erzeugten Dämpfen wieder vereinigt. Der in der Drucksäule gasförmig verbliebene Stickstoff wird bei 16 aus dieser entnommen und tritt bei 18 in den Kondensator 4 ein, wo er unter Beheizung der Sauerstoffflüssigkeit 6 kondensiert wird. Er wird darauf bei 11 am Boden der Säule entnommen, im Ventil 12 entspannt und bei 13 als Rieselflüssigkeit für die Niederdrucksäule eingespeist. Die für die Förderung der Flüssigkeit dienende Pumpe 7 ist durch ein Fallrohr 24 mit dem Flüssigkeitsraum 6 der Säule 5 verbunden.
Die für dieses Verfahren dienende Anordnung mit 2 Kondensatoren ist für Apparate größerer Leistung vorteilhafter, da die Herstellung eines einzelnen Kondensators oberhalb einer bestimmten Größe schwieriger und teurer ist als die Herstellung von zwei kleineren Kondensatoren mit insgesamt gleicher Heizfläche.
Als Pumpenart für die Förderung der Flüssigkeit von einem tieferen auf ein höheres Niveau wird nach einem weiteren Erfindungsgedanken zweckmäßig eine Kreiselpumpe mit senkrecht von oben durch einen Elektromotor angetriebener Welle verwendet, deren Abdichtungsstelle gegen den Außenraum so hoch liegt, daß beim Stillstand der Pumpe keine Flüssigkeit dorthin gelangen kann. Dies wäre insbesondere dann der Fall, wenn eine schwache Undichtigkeit an
der Stopfbüchse eintreten sollte, was außer dem Gasverlust auch eine erhöhte Reibungsarbeit und einen erhöhten Energieaufwand bedingen würde. Der Antrieb durch eine waagrechte Welle oder von unten wäre unter diesem Gesichtspunkt besonders ungünstig und daher auszuschließen.
Eine weitere für den störungsfreien Betrieb dieser Pumpe für tiefsiedende Flüssigkeiten wichtige Maßnahme ist die Anordnung der Pumpe an einer so tiefen Stelle unter der Entnahmestelle, daß der beim Betrieb sich einstellende Druck im Saugstutzen nicht kleiner ist als der Druck über der Flüssigkeitsentnahmestelle, anderenfalls würden sich aus der siedenden Flüssigkeit Dämpfe entwickeln und den Betrieb der Pumpe stören.
Sollten aus irgendwelchen Gründen oder bei irgendeiner anderen Gelegenheit, also auch beim Stillstand, sich Dämpfe entwickeln, so ist nach einem weiteren Erfindungsgedanken dafür gesorgt, daß die Dämpfe ungehindert und evtl. auch gegen den Strom der angesaugten Flüssigkeit in den Entnahmeraum zurücksteigen können. Man verbindet zu diesem Zweck die Pumpensaugseite durch ein Fallrohr mit dem Flüssigkeitssammelraum und ordnet das Fallrohr mit einer so gleichmäßigen und steilen Neigung an bzw. gibt man ihm eine solche Weite, daß die in der Pumpe entstandenen Dämpfe auch gegen den Strom der Flüssigkeit in den Flüssigkeitsentnahmeraum zurückströmen können.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE:
    Verfahren zur Gewinnung von Sauerstoff durch Berieselung tiefgekühlter unter Druck befindlicher Luft mit flüssigem Stickstoff unter gleichzeitiger Zerlegung durch Rektifikation in einer sogenannten Drucksäule zu einer reinen Stickstofffraktion und einer sauerstoffreichen flüssigen Fraktion, die ihrerseits üi einer unter niedrigerem Druck stehenden, zweiten, daneben angeordneten sogenannten Niederdrucksäule in reinen gasförmigen Sauerstoff und Stickstoff zerlegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Drucksäule (2) durch Rektifikation erzielte gasförmige Stickstoff zunächst in die Niederdrucksäule (5) übergeführt, dort in der flüssigen Sauerstofffraktion (6) am Boden der Säule (5) verflüssigt und in diesem Zustand als Rieselflüssigkeit teilweise wieder auf den Kopf der Drucksäule (2) durch eine Pumpe (7) zurückgefördert wird, während' ein anderer Teil dieses Kondensates nach Entspannung auf den Kopf der Niederdrucksäule (5) zur Berieselung aufgegeben und an deren oberem Säulenende (15) die reine Stickstofffraktion, am unteren Säulenende (14) die reine gasförmige Sauerstoff fraktion abgeführt wird (Fig. 1).
  2. 2. Verfahren zur Gewinnung von Sauerstoff durch Berieselung tiefgekühlter unter Druck befindlicher Luft mit flüssigem Stickstoff unter gleichzeitiger Zerlegung durch Rektifikation in einer sogenannten Drucksäule zu einer reinen Stickstoff fraktion und einer säuerst off reichen flüssigen Fraktion, die ihrerseits in einer unter niedrigerem Druck stehenden, zweiten, daneben angeordneten sogenannten Niederdrucksäule in reinen gasförmigen Sauerstoff und Stickstoff zerlegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Niederdrucksäule (5) durch Rektifikation der sauerstoffreichen Flüssigkeit erzeugte, aus Sauerstoff bestehende Flüssigkeit (6) durch eine Pumpe
    (7) auf den Kopf der Drucksäule (2) gefördert, dort unter gleichzeitiger Erzeugung von Rieselstickstoff für die Drucksäule (2) verdampft, teilweise in die Produktion abgeführt (bei 22), zum kleineren Teil in die Niederdrucksäule (5) zurückgeführt (bei 21) und mit den hier erzeugten Sauerstoffdämpfen der Rieselflüssigkeit entgegengeführt wird, die durch Kondensation des im Kondensator (23) unverflüssigt gebliebenen und von hier aus zum Kondensator (4) geführten Stickstoffs erzeugt und nach Entspannung am Kopf (13) der Niederdrucksäule (5) aufgegeben wurde (Fig. 2).
  3. 3. Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderung der Flüssigkeiten von einem tieferen auf ein höheres Niveau durch eine Kreiselpumpe (7) mit senkrechter von oben durch einen Elektromotor (17) angetriebener Welle erfolgt, deren Abdichtung gegen den Außenraum so hoch liegt, daß auch beim Stillstand der Pumpe keine Flüssigkeit dorthin gelangen kann.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Betrieb der Pumpe (7) sich einstellende Druck am Saugstutzen nicht kleiner ist als der Druck über der abgesaugten Flüssigkeit (11 bzw. 6).
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugseite der Pumpe (7) durch ein Fallrohr (24) mit dem Flüssigkeitssammelraum (11 bzw. 6) verbunden ist, das so angeordnet und dimensioniert ist, daß etwa in der Pumpe entstandene Dämpfe ungehindert in den Flüssigkeitssammelraum zurückströmen können.
    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
    5056 6.
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