DE829459C

DE829459C - Verfahren zur Trennung von Gasgemischen

Info

Publication number: DE829459C
Application number: DEP35352A
Authority: DE
Inventors: Alfred Etienne
Original assignee: Air Liquide SA
Current assignee: Air Liquide SA
Priority date: 1947-10-22
Filing date: 1949-03-01
Publication date: 1952-01-24
Also published as: DE842213C; GB677064A; FR1005966A; NL68365C; NL67409C; US2699046A; BE485367A

Description

(WiGBL S. 175)

AUSGEGEBEN AM 24. JANUAR 1952

P 35352 IaI 17g D

Alfred Etienne, Paris

ist als Erfinder genannt worden

Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung von Gasgemischen in Anteile unterschiedlicher Flüchtigkeit durch Rektifikation. Bei der Beschreibung dieses Verfahrens soll der Einfachheit halber angenommen werden, daß das zu trennende Gemisch nur zwei Bestandteile mit verschiedenen Siedepunkten enthält. Genannte Beschreibung soll al>er ebenfalls Geltung haben für ein Gemisch, das eine beliebige Anzahl solcher Bestandteile enthält, sei es, daß dieselben auf beide genannten Anteile verteilt sind oder daß von diesen Bestandteilen einer oder mehrere an einer oder mehreren Zwischenstellen an der Rektifizierkolonne bzw. den Rektifizierkolonnen, in welcher bzw. welchen das Verfahren ausgeführt wird, entnommen wird bzw. werden.

Das genannte Verfahren wird folgendermaßen ausgeführt: Das zu trennende Gasgemisch wird in eine uniter verhältnismäßig hohem Druck stehende Rektifizierkolonne eingebracht; ein aus diieser Kolonne entstammendes, flüssiges Gemisch wird¹ auf einen relativ niedrigen Druck entspannt, hierauf wird es, nachdem es eventuell in einer zweiten Kolonne durch das durch dessen Verdampfung entstandene Gas rektifiziert worden ist, durch Wärmeaustausch mit dem an dem flüchtigsten Bestandteil angereicherten Gas, das sich unter verhältnismäßig hohem Druck im obersten Teil der Kolonne befindet, derart verdampft, daß gleichzeitig die Verflüssigung dieses Gases herbeigeführt wird, während mit der so erhaltenen Flüssigkeit das in der Kolonne aufsteigende Gas gewaschen wird. In der Praxis wird der Verdampfer, in welchem diie Verdampfung der Flüssigkeit uniter relativ niedrigem Druck stattfindet, im allgemeinen am o1)eren Ende der unter relativ hohem Druck stehenden Rektifizier-

kolonne angeordnet. El>eniso wird, wenn die zu verdampfende Flüssigkeit durch das von. deren Verdampfung herrührende Gas rektifiziert wird, die Kolonne, in welcher diese Rektifikation stattfindet, 5 oberhalb des Verdampfers angebracht, so daß beide Kolonnen übereinander angeordnet sind.

Nach diesem Verfahren wie übrigens bei allen Verfahren zur Trennung der flüssigen und/oder gasförmigen Gemische, bei welchen Rektifizierkolonnen ίο verwendet werden, fließt eine an am flüchtigsten Bestandteil verhältnismäßig reiche Flüssigkeit vom ol>eren Endie der Rektifizierkolonne herab, wobei sie das aufsteigende Gas wäscht. Diese Flüssigkeit, die in der Alkoholindustrie als Dephlegmierflüssigkeit l>ezeichnet wird, hält den am wenigsten flüchtigen Bestandteil, der in dem aufsteigenden Gas enthalten ist, zurück und reichert sich um so mehr an diesem an, als sie weiter nach unten vordringt. Im allgemeinen nimmt die kleinste Flüssigkeitsmenge, die an jeder Stelle der Kolonne zum Zurückhalten des möglichst größten Teils des im aufsteigenden Gas enthaltenen, am wenigsten flüchtigen Bestandteils nötig ist, um so mehr zu, als die Entfernung vom obersten Ende der'Kolonne größer ist. Wenn die an irgendeiner Stelle in der Kolonne nötige Menge Waschflüssigkeit in ihrer Gänze in den obersten Teil der Kolonne eingeführt wird, ist infolgedessen die vom ol>ersten Kolonnenende herabfließende Menge Flüssigkeit, die einen, verhältnismäßig hohen Gehalt an dem flüchtigsten Bestandteil aufweist, größer als _t diejenige, die notwendig wäre, um den am wenigsten flüchtigen Bestandteil im oberen Teil der Kolonne zurückzuhalten, wenn dieser Teil allein vorhanden wäre. Diese Flüssigkeit stellt das Ergebnis der Trennung dar, zu deren Gewinnung Energie verbraucht worden ist; sie hat also größeren Wert als die Flüssigkeit, die einen geringeren Gehalt an dem leichtflüchtigsten Bestandteil aufweist, in welchen i.ie sich beim Herabfließen in der Kolonne allmählich verwandelt. Das Verfahren ist also mit einem Energieabbau verbunden. Dieser findet auch aus einem ähnlichen Grunde statt, wenn in der Rektifizierkolonne eine Gegend vorhanden ist, in der die erwähnte kleinste Menge der Waschflüssigkeit von ol>en nach unten abnimmt. Das ist besonders bei Gemischen von Äthylalkohol und Wasser der Fall.

Die Verbesserung gemäß der Erfindung, die bei Anwendung des l>ekannten, oben beschriebenen Trennungsverfahrens eine Herabsetzung des obenerwähnten Energieabbaus ermöglicht, besteht in folgender Verfahrensweise: Ein flüssiges Gemisch, das aus der unter verhältnismäßig hohem Druck stehenden Kolonne herrührt, wird auf einen einen Zwischenwert aufweisenden Druck entspannt, es wird in mittelbare Berührung gebracht mit Gas, das sich im Laufe des, Verfahrens bildet, um gleichzeitig die Verdampfung des flüssigen Gemisches und die Verflüssigung des Gases zu bewirken, und das aus dieser Verdampfung stammende Gas wird; in einer in ihrem oberen. Endteil durch unmittelbare oder mittelbare Berührung mit der im Laufe des Yerfahrens gebildeten Flüssigkeit abgekühlten Hilfskolonne rektifiziert, wobei das Gas und/oder die Flüssigkeit, die während des Verfahrens gebildet werden und mit welchen die erwähnten mittelbaren Berührungen stattfinden, gleichzeitig einem Rektifikationisprozeß unterliegen.

Je nachdem, ob die notwendige minimale Menge Waschflüssigkeit in der Gegend, in der die mittelbare Berührung stattfindet, von oben nach unten zunimmt (allgemeiner Fall) oder im Gegenteil abnimmt, findet nach obigen Ausführungen die mittelbare Berührung entweder mit dem Gas statt oder mit der Flüssigkeit, deren Rektifikation im Gang ist.

Wenn das Verfahren gemäß der Erfindung zur Trennung eines Gasgemisches in seine ebenfalls gasförmigen Bestandteile angewandt wird, muß die Flüssigkeit, die zur Rektifikation des Gases in der Hilfskolonne gedient hat, durch Wärmeaustausch mit im Laufe des Verfahrens gebildetem Gas verdampft werden. Sie kann mit Vorteil unter niedrigem Druck verdampft werden sowie unter Wärmeaustausch mit dem unter hohem Druck stehenden Gas, eventuell nachdem sie durch das von ihrer Verdampfung herrührende Gas rektifiziert wurde.

Gewünischtenfalls wird die durch vorliegende Erfindung ersparte Energie dazu verwendet werden können, die Trennung weiterzuführen, d. h. dazu, den Reinheitsgrad der getrennten Bestandteile zu erhöhen oder dieselben in einem anderen Zustande g₀ zu erhalten. So kann z. B. bei Trennung eines Gemisches schwer zu verflüssigender Gase in seine Bestandteile, und: zwar ohne Steigerung des Energieverbrauches, anstatt beide Bestandteile in gasförmigem Zustande zu erhalten, ein Bestandteil ganz oder teilweise in flüssigem Zustande erhalten werden, oder statt den einen Bestandteil vollständig in flüssigem und den anderen vollständig in gasförmigem Zustande zu erhalten, ein Bestandteil vollständig im flüssigen und: der andere teilweise im flüssigen Zustände erhalten werden.

Bevor zur ausführlichen Darlegung der Einzelheiten der Erfindung übergegangen wird, sollen zur Vereinfachung der Ausdrucksweise folgende Vereinbarungen getroffen werden:

1. Der flüchtigste und der am wenigsten flüchtige Anteil, in welche das behandelte Gasgemisch aufgetrennt wird, werden als flüchtiger Bestandteil und wenig flüchtiger Bestandteil !^zeichnet; sie werden flüchtiges Gas und wenig flüchtiges Gas genennt werden, wenn sie im gasförmigen Zustande, oder flüchtige Flüssigkeit und wenig flüchtige Flüssigkeit, wenn sie im flüssigen Zustande betrachtet werden.

2. Der verhältnismäßig hohe Druck, der verhältnismäßig niedrige Druck und der einen Zwischenwert aufweisende Druck werden als hoher Druck, niedriger Druck und mittlerer Druck bezeichnet. Diese Benennungen nehmen für diese Drucke in keiner Weise irgendeinen absoluten Wert vorweg. Der hohe Druck kann z. B. der atmosphärische Luftdruck sein.

3. Jeder Verflüssigerverdampfer, in welchem durch mittelbare Berührung ein Wärmeaustausch der erwähnten Art stattfindet, mit dem die Verflüssigung eines Gases und die gleichzeitige Verdampfung

einer Flüssigkeit einhergehen, wird Verflüssiger genannt, wenn ausschließlich die Verflüssigung, die auf einer seiner Flächen erfolgt, in Betracht genommen wird¹, und Verdampfer, wenn ausschließlich die Verdampfung, die auf der gegenüberliegenden Fläche erfolgt, in Betracht genommen wird.

4. Ein Verflüssigerverdampfer wird Zwischenvernüssigerverdampfer, oberer Verflüssigerverdampfer oder unterer Verllüssigerverdampfer genannt, je nachdem, ob das Gas, das in demselben kondensiert, oderdie Flüssigkeit, die darin verdampft wird, von einer Zwischenstelle, vom oberen Teil oder vom unteren Teil einer Rektifizierkolonne herstammt.

Die Verdampfung des flüssigen, von der Rektiflzierkolonne unter hohem Druck herstammenden und auf den Mitteldruck entspannten Gemisches kann gemäß dem einen oder dem anderen oder gleichzeitig gemäß den beiden folgenden Kennzeichen ausgeführt werden:

A — Verdampfungen in,· Reihenschaltung. Das flüssige Gemisch wird in zu großer .Menge verwendet, um vollständig verdampft werden zu können, und die nicht verdampfte Flüssigkeit wird von dem verdampften Teil getrennt, entspannt und unter niedrigem Druck verdampft.

Ji — Verdampfung nach der Rektifikation. Das flüssige Gemisch, das unter mittlerem Druck verdampft werden soll, wird vor der Verdampfung in der Hilfskolonne durch das Gas, das von seiner Verdampfung herrührt, rektifiziert.

Was die Abkühlung des oberen Endteils der Hilfskolonne betrifft, so verläuft diese nach einer der lxM-den folgenden Weisen:

C₁ — Unmittelbare Berührung. Es wird im oberen Verflüssiger der Hochdruckkolonne ein Teil der dort gebildeten flüchtigen Flüssigkeit entnommen, auf den Mitteldruck entspannt und in das obere Ende der Hilfskolonne eingeführt. Diese Verfall rungs weise ist jedoch nicht anwendbar, wenn das J auf den Mitteldruck entspannte flüssige Gemisch am ol*eren Ende der Hochdruckkolonne entnommen wird.

C₉ — Mittelbare Berührung. Die Mitteldruck-. kolonne weist einen ol>eren Verflüssigerverdampfer auf, in welchem im Laufe des Verfahrens gebildete Flüssigkeit unter einem niedrigeren Druck als diesem mittleren verdampft wird; diese Flüssigkeit kann eine Flüssigkeit unter niedrigem Druck oder aus der Hochdruckkolonne herrührende und zum Verdämpfer unter niedrigem Druck überfließende Flüssigkeit sein, die vorher auf einen niedrigeren Druck als den mittleren entspannt wurde. Wenn gemäß dem oben erwähnten Kennzeichen A vorgegangen wird (Reihenverdampfung), kann diese Flüssigkeit mit Vorteil von dem Teil der Flüssigkeit unter mittlerem Druck gebildet werden, der durch mittelbare Berührung mit dem im Laufe des Verfahrens gebildeten Gas nicht verdampft wurde.

In allen Fällen wird auch nach folgendem Kennzeichen vorgegangen werden können:

D — Vielfältige Berührungen. Die unter Mitteldruck stehende Flüssigkeit oder das unter Mitteldruck stehende Gas steht in mittelbarer Berührung und im Wärmeaustausch mit dem Gas bzw. mit der j Flüssigkeit der Hoch- oder Niederdruckkolonne mindestens an zwei in verschiedener Höhe liegenden Stellen.

Wenn die erste mittelbare Berührung mit dem Gas der Hochdruckkolonne erfolgt, kann die zweite Berührung unmittelbar unter dem Oberverflüssiger der Kolonne stattfinden. Auf diese Weise wird die Menge der im Verdampfer unter niedrigem Druck zu verdampfenden Flüssigkeit verringert. Auf alle Fälle kann die zweite mittelbare Berührung an einer Zwischenstelle der Hoch- oder der Niederdruckkolonne stattfinden. Die Kolonne, in der sie stattfindet, ist dann nicht nur in zwei, sondern in drei oder mehrere Räume eingeteilt, die von verschiedenen Flüssigkeitsmengen durchlaufen werden.

Ein anderes Mittel zur Erzielung dieses Ergebnisses bestellt in der Anordnung zweier oder mehrerer Zwischenverflüsisigerverdampfer in derselben Hoch- oder Niederdruckkolonne, wobei jeder einzelne unter diesen Zwischenverflüssigerverdampfern einen oberen oder unteren Verflüssigerverdampfer einer unter einem einen Zwischenwert aufweisenden Druck stehenden Hilfskolonne bildet. Die verschiedenen Hilfskolonnen arbeiten in Parallelschaltung. Der Betriebsdruck dieser Hilfskolonnem nimmt ab, wenn die Stellung des Zwisehenverflüssigerverdampfers innerhalb der Hoch- oder Niederdruckkolonne, in der er sich befindet, in ihrer Höhenlage steigt.

Bei mittelbarer Berührung und Wärmeaustausch zwischen der Flüssigkeit unter Mitteldruck und dem Gas, dessen Rektifikation im Gange ist und das so verflüssigt wird, kann das obenerwähnte Kennzeichen A gemäß folgendem Kennzeichen E ausgeführt werden:

E — In Reihen geschaltete Hilfskolonnen. Der Teil der Flüssigkeit unter Mitteldruck, der nicht durch mittelbare Berührung mit dem Gas, dessen Rektifikation im Gange ist, verdampft wurde, wird auf einen zweiten Mitteldruck, der geringer ist als der erste, entspannt; er wird dadurch verdampft, daß er zum zweitenmal in mittelbare Berührung göbracht wird mit dem Gas, dessen Rektifikation im Gange ist, das atier einer höher gelegenen Stelle der Rektifizierkolonne, in der die Rektifikation sich vollzieht, entnommen wurde als* diejenige, an der die erste mittelbare Berührung stattfindet, und das Gas, das aus seiner Verdampfung herstammt, wird seinerseits in einer zweiten, Hilfskolonne rektifiziert.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen jetzt beschrieben werden. Die angeführten Beispiele beziehen sich auf die Abbildungen, deren Numerierung derjenigen der Beispiele entspricht. ■ Die gleichen Teile in den verschiedenen Abbildungen sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, und die Bedeutung eines Teiles wird nur bei der ersten Abbildung, in der er erscheint, angegeben. Die Strömungsrichtung der fließenden Medien in den Leitungen wird überall mit Pfeilen angedeutet. Der Einfachheit halber wurden die Rektifikationsteller nicht dargestellt.

