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Verfahren zur Zerlegung von Luft Anlagen großer Leistung für die Zerlegung
von Luft durch Rektifikation werden meist in der «"eise ausgeführt, daß der größte
Teil der Luft nur auf einen niedrigen, für den eigentlichen Zerlegungsvorgang nötigen
Druck von 3 bis 6 atü verdichtet wird und nur ein kleiner "feil der Luft zur Erzeugung
der für den Zerlegungsvorgang nötigen Kälte auf einen wesentlich höheren Druck von
ioo bis Zoo atü. Der Kraftbedarf für eine derartige Anlage ist wesentlich bestimmt
durch den Aufwand für die Verdichtung der Niederdruckluft, also auch durch den Druck,
auf den diese Luftmenge verdichtet werden muß. Dieser Druck ist bekanntlich um so
höher, je größer die Reinheit des zu erzeugende» Sauerstotts ist. So entspricht
I>eisl>ielsweise einer Sauerstoffreinheit von 980/9 ei» Druