DE828845C - Verfahren zur Zerlegung von Luft - Google Patents

Verfahren zur Zerlegung von Luft

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DE828845C
DE828845C DEM1755A DEM0001755A DE828845C DE 828845 C DE828845 C DE 828845C DE M1755 A DEM1755 A DE M1755A DE M0001755 A DEM0001755 A DE M0001755A DE 828845 C DE828845 C DE 828845C
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Dr Phil Peter Grassmann
Dr H C Adolf Messer
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Adolf Messer GmbH
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Description

  • Verfahren zur Zerlegung von Luft Die Zerlegung der Luft durch Verflüssigung und nachfolgende Rektifikation, wird bekanntlich meist in der Weise vorgenommen, daß in der sogenannten Mitteldruckkolonne eine Zerlegung in weitgehend reinen Stickstoff und etwa 4o°/oigen Rohsauerstoff erfolgt und dann anschließend in der darüber befindlichen Niederdruckkolonne die Erzeugnisse der gewünschten Reinheiten gewonnen werden. Als Wärmequelle für den Rektifikationsvorgang in der Niederdruckkolonne dient dabei der am oberen Ende der Mitteldruckkolonne kondensierende Waschstickstoff. Diese Kondensation des schwerer kondensierbaren Stickstoffs bei gleichzeitiger Verdampfung des leichter kondensierbaren Sauerstoffs ist nur dadurch möglich, daß die Mitteldruckkolonne unter einem Druck von 4 bis 6 ata gehalten wird, während in der Niederdruckkolonne nur ein kleiner trberdruck von einigen Zehnteln Atmosphäre herrscht. Nun ist besonders bei großen Anlagen, bei denen die gesamte oder nahezu gesamte Luftmenge nur auf den Druck der Mitteldruokkolonne verdichtet wird, der Kraftbedarf für die Kompression um so höher, je höher dieser Druck ist. Dieser ist aber von dem Konzentrationsunterschied des kondensierendenStickstoffs und des verdampfenden Sauerstoffs abhängig. Es ist eingroßer Nachteil üblicher Konstruktionen, daß dieser Konzentrationsunterschied so ziemlich den größten Wert erreicht, der in der betreffenden Apparatur überhaupt möglich ist, denn. der Reinsauerstoff ist das sauerstoffreichste Gemisch, das in der Apparatur auftritt, und der Waschstickstoff .steht an Sauerstoffreinheit dem Reinstickstoff meist nur wenig nach.
  • Es sind zwar schon Verfahren angegeben worden, bei denen versucht wurde, diesen Nachteil wenigstens zum Teil zu vermeiden. So wurde z. B. an Stelle einer Mitteldruckkolonne ein Kondensator besonderer Konstruktion verwandt, in dessen einem Rohrbündel eine verhältnismäßig sauerstoffreiche, in dessen anderem Rohrbündel eine stickstoffreiche Flüssigkeit kondensiert wird. Jedoch können mit derartigen Apparaten nicht die hohen sonst üblichen Reinheiten erreicht werden.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, bei dem einerseits die Kondensation des Waschstickstoffs nicht durch Verdampfung des Reinsauerstoffs, sondern durch die Verdampfung einer wesentlich stickstoffreicheren Flüssigkeit erzwungen, andererseits die im Reinsauerstoffbad nötige Verdampfung nicht durch Kondensation des Waschstickstoffs, sondern durch Kondensation von Luft bewirkt wird. Dadurch wird zunächst ein kleinerer Druckunterschied zwischen Mittel- und Niederdruckkolonne erreicht, insbesondere kann die Niederdruckkolonne mit höherem Druck als in den bekannten Anlagen betrieben werden. Infolgedessen wird der Reinstickstoff mit höherem Druck gewonnen als der Sauerstoff, so daß der Stickstoff zur Gewinnurig zusätzlicher Kälte noch in einer Turbine entspannt werden kann.