Wie aus folgendem klar hervorgeht, wird das erfindungsgemäß verbesserte Verfahren auf folgende,

aus den verschiedenen Beispielen hervorgehende Art und Weise durchgeführt:

Das zu trennende Gemisch, das in die unter Druck stehende Kolonne eingeführt wird, befindet sich in den Beispielen! ι bis 6 in gasförmigem und im Beispiel 7 in flüssigem Zustande. Das flüssige, aus der Ilochdruckkolonne herrührende Gemisch, auf das das Verfahren nach der Erfindung angewandt wird¹, wird in den Beispielen ι bis 5 am unteren Ende der Hochdruckkolonne, im Beispiel 6 an einer Zwischenstelle in dersell>en und im Beispiel 7 an ihrem oberen Ende aufgefangen. Vor dem Verdampfen unter niedrigem Druck wird es in den Beispielen, 4 bis 7 durch das aus seiner Verdampfung herstammende Gas rektifiziert.

Was die durch die Erfindung ermöglichte Verl>esserung anbetrifft, so wird diese auf folgende Weise durchgeführt:

Tn den Beispielen 1, 2 und 3 findet eine Verflüssigung des Gases unter hohem Druck während der Rektifikation statt; in den Beispielen 4, 5 und 7 findet eine Verflüssigung des Gases unter hohem Druck und eine Verdampfung der Flüssigkeit unter niedrigem Druck während der Rektifikation statt; im Beispiel 6 findet eine Verflüssigung des Gases und eine Verdampfung der Flüssigkeit, und zwar beide während der Rektifikation unter niedrigem Druck statt.

Beispiel 1 (Abb. 1)

Bei diesem Beispiel findet die Abkühlung des oberen Endteil* der Hilfskolonne gemäß dem obenerwähnten Kennzeichen C₂ statt (Abkühlung durch mittelbare Berührung).

Auf einen Druck von etwa 3 ata komprimierte Luft wird durch die Leitung 1 in den unteren Teil einer Rektifizierkolonne 2 eingeführt, die einen Zwischenverflüssigerverdampfer 4 und einen oberen Verflüssigerverdampfer 5 enthält. Am unteren Ende der Kolonne wird ein flüssiges Gemisch aufgefangen, das ungefähr 45% Sauerstoff und 55% Stickstoff enthält. Diese Flüssigkeit wird der Kolonne mittels einer Leitung 3 entnommen und in zwei Teile geteilt. Ein Teil, z. B. etwa V₃, fließt durch die Leirung 7, wird¹ in einem Ventil 8 auf etwa 2 ata enrt> spannt und dann in den Verdampfer 4 geleitet. Das gebildete Gas strömt durch die Leitung 9 in den unteren Teil einer Rektifizierkolonne 14, die einen oberen Verflüssigerverdampfer 15 enthält. Der Teil der am unteren Ende der Kolonne 2 aufgefangenen Flüssigkeit, der nicht durch die Leitung 7 fließt, strömt durch die Leitung 6 und wird im Ventil 16 bis auf den Atmosphärendruck entspannt. Das flüssige, an ihrem unteren Ende aus der Kolonne 14 ausströmende Sauers^off-Stiekstoff-Gemisch fließt durch die Leitung 10 hindurch und wird im Ventil 11 auf Atmosphärendruck entspannt. Beide Flüssigkeiten werden miteinander vermischt, und das auf diese \Veise gebildete flüssige Gemisch wird durch die Leitung 17 hindurch in den Verdampfer 15 eingeführt. Es verdampft dort teilweise, und das aus Flüssigkeit und Gas bestehende Gemisch strömt durch die Leitung 18 in den Verdampfer 5, in welchem dessen Verdampfung zu Ende geführt wird. Durch Leitung 13 wird Stickstoff unter einem Druck von- etwa 3 ata aufgefangen, welcher Stickstoff unter Erzeugung äußerer Arbeit sowie von Kälte wird entspannt werden können; durch Leitung 19 wird Stickstoff unter einem Druck von etwa 2 ata aufgefangen, welcher Stickstoff gleichfalls wird entspannt werden können; endlich wird durch Leitung 12 ein Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch unter atmosphärischem Druck aufgefangen.

Anstatt die sauerstoffreiche Flüssigkeit, die ül>er Leitung 10 aufgefangen wird, durch Zumischung zu der durch Leitung 17 strömenden Flüssigkeit unter niedrigem Druck zu verdampfen, kann sie auch unter mittlerem Druck verdampft werden, sei es in einem von dem Verflüssigerverdampfer 4 verschiedenen Zwischenverflüssigerverdampfer oder durch Hinzufügung zu der im Ventil 8 entspannten Flüssigkeit und durch Entnahme einer entsprechenden Menge Gas aus dem Verdampfer 4.

B e i s ρ i e 1 2 (Abb. 2)

Dieses Beispiel vereinigt folgende obenerwähnte Kennzeichen: A (Reihenverdampfung), B (Verdampfung nach der Rektifikation) und C₁ (Abkühlung durch unmittelbare Berührung).

Das flüssige, am unteren Ende der Kolonne 2 aufgefangene Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch strömt durch Leitung 22, wird in einem Ventil 23 auf einen mittleren Druck entspannt und an einer Zwischenstelle an der Kolonne 14 in diese eingeführt. Das flüssige, an Sauerstoff angereicherte, am unteren Ende dieser Kolonne aufgefangene Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch wird mittels Leitung 24 in den Verdampfer 4 geleitet. Das im Verdampfer 4 gebildete Gas strömt durch Leitung 9 in den unteren Teil der Kolonne 14, während die nicht verdampfte Flüssigkeit durch die mit einem Druckminderungsventil 26 ausgerüstete Leitung 25 hindurch in den Verdampfer 5 einströmt. Der Kolonne 2 wird durch Leitung 20 ein Teil des im Verflüssiger 5 gebildeten flüssigen Stickstoffs entnommen, der mittels des Ventils 21 auf einen mittleren Druck entspannt und in den obersten Teil der Kolonne 14 eingeführt wird.

Die in Abb. 2 gezeigte Ausführungsform bezieht sich auf die Behandlung des von, seinem Äthylen befreiten Koksofengases, das demnach hauptsächlich aus Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenoxyd und Methan besteht und gemäß obigen Ausführungen als ein Gemisch von Methan und einem Bestandteil betrachtet werden kann, der flüchtiger ist als Methan. Es brauchen den in dieser Abbildung dargestellten Teilen- nur bekannte Teile hinzugefügt zu werden, die zur Vollendung der Abkühlung des behandelten Gemisches nötig sind. Dieses Gemisch wird unter einem Druck von etwa 15 ata in die Kolonne 2 eingeführt. Die am unteren Teil der Kolonne aufgefangene Flüssigkeit besteht hauptsächlich aus Methan und, was die übrigen Bestandteile anbelangt, aus Kohlenoxyd, Stickstoff und etwas Wasserstoff, während die durch Leitung 20 der Kolonne entnommene Flüssigkeit hauptsächlich

aus Kohlenoxyd, Stickstoff und etwas Wasserstoff besteht. Der in Kolonne 14 herrschende Mitteldruck erreicht annähernd 5 ata. Die am unteren Ende dieser Kolonne aufgefangene Flüssigkeit besteht aus Methan, das noch ein wenig Kohlenoxyd enthält, aber von Stickstoff und Wasserstoff wesentlich frei ist. Der im Verdampfer 4 nicht verdampfte Teil dieser Flüssigkeit ist noch ärmer an Kohlenoxyd. Durch die Leitung 12 wird folglich Methan aufgefangen, das nur ein wenig Kohlenoxyd enthält. Durch die Leitung 19 wird ein Gemisch von Kohlenoxyd, Stickstoff und etwas Wasserstoff aufgefangen, das wesentlich frei von Methan ist. Durch die Leitung 13 wird endlich Wasserstoff aufgefangen¹, der noch nennenswerte Mengen Stickstoff und Kohlenoxyd enthält und gegebenenfalls mit Hilfe der bekannten Verfahren von diesen Restandteilen wird l>efreit werden können.

Es geht also klar hervor, daß der Verflüssigerverdampfer und die Rektifizierkolonne 14 ohne zusätzlichen Energieaufwand und ohne Beeinträchtigung der Trennung des Koksofengases in der Kolonne 2 die Trennung des am unteren Ende dieser Kolonne aufgefangenen Gemischkomplexes in einen

»5 hauptsächlich aus Methan bestehenden: und einen von diesem Gase freien Anteil gestattet.

Beispiel 3 (Abb. 3)

Dieses Beispiel, das sich in ganz besonderem Maße für die Trennung der Luft in ihre Bestandteile eignet, vefeinigt die vorerwähnten Kennzeichen C₂ (Abkühlung durch mittelbare Berührung) und E (Hilfskolonnen in Reihenschaltung) und weist außerdem folgende Kennzeichen auf:

Das Gas, dessen Rektifikation im Gange ist, mit welchem die unter dem ersten mittleren Druck stehende Flüssigkeit in mittelbare Berührung gebracht wird, steht unter hohem Druck; die zweite Hilf skolonne steht im Wärmeaustausch mit dteirersten mittels eines Verflüssigerverdampfers, und¹ in diese zweite Hilf skolonne wird in verschiedenen Höhenlagen einerseits der Teil der Flüssigkeit unter dem ersten Mitteldruck eingeführt, der durch mittelbare Berührung mit dem unter hohem Druck stehenden Gas nicht verdampft wurde, und andererseits ein Teil der im Verflüssiger der ersten Hilfskolonne gebildeten Flüssigkeit. Außerdem kann die.Flüssigkeit, die aus dem unteren Endteil der zweiten Hilfskolonne ausströmt und die durch mittelbare Berührung mit dem unter hohem Druck stehenden Gas, dessen Rektifikation im Gange ist, verdampft werden wird, durch das aus seiner Verdampfung herstammende Gas rektifiziert werden.

Die durch Leitung 1 in den unteren Teil der Kolonne2 einströmende Luft befindet sich hier unter einem Druck von etwa 2,5 ata. Kolonne 2 enthält zwei Zwischenverflüssigerverdampfer 4 und 30. Das flüssige, aus der Kolonne 2 ausströmende Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch wird im Ventil 8 auf ungefähr 2 ata entspannt. Der obere Verflüssigerverdampfer 15 der Kolonne 14 bildet auch gleichzeitig den unteren Verflüssigerverdampfer einer Rektifizierkolonne 39", die unter einem Druck von etwa 1,1 ata steht. Die im Verdampfer 4 nicht verdampfte Flüssigkeit verläßt denselben durch Leitung 28, wird durch das Ventil 31 auf diesen' Druck entspannt und etwas oberhalb des Verdampfers. 15 in die Kolonne 39" eingeführt. Aus diesem Verdampfer strömt die Flüssigkeit in den- Verdampfer 30 über eine Leitung 4Γ, eine Zusatzkolonne 39* und eine Leitung 33 über. Das im Verdampfer 30 verdampfte Gas strömt durch Leitung 34, Kolonne 39*, Leitung 27 und den Verdampfer 15 in die Kolonne 39" zurück, während die nicht verdampfte Flüssigkeit durch die mit dem Druckminderungsventil 36 ausgerüstete Leitung 35 in den Verdampfer 5 strömt. Ein Teil des flüssigen, im Verflüssiger 5 kondensierten Stickstoffs wird mittels der mit dem Druckminderungsventil 32 ausgerüsteten Leitung 29 in das obere Ende der Kolonne 3Q" eingeführt; ebenso wird mittels der das Druckminderungsventil 38 aufweisenden Leitung 37 in \^T;ihe des oberen Endes der Kolonne 39" ein Teil der an Stickstoff reichen, im Verflüssiger 15 gebildeten Flüssigkeit in diese Kolonne eingeführt. Bei 12 wird unter einem Druck von ungefähr 0,6ata, also unter teilweisem Vakuum, ein Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch, das etwa 75% Sauerstoff enthält, entnommen; bei 13 wird Stickstoff erhalten unter einem Druck von 2,5 ata, welcher Stickstoff unter Kälteerzeugung wird entspannt werden können:; bei 40 wird Stickstoff unter 1,1 ata aufgefangen.

Beispiel 4 (Abb. 4)

Bei diesem Beispiel finden' sich die obenerwähnten Kennzeichen A (Reihenverdampfung), B (Verdampfung nach der Rektifikation) und C₂ (Abkühlung durch mittelbare Berührung), und¹ es wird eine Rektifizierkolonne unter niedrigem Druck verwendet, in die in verschiedenen Höhenlagen das Gemisch von Flüssigkeit und Gas eingeführt wird, das aus der teil weisen Verdampfung· der Flüssigkeit herstammt, die dazu gedient hat, den oberen Endteil der Hilfskolonne durch mittelbare Berührung abzukühlen, sowie ein Teil der am oberen Endteil der Hilfskolonne gebildeten Flüssigkeit und ein Teil der flüchtigen, am oberen Ende der Hochdruckkolonne gebildeten, Flüssigkeit.

Dieses Beispiel zeigt ebenfalls die Anwendung des vorerwähnten Kennzeichens D (vielfältige Be- no rührung).

Der obere Verflüssigerverdampfer 5 der Hochdruckkolomne bildet hier gleichzeitig den unteren Verflüssigerverdampfer der Niederdruckrektifizierkolonne 48. Ein Teil des im Verflüssiger 5 gebildeten flüssigen Stickstoffs wird in bekannter Weise durch die Leitung 42, die mit einem Entspannungsventil 43 versehen ist, in den oberen Teil der Kolonne 48 gebracht. Ein Teil des im Verflüssiger 15 gebildetem flüssigen Stickstoffs wird gleicherweise mittels der Leitung 44, die mit dem Entspannungsventil 47 versehen ist, in den oberen Teil der Ko- · lonne 48 eingeführt. Das Gemisch, aus Flüssigkeit und Gas bestehend, das aus der Teilverdampfung des flüssigen Sauerstoff-Stickstoff-Gemisches im Verdampfer 15 stammt, wird durch die Leitung 18

an einer Zwischemstelle in die Kolonne 48 übergeleitet. Die Kolonne 14 ist im zwei Räume 14" und 14⁶ geteilt, die durch einen Verfiüssigerverdampfer 30, der in der Hochdruckkolonne 2 unter dem 5 oberen Verflüssigerverdampfer 5 angeordnet ist, voneinander getrennt sind. Die aus dem oberen Raum 14" stammende Flüssigkeit wird durch eine Leitung 52 in den Verdampfer 30 geleitet, und der Teil der Flüssigkeit, der dort nicht verdampft, ίο strömt durch eine Leitung49 in den Raum 14⁶ über. Das aus diesem Raum stammende Gas strömt über zwei Leitungen 50 und 51 und den Verdampfer 30 in den Raum 14" über.

Wenn die Flüssigkeitsrnenge, die im Verdampfer 5 verdampft, dazu genügt, eine befriedigende Rektifikation am oberen Ende der Kolonne 2 zu gewährleisten, kann der Verflüssigerverdämpfer 30 in einem gewissen Abstand vom Verflüssigerverdampfer 5 angeordnet werden und nicht unmittelbar ao unter diesem, wie in der Zeichnung dargestellt.