  • In der Abbildung ist eine- Anordnung zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung gegeben. Die vom Luftkompressor auf einen Druck von einigen atü verdichtete zu zerlegende Luft tritt bei i mit etwa + 2o° C in einen Wärmeaustauscher 2 ein, in dem sie im Gegenstrom zu den Zerlegungsprodukten Reinsauerstoff und Reinstickstoff in bekannter Weise gekühlt und getrocknet wird. Eine weitere Abkühlung tritt sodann in dem Tiefkühler 3 ein; von hier wird ein Teilstrom der Luft in einer im Reinsauerstoffbad 4 gelegenen Schlange 5 verflüssigt und wird dann zum Teil über Entspannungsventil 6 in die Niederdruckkolonne 7, zum Teil über Entspannungsventil 8 in die Mitteldruckkolonne 9 entspannt. Ein anderer Teilstrom der Luft wird ohne vorherige Verflüssigung bei io in die Mitteldruckkolonne eingeblasen. Zur Erzeugung des Rücklaufs in der Mitteldruckkolonne 9 wird der aus dem Reinsauerstoffbad 4 entnommene Sauerstoff im Ventil i i um einige Zehntel Atmosphäre entspannt und darin in der Verdampferschlange 12 verdampft. Die hier frei werdende Kälte dient zur Kondensation einer stickstoffreichen Waschflüssigkeit für den Rektifikationsvorgang in der Kolonne 9. Der gasförmig aus der Mitteldruckkolonne oben austretende Waschstickstoff wird in der Schlange 13 verflüssigt und dann nach Abkühlung durch den Beinstickstoff im Wärmeaustauscher 14 durch Ventil 15 entspannt und am oberen Ende der Niederdruckkolonne 7 aufgegossen. Zur Kühlung der Schlange 13 dient eine ziemlich sauerstoffreiche Flüssigkeit, die jedoch erfindungsgemäß mehr Stickstoff enthält als das Reinsauerstoffbad. Da der bei 7 oben abziehende Beinstickstoff noch unter höherem Druck steht, als zur Überwindung der Druckverluste in den Wärmeaustauschern notwendig ist, kann er z. B. zwischen den beiden Wärmeaustauschern 2 und i zur Arbeits- . und Kältegewinnung in einer Expansionsmaschine oder Turbine entspannt werden und verläßt dann durch Rohr 17 den Apparat. Nach seiner Verdampfung in der Verdampferschlange 12 wird der Reinsauerstoff ebenfalls durch die Wärmeaustauscher 3 und 2 zurückgeleitet und verlädt bei 18 den Apparat, um seinem weiteren `"er«-elidullgszweck zugeführt zu werden.
  • Falls die durch die Turbine 16 gewonnene Kälte noch nicht zur Durchführung des Verfahrens ausreicht, wird ein Teilstrom der Luft bei i9 aus dem Tiefkühler3 entnommen und unter Kältegewinnung in der Turbine 2o entspannt und an einer passenden Stelle in die Niederdruckkolonne 7 eingeblasen. Zusätzlich kann natürlich in bekannter Weise noch ein Hockdruckkreislauf vorgesehen werden, um evtl. noch fehlende Kältemengen zu erzeugen. Der am unteren Ende der Mitteldruckkolonne 9 anfallende Rohsauerstoff wird durch Entspannungsventil 21 auf -Niederdruck entspannt und dann etwa in der Mitte der Niederdruckkolonne in bekannter Weise eingeleitet.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRCCHE: i. Verfahren zur Zerlegung von Luft durch Verflüssigung und nachfolgende Rektifikation in zwei nebeneinander angeordneten, unter verschiedenem Druck stehenden Kolonnen, wobei die Förderung der von der einen in die andere Kolonne übertretenden Flüssigkeit allein auf Grund des durch den Luftkompressor erzeugten Druckgefälles, d. h. ohne Hilfe von bei tiefer Temperatur arbeitenden Pumpen o. dgl. bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Niederdruckkolonne erforderliche Waschstickstoff durch Verdampfung einer Flüssigkeit innerhalb der N iederdruckkolonne verflüssigt wird, die stickstoffreicher als der Reinsauerstoff ist, und daß zur Aufkochung des im unteren Teil der Niederdruckkolonne sich sammelnden Reinsauerstoffs vorgekühlte Luft dient und daß der unter erhöhtem Druck anfallende Reinstickstoff gegebenenfalls nach Anwärniung unter Arbeitsgewinn entspannt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der gewonnene flüssige Beinsauerstoff nach geringer Entspannung zur Kondensatbildung am oberen linde der 111itteldruckkolonne dient.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorgekühlterTeilstrom der zu zerlegenden Luft entspannt und in den mittleren Teil der Niederdruckkolonne eingeblasen wird. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften -'r. 20381.I, 617841, 726156; -Litt. Forsch. Anst. GHH-Konzern, 1935, Bd. .I, Heft i, S. 18 und i9.
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