Durch Leitung 13 wird gasförmiger Stickstoff unter Druck aufgefangen, durch Leitung 45 Sauerstoff vom gewünschten Reinheitsgrad und durch Leitung 46 Stickstoff unter Atmosphärendruck. Oberhalb eines gewissen Wertes für dem Zwischendruck wird im oberenTeil der Kolonne 14 kein Stickstoff mehr erhalten, dessen Reinheitsgrad hoch genug ist, daß er in das obere Ende der Kolonne 48 eingeführt werden könnte. Er wird dann an einer unter halb dieses Endes gelegenen Stelle eingeführt. Er kann auch unter Mitteldruck verdampft werden oder in einem in der Kolonne48 angeordneten Zwischenverflüssigerverdarnpfer unter einem zwischen Mittel- und Niederdruck liegenden Druck. Anstatt den flüssigen, im Ventil 43 entspannten und den im Ventil 47 entspannten Stickstoff unmittelbar in den oberen Teil der Kolonne 48 einzuführen, könnten auch beide unter einem niedrigeren Druck als dem Niederdruck in einem am oberen Ende dieser Kolonne angeordneten und dem in Abb. 7 gezeigten ähnlichen Verflüssigerverdampfer verdampft werden. Das eben Gesagte trifft auch zu für die Beispiele 5 und 6. Man könnte sich auch damit begnügen, den im Ventil 47 entspannten flüssigen Stickstoff in einem Verflüssigerverdampfer zu verdampfen, da dieser Stickstoff in geringerer Menge vorliegt als der durch das Ventil 43 entspannte und daher leichter mit einem hohen Reinheitsgrad zu erhalten ist als letzterer. Dieser einen höheren Reinheitsgrad aufweisende Stickstoff würde dann getrennt aufgefangen werden.

Durch die erfindlungsgemäße Hinzufügung des Verflüssigerverdampfers 4 und der Mitteldruckkolonnen 14" und I4^ft zum klassischen Apparat mit den zwei Kolonnen 2 und 48 wird bei gleichbleibendem Energieverbrauch entweder eine größere, zwecks Erzeugung von Kälte zu entspannende Stickstoffmenge erhalten oder eine größere Menge Waschflüssigkeit undi infolgedessen ein einen höheren Reinheitsgrad aufweisender Stickstoff, wodurch die Ausbeute an; Sauerstoff vergrößert wird:.

Im oben angeführten Beispiel sind die Kennzeichen^ (Reihenverdampfung) und B (Verdamp fung nach der Rektifikation) zu finden; das Verfahren nach diesem Beispiel könnte jedoch, auf eine übrigens nicht vorteilhafte Art und Weise, dadurch abgeändert werden, daß auf dieses oder jenes dieser beiden Kennzeichen verzichtet wird.

Der Zwischenverflüssigerverdampfer 4 könnte auch in der Xiederdruckkolonne 48 angeordnet werden, in welchem Falle der zweite Zwischenverflüssigerverdampfer 30, falls man diesen überhaupt bestehen· ließe, selbstverständlich in derselben Kolonne, und zwar über dem \erflussigerverdampfer4, angeordnet würde. Diese Ausführungsform ist at>er bedeutend weniger vorteilhaft als die dargestellte.

Es könnte auch das flüssige, im Ventil 26 entspannte Gemisch direkt in die Niederdruckkolonne 48 geleitet werden, im Verdampfer 15 die der Kolonne 48 entnommene Flüssigkeit verdampft und das auf diese Weise gebildete Gas in diese Kolonne zurückgeleitet werden, wie es auf der weiter unten besprochenen Abb. 7 dargestellt ist. Die Überführung in Kolonne 48, und zwar durch Leitung 48 in Abb. 4, des im Verdampfer 15 gebildeten Gases ist also gleichwertig mit der Anwesenheit eines Zwischenverflüssigerverdampfers in der Kolonne 48, mit Hilfe dessen diese Kolonne erwärmt und nicht mehr abgekühlt würde. Dies ist der Grund, weshalb oben angegeben wurde, daß diese Kolonne g₀ an einer Zwischenstelle erhitzt wird. Eine solche Heizung kann nach obigen Ausführungen als schädlich dünken, trotzdem ist jedoch das aus der Anwesenheit der Hilfskolonne 14 sich ergebende Gesamtergebnis nichtsdestoweniger vorteilhaft, da in dieser Kolonne eine Trennarbeit geleistet worden ist, die die Anreicherung der durch die Leitung 18 in die Kolonne 48 eingeführten Flüssigkeit an Sauerstoff zum Ergebnis gehabt hat.

Beispiel 5 (Abb. 5)

Dieses Beispiel weist das Kennzeichen E (Hilfskolonnen in Reihenschaltung) auf, das hier auf folgende Art und Weise ausgeführt wird:

Die bei der ersten mittelbaren Berührung mit dem der Rektifikation unterliegenden Gas nicht verdampfte Flüssigkeit wird in der zweiten Hilfskolonne denselben Behandlungen unterworfen, welchen die Flüssigkeit unter dem ersten mittleren Druck in der ersten Hilfskolonne unterworfen wurde.

In Abb. 5 sind gleichfalls die Kennzeichen. B (Verdampfung nach der Rektifikation) und C₀ (Abkühlung durch mittelbare Berührung) zu finden, es könnte aber auf das Kennzeichen B verzichtet werden und das Kennzeichen C₀ durch C₁ (Abkühlung durch unmittelbare Berührung) ersetzt werden. Diese Abbildung zeigt auch eine Niederdruckrektifizierkolonne, die jedoch fortfallen könnte, ohne daß die anderen oben angegebenen: Kennzeichen dabei verändert würden.

Die im Verdampfer 4 nicht verdampfte Flüssigkeit wird im Ventil 26 auf einen zweiten, zwischen dem in diesem Verdampfer herrschenden und dem Niederdruck liegenden Mitteldruck entspannt. Das ' unter diesem zweiten Mitteldruck aus dem oberen

Verdampfer 15 der Mitteldruckkolonne 14 ausströmende Gemisch aus Flüssigkeit und Gas wird durch eine Leitung 55 an eine Zwischenstelle an einer zweiten, einen oberen Verflüssigerverdampfer 57 aufweisenden Kolonne 56 in diese eingeführt. Die an Sauerstoff angereicherte, am unteren Ende dieser Kolonne aufgefangene Flüssigkeit wird durch eine Leitung 58 in einen zweiten, in der Kolonne 2 oberhalb des Verdampfers 4 angeordneten Zwischenverdampfer 30 eingeführt. Das in dem Verdampfer 30 sich bildende Gas wird mittels Leitung 59 am Fuße der Kolonne 56 in diese zurückgeleitet, während die nicht verdampfte Flüssigkeit durch eine mit dem Entspannungsventil 61 versehene Leitung 60 in den Verdampfer 57 geleitet wird. Ein Teil der Flüssigkeit wird unter dem niedrigen Druck in diesem Verdampfer verdampft, und das erzeugte Gemisch aus Flüssigkeit und¹ Gas wird durch Leitung 62 nach einer Zwischenstelle an der Niederdruckkolonne 48 in diese geleitet. Ein Teil des flüssigen, im oberen Verflüssiger 57 der Kolonne 56 unter dem zweiten mittleren Druck sich bildenden Stickstoffs wird durch die Leitung 53 und über das Entspannungsventil 54 in das obere Ende der Niederdruckkolonne 48 eingeführt.

Die Werte der Mitteldrucke können nach Belieben gewählt werden. Für gewisse Sätze der Druckwerte wird die Anordnung nach Abb. 5 die Gewinnung reinen Stickstoffs am oberen Ende der HilfsköJonnen 14 und 56 nicht gestatten. Ein Teil der im Verflüssiger 15 gebildeten Flüssigkeit wird in diesem Falle an eine passende Stelle an einer der Kolonnen 56 und 4S in diese geleitet, und ebenso wird ein Teil der im Verflüssiger 57 gebildeten Flüssigkeit an einer passenden Zwischenstelle an der Kolonne 48 in diese eingeführt.

Beispiel 6 (Abb. 6)

Die Ausführungsform nach diesem Beispiel ermöglicht, bei der Behandlung eines ternären Gemisches den flüchtigen Bestandteil in einem Zustand zu erhalten, l>ei dem er von dem Bestandteil mittlerer Flüchtigkeit im wesentlichen frei ist. Diese Ausführungsform läßt sich also besonders bei der Behandlung der Luft anwenden, die zum Zweck hat, von Argon befreiten Stickstoff zu gewinnen. Sie vereinigt die Kennzeichen-A (Reihenverdampfung), B (Verdampfung nach der Rektifikation) und C₂ (Abkühlung durch mittelbare Berührung) und außerdem noch folgende Kennzeichen:

Es wird eine Nioderdruckrektifizierkolonne verwendet: das (jas, dessen Rektifikation im Gange ist und mit welchem die unter mittlerem Druck stehende Flüssigkeit in mittelbare Berührung gebracht wird, steht unter niedrigem Druck; das flüssige Gemisch, das aus der unter hohem Druck stehenden Rektifizierkolonue herstammt und an einer Zwischenstelle an der Hilfskolonne in diese eingeführt wird, ist ein an einer Zwischenstelle an der Hochdruckkolonne aus dieser entnommenes Gemisch aus dem flüchtigen und dem zwischenflüchtigen Bestandteil; die Hilfskolonne wird an ihrem oberen Ende durch mittelbare Berührung mit dem flüssigen, am unteren Ende der Hochdruckkolonne entnommenen und entspannten Gemisch abgekühlt; ein Teil der flüchtigen, am oberen Ende der Hilfskolonne gebildeten Flüssigkeit wird auf den' niedrigen Druck entspannt und in die Niederdruckkolonne übergeleitet.

Der Apparat weist eine unter einem Druck von etwa 5 ata stehende Kolonne 2 auf, eine unter Atmosphärendruck stehende, mittels des Verflüssigerverdampfers 5 mit Kolonne 2 im Wärmeaus,-tausch stehende Kolonne 48 und eine unter Zwiscbendruck stehende Kolonne 14, die einen oberen Verflüssigerverdampfer 15 enthält und in ihrem unteren Teil mit einem in der Niederdruckkolonne angeordneten Zwischenverflüssigerverdampfer 4 in Verbindung steht. Der Hochdruckkolonne wird in der Nähe ihres oberen Endes der flüssige Stickstoff entnommen, der z. B. 0,4 »/o Argon enthält, worauf er durch Leitung 67 und über das Entspannungsventil 68 am einer Zwischenstelle an der Mitteldruckkolonne 14 in diese eingeführt wird. Die am Fuße dieser Kolonne aufgefangene Flüssigkeit wird durch Leitung 24 in den Zwischenverdampfer 4 geleitet, in welchem sie teilweise verdampft. Das gebildete Gas wird durch Leitung 9 in den unteren Teil der Kolonne 14 geleitet, während die nicht verdampfte Flüssigkeit durch eine ein Entspannungsventil 26 aufweisende Leitung 25 in die Nähe des oberen Endes dei* Niederdruckkolonne 48 übergeführt wird. Das flüssige, am unteren Ende der Kolonne 2 aufgefangene Gemisch aus Sauerstoff und Stickstoff strömt durch die Leitung 6, wird durch das Ventil 16 bis auf Atmosphärendruck entspannt und verdampft teilweise im Verdampfer 15, während das aus diesem Verdampfer ausfließende Gemisch aus Flüssigkeit und Gas durch Leitung 18 in die Niederdruckkolonne 48 geleitet wird. Der flüssige, im Verflüssiger 5 und der im Verflüssiger 15 gebildete Stickstoff sind beide von Argon wesentlich frei. Ein Teil der ersten Flüssigkeit wird aufgefangen, durchströmt die Leitung 42 und wird im Ventil 43 entspannt; ein Teil der zweiten Flüssigkeit durchströmt auf gleiche Weise die Leitung 44 und wird im Ventil 47 entspannt, und beide Teile werden in den oberen Teil der Niederdruckkolonne 48 eingeführt. Am oberen Ende derselben' wird durch die Leitung 46 wesentlich ganz von Argon befreiter Stickstoff aufgefangen, während das Argon in Gänze im Sauerstoff enthalten ist, der durch die Leitung 45 aufgefangen wird.

Der flüssige, im Ventil 47 entspannte Stickstoff könnte auf eine Art und Weise, die der bei Gelegenheit der Beispiele 4 und 5 angegebenen ähnlich ist, anstatt an dem oberen Teil selbst, auch unterhalb desselben in die Kolonne 48 übergeleitet werden.

Beispiel 7 (Abb. 7)

Dieses Beispiel weist das Kennzeichen C₂ (Abkühlung durch mittelbare Berührung) auf und außerdem folgende:

Das während des Verfahrens gebildete Gas, mit dem das flüssige, aus der Hochdruckkolonne

stammende und auf Mitteldruck entspannte Gemisch in mittelbare Berührung gebracht wird, ist unter Hochdruck stehendes Gas. Es wird eine Niederdruckrektifizierkolonne verwendet; das obere Ende der Hilfskolonne wird durch mittelbare Beruh rung mit aus der Niederdruckkolonne stammender Flüssigkeit abgekühlt und ein Teil der am oberen Ende der Hilfskolonne gebildeten Flüssigkeit aus der PIiI is kolonne entnommen, auf niedrigen Druck entspannt und an einer Zwischenstelle an der Niederdruckkolonne in diese eingeführt.

Dieses Beispiel weist außerdem die Kennzeichen A (Reihenverdampfung) und B (Verdampfung nach der Rektifikation) auf, die jedoch nicht unentbehr- ι

lieh sind. ^:

Ein Gemisch von Äthylalkohol und Wasser wird in flüssigem Zustande durch eine Leitung ι unter ' einem Druck von ungefähr i,8 ata an einer Zwischenstelle an der Hochdruckrektifizierkolonne 2 in diese eingeführt, wobei diese Kolonne an ihrem unteren Teil mit Hilfe von durch die Leitung 70 eingeführtem Wasserdampf geheizt wird. Das Gemisch wird in der Kolonne 2 in Wasser, das durch die Leitung 71 aus dem Boden der Kolonne in flüssigem Zustande abgezogen wird, und in ein Ge- j misch von Wasserdampf und Alkohol zerlegt, das am oberen Ende der Kolonne in den Verflüssigern¹5 und 30 kondensiert wird. Ein Teil des kondensier ten Gemisches wird durch die Leitung 6 der Kolonne i entzogen, durch das Ventil 8 auf etwa 1,4 ata entspannt und an einer Zwischenstelle des oberen Raumes 14" in die Rektifizierkolonne 14 eingeführt, die durch den Verflüssigerverdampfer 30 in zwei Räume 14" und 14* aufgeteilt ist. Die Kolonne 14 steht mit Kolonne 2 in Wärmeaustausch sowohl durch diesen Verflüssigerverdampfer 30 als' auch durch den Verflüssigerverdampfer 4. Durch ihren oberen Verflüssigerverdampfer 15 steht sie andererseits im Wärmeaustausch mit einer Zwisehenstelle der unter Atmosphären druck stehenden Kolonne 48, die zu diesem Zweck in einen oberen Teil 48" und einen unteren Teil 48* aufgeteilt ist. Die aus dem Raum 48" herabströmende Flüssigkeit wird durch Leitung 72 in den Verdampfer 15 geleitet, und die Flüssigkeit, die darin nicht verdampft wird, wird durch die Leitung 73 in den oberen Teil des Raumes 48* geleitet, während das im oberen Teil des Raumes 48* anwesende Gas durch Leitungen 74 und 75 und durch den Verdampfer 15 hindurch in den unteren Teil des Raumes 48⁰ strömt.

Ein Teil des flüssigen, an Alkohol angereicherten Gemisches aus Alkohol und Wasser, das im Verflüssiger 15 kondensiert wurde, wird mittels der Leitung 44 und über das Entspannungsventil 47 in den Raum 48" eingeführt. Der Raum 48° enthält einen oberen Verflüssigerverdampfer JJ, in welchem J Alkohol kondensiert wird. Durch die Leitung 69 wird davon ein Teil entnommen, der das Endprodukt der Trennung darstellt. Das Wasser, das durch die Leitung 25 abgezogen und im Ventil 76 entspannt wurde, wird im Verdampfer jy unter einem Druck von etwa 0,35 ata, d. h. unter teilweisem Vakuum verdampft. Der im Verdampfer ¹J¹J gebildete Wasserdampf wird durch die Leitung 78 abgezogen und im Kompressor 79 verdichtet; dieser auf diese Weise verdichtete Dampf wird durch die Lei tunig 70 in den unteren Teil der Kolonne 2 geleitet. Durch die Leitung 45 \Vird Wasser am Boden der Kolonne 48 abgezogen.

Es könnte auch auf den Verflüssigerverdampfer 77 verzichtet werden, ein Teil der aus dem oberen Teil der Kolonne 48 entweichenden Alkoholdämpfe noch einmal direkt verdichtet und diese in einem unterhalb der Kolonne 2 angeordneten Verflüssigerverdampfer kondensiert werden, um diese Kolonne zu erwärmen, aber eine solche Verdichtung hätte den Nachteil, Alkoholverluste mit sich zu ziehen.

Aus vorstehendem geht klar hervor, daß hier mit der vorteilhaften Heizung der Kolonne 48 die als nachteilig sich erweisende Abkühlung der Kolonne 2 verbunden ist, jedoch ist das dem Vorhandensein der Hilfskolonne 14 zuzuschreibende Gesamtergebnis vorteilhaft.

Im Beispiel 1 könnte die Hilfskolonne 14 auch weggelassen werden und das gasförmige, im Verdämpfer 4 verdampfte Gemisch unmittelbar entspannt werden, ohne vorher rektifiziert worden zu sein. In den Verdampfer 4 könnte auch die ganze Menge des flüssigen, am Boden der Kolonne 2 gesammelten Gemisches geleitet werden, der im Verdämpfer 4 nicht verdampfte Teil vom verdampften getrennt und nachher im Verdampfer 5 verdampft werden. In beiden Fällen handelt es sich um eine Abänderung des Verfahrens nach der Erfindung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Flüssigkeit, die aus der Hochdruckkolonne herstammt und auf Mitteldruck entspannt wurde, in mittelbare Berührung und Wärmeaustausch mit dem aus dieser Kolonne kommenden! Gas, dessen Rektifikation im Gange ist, gebracht wird, und daß die Rektifikation des aus der Verdampfung dieser Flüssigkeit herrührenden gasförmigen Gemisches unterlassen wird.

Ebenso wie das Verfahren, mit Rektifikation des gasförmigen Gemisches unter Mitteldruck sind die oben erwähnten Abänderungen ohne Rektifikation vorteilhaft, welchen Wert die angewandten absoluten Drucke auch haben mögen. Wenn z. B. der hohe Druck der atmosphärische Druck ist, so daß zur Erzielung des niedrigen Drucks ein teilweises Vakuum erzeugt werden muß, so wird im unter Mitteldruck stehenden Gas ein Vakuum erzeugt, das geringer ist als dasjenige, das in dem Teil des unter Niederdruck stehenden Gases erzeugt würde, der ihn ersetzt. Diese Abänderungen können ebenfalls durch Verwendung mehrerer Zwischenverflüssigerverdampfer ausgeführt werden: Die Werte des Druckes, auf den die Flüssigkeit entspannt wird, nehmen dann von einem Verdampfer auf den unmittelbar darüber befindlichen immer mehr ab; auf diese Weise wird die in den einzelnen in den verschiedenen Verdampfern gebildeten Gasmengen verfügbare Energie erhöht, welche Energie im Falle der Trennung der gasförmigen Gemische bei niedriger Temperatur zur Erzeugung von Kälte durch Entspannung unter äußerer Arbeitsleistung dienen kann.

Vorstehend wurden die zur Ausführung der Trennung flüssiger Gemische nötigen Operationen, die mit der vorliegenden Erfindung nichts zu tun haben, im einzelnen nicht beschrieben. In jedem Sonderfalle wird¹ der Fachmann diese Operationen in der Weise kombinieren, die er für die das Verfahren nach der Erfindung bildenden als nötig halten wird. Weiter unten wird dennoch, was das Beispiel 4 anbelangt, beispielsweise gezeigt, auf welche Weise mit den Operationen gemäß Erfindung die aus Kälteerzeugung und Wärmeaustausch zwischen dem einströmenden Gasgemisch und den ausströmenden Gasen !«stehenden Operationen kombiniert werden können, wenn es sich um die Trennung von Gasgemischen bei niedriger Temperatur handelt.

Der durch die Leitung 13 ausströmende, unter Druck stehende Stickstoff wird in einem Verflüssiger erwärmt, unter Leistung äußerer Arbeit entspannt und dem durch die Leitung 46 austretenden Stickstoff hinzugefügt. Das so erhaltene Gemisch dient zur Abkühlung der in den Leitungen 22 und 25 umlaufenden, Flüssigkeiten. Er wird hierauf in dem einen oder dem anderen der beiden wechselweise arbeitenden Kälteregeneratoren erwärmt, in welchen vorher von der Kohlensäure nicht befreite Luft im Gegenstrom zum Stickstoff fließt. Der durch die Leitung 45 gesammelte Sauerstoff wird auf gleiche Weise in den einen oder den anderen unter den beiden, wechselweise arbeitenden Regeneratoren geleitet, in welchen diesmal vorher von ihrer Kohlensäure befreite Luft im Gegenstrom zum Sauerstoff umläuft. An einer Zwischenstelle an den abwechselnd von Luft und Stickstoff durchströmten Regeneratoren wird auf bekannte Weise eine kleine Menge austretenden Stickstoffs entnommen, die in einem Austauscher durch Wärmeaustausch mit komprimierter, von ihrer Kohlensäure befreiter Luft erwärmt wird, während diese Luft in den erwähnten Verflüssiger eingeführt wird. Die auf diese Weise erzeugte flüssige Luft wird in die Rektifizierkolonne 2 eingeführt.

Claims

Patentansprüche:

i. Verfahren zur Trennung von Gasgemischen in Anteile unterschiedlicher Flüchtigkeit durch Rektifikation, bei dem das zu trennende Gemisch in eine unter Hochdruck stehende Rektifizierkolonne eingeführt wird, ein aus dieser Kolonne stammendes flüssiges Gemisch auf einen niedrigen Druck entspannt wird, es gegebenenfalls nach Rektifikation in einer zweiten Kolonne durch Wärmeaustausch mit dem im oberen Teil der Hochdruckrektifizierkolonne befindlichen, am flüchtigen Bestandteil angereicherten Gas verdampft wird, um auf diese Weise gleichzeitig die Verflüssigung dieses Gases zu bewirken, und das Gas der Hochdruckkolonne mit der so erzeugten Flüssigkeit gewaschen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein flüssiges, aus der Hochdruckkolonne (2) herrührendes Gemisch auf einen Mitteldruck entspannt (8) wird, daß es mit während des Verfahrens gebildetem Gas in mittelbare Berührung und Wärmeaustausch (4) gebracht wird, um die Verdampfung des flüssigen Gemisches und die Verflüssigung des Gases gleichzeitig zu bewirken, und daß das aus dieser Verdampfung herstammende Gas in einer Hilfskolonne (14) rektifiziert wird, deren oberer Endteil durch unmittelbare oder mittelbare Berührung mit während des Verfahrens gebildeter Flüssigkeit abgekühlt wird, wobei das Gas oder die Flüssigkeit oder gleichzeitig das Gas und die Flüssigkeit, die während des Verfahrens gebildet werden und mit welchen vorgenannte mittelbare Berührungen stattfinden, gleichzeitig einer Rektifikation unterliegen (Abb. ι bis 7).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die kleinste, zum Zurückhalten des größtmöglichen Teils des wenig flüchtigen' Bestandteils nötige Menge Waschflüssigkeit in einem Teil der Hochdruck- (2) oder der Niederdruckkolonne (48) von oben nach unten zunimmt, die mittelbare (4) Berührung in, diesem Teil mit aus dier Kolonne stammendem Gas stattfindet, dessen Rektifikation im Gange ist und auf diese Weise verflüssigt wird (Abb. 1 bis 6).
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die kleinste, zum Zurückhalten des größtmöglichen Teils des wenig flüchtigen Bestandteils nötige Menge Waschflüssigkeit in einem Teil der Hochdruck- (2) oder der Niederdruckkolonne (48") von oben nach unten abnimmt, die mittelbare Berührung (15) in. diesem Teil mit aus der Kolonne stammender Flüssigkeit (72) stattfindet, deren Rektifikation im Gange ist und die auf diese Weise verdampft wird (Abb. 7).
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zu trennende Gemisch (1) in gasförmigem Zustande in den unteren Endteil der Hochdruckrektifizierkolonne

(2) eingeführt wird und daß dias flüssige, unter Mitteldruck verdämpf te Gemisch (9) das flüssige, aus dem unteren Endteil der Hochdlruckkolonne (2) heraustretende Gemisch (3) ist (Abb. ibisö).
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, da£ das zu trennende Gemisch (1) in flüssigem Zustande an einer Zwischenstelle an der Hochdruckkolonne (2) in diese eingeführt wird, daß ein flüssiges Gemisch am oberen Ende (5) dieser Kolonne kondensiert wird und daß das flüssige, unter Mitteldruck verdampfte Gemisch (52) ein Teil des flüssigen (22), auf diese Weise kondensierten Gemisches

(6) ist (Abb. 7).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige (22), aus der Hochdruckkolonne (2) herstammende und unter Mitteldruck (25) in mittelbare Berührung (4) mit während des* Verfahrens gebildetem Gas gesetzte Gemisch in einer Menge vorliegt, die größer ist als diejenige, die bei dieser mittelbaren Berührung verdampft werden kann, und daß die nicht verdampfte Flüssigkeit
entspannt (26) und nachher unter niedrigem Druck verdampft (5) wird (Abb. 2 bis 4, 6, 7). 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (22), die unter Mitteldruck verdampft (4) werden' wird, vor der Verdampfung in der Hilfskolonne (14) durch das Gas (9) rektifiziert wird, das aus ihrer Verdampfung herrührt (Abb. 2, 4 bis 6).
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige, auf Mitteldruck entspannte Gemisch der Hochdruckkolonne (2) an einer anderen Stelle als an ihrem oberen Ende entnommen wird und daß ein Teil der flüchtigen, dort (20) gebildeten Flüssigkeit der Hochdruckkolonne an deren oberem Ende entnommen wird, auf Mitteldruck entspannt und in das obere Ende der Hilfskolonne (14) eingeführt wird (Abb. 2 und 3).
9. Verfahren nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende der Hilfskolonne (14) durch mittelbare Berührung mit dem Teil der unter Mitteldruck stehenden Flüssigkeit (17) abgekühlt wird, der nicht durch mittelbare Berührung mit dem während des Verfahrens gebildeten'Gas verdampft wurde (Abb. 1, 3 bis 7).
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die unter Mitteldruck stehende Flüssigkeit (52, 25) oder das unter Mitteldruck stehende Gas (51, 9) in mittelbarer Berührung und im Wärmeaustausch mit dem Gas oder der Flüssigkeit der Hochdruck- (2) oder Niederdruckkolonne wenigstens an zwei Stellen (4, 30) verschiedener Höhenlage steht (Abb. 4).
11. Verfahren nach Anspruch 2 und 6 und eventuell einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (28) der unter Mitteldruck stehenden Flüssigkeit, der durch mittelbare Berührung (4) mit dem Gas, dessen Rektifikation im Gange ist, nicht verdampft wurde, auf einen zweiten Mitteldruck (31), der niedfiger ist als der erste, entspannt wird, daß er durch eine zweite mittelbare Berührung (30) mit diem Gas verdampft wird, dessen Rektifikation im Gange ist, aber der Kolonne, in welcher die Rektifikation stattfindet, an einer höher gelegenen Stelle entnommen wird als diejenige, an der die erste mittelbare Berührung (4) stattfindet, und daß das aus seiner Verdampfung stammende Gas seinerseits in einer zweiten Hilfskolonne (39°) rektifiziert wird (Abb. 3, 5).
12. Verfahren nach Anspruch 9 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas, dessen Rektifikation im Gange ist und mit welchem die Flüssigkeit unter dem ersten Mitteldruck in mittelbare Berührung gebracht wird, unter hohem Druck steht, daß die zweite Hilfskolonne (39°) mittels eines Verflüssigerverdampfers (15) im Wärmeaustausch mit der ersten Hilfskolonne (14) steht und daß in diese zweite Hilfskolonne (39⁰) in verschiedenen Höhenlagen der Teil (28) der Flüssigkeit unter dem ersten Mitteldruck eingeführt wird, der durch mittelbare Berührung mit dem unter hohem Druck stehenden Gas nicht verdampft wurde, sowie ein Teil (37) der im Verflüssiger (15) der ersten Hilfskolonne (14) gebildeten Flüssigkeit (Abb. 3).
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (41), die aus der zweiten Hilfskolonne (39") herausströmt und durch mittelbare Berührung (30) mit dem unter Hochdruck stehenden Gas, dessen Rektifikation im Gange ist, verdampft werden wird, durch das aus seiner Verdampf ung herstammende Ga,s rektifiziert (39⁶) wird (Abb. 3).
14. Verfahren nach Anspruch 2, 7 und 9 bzw. Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß in die Niederdruckrektifizierkolonne (48) in verschiedenen Höhenlagen das Gemisch (18) von Flüssigkeit und Gas, das aus der teilweisen Verdampfung der Flüssigkeit herstammt, die zur Abkühlung des oberen Teils der Hilfskolonne (14") durch mittelbare Berührung (15) gedient hat, ferner ein Teil der am oberen Endteil der Hilfskolonne (14") gebildeten Flüssigkeit (44) und ein Teil der flüchtigen, am oberen Ende der Hochd'ruckkolonne (2) gebildeten Flüssigkeit (42) eingeführt wird (Abb. 4).
15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (55), die während der ersten mittelbaren Berührung mit dem Gas, dessen Rektifikation im Gange ist, nicht verdampft wurde, in der zweiten Hilfskolonne (56) denselben Operationen unterworfen wird, denen die Flüssigkeit (24) unter dem ersten Mitteldruck in der ersten Hilfskolonne (14) unterworfen wurde (Abb. 5).
16. Verfahren nach Anspruch 2 und 7 zur Darstellung des flüchtigen Bestandteils aus einem ternären Gemisch in reinem Zustande, dadurch gekennzeichnet, daß eine Xiederdruckkolonne (48) verwendet wird, daß das Gas, dessen Rektifikation im Gange ist und mit welchem die Flüssigkeit unter mittlerem Druck in mittelbare Berührung (4) gebracht wird, sich unter niedrigem Druck befindet, daß das flüssige Gemisch (67), das aus der Hochdruckrektifizierkolonne (2) herstammt und an einer Zwischenstelle an der Hilfskolonne (14) in diese eingeführt wird, ein Gemisch ist, das an einer Zwischenstelle an der HochdTUckkolonne (2) dieser entnommen wurde und aus dem flüchtigen und einem Bestandteil t>esteht, dessen Flüchtigkeit einen Zwischenwert aufweist, daß die Hilfskolonne (14) an ihrem oberen Ende durch mittelbare Berührung (15) mit dem flüssigen Gemisch (6) abgekühlt wird, das dem unteren Ende der Hochdruckkolonne (2) entnommen und entspannt wurde, und daß ein Teil der flüchtigen Flüssigkeit (44), die im oberen Endteil der Hilfskolonne (14) gebildet wurde, auf Niederdruck entspannt und in die Niederdruckkolonne (48) eingeführt wird (Abb. 6).
17. Verfahren nach Anspruch 3 und 5 bzw. Anspruch 6, 7 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas, das im Laufe des Verfahrens gebildet wurde und mit welchem das flüssige Gemisch (6) in mittelbare Berührung (4) gebracht wird, das aus der Hochdruckkolonne (2) herstammt und auf Mitteldruck entspannt wurde, ein unter hohem Druck stehendes Gas ist, daß eine Niederdruckrektifizierkolonne (48) verwendet wird, daß der obere Endteil (14°) der Hilfskolonne (14) durch mittelbare Berührung (15) mit der Flüssigkeit (72) aus der Niederdruckkolonne (48⁰) gebracht wird und daß der Hilfskolonne (14) ein Teil der an ihrem oberen Ende gebildeten Flüssigkeit (44) entnommen, auf Niederdruck entspannt und an einer Zwischenstelle an der Niedierdruckkolonne (48") in diese eingeführt wird (Abb. 7).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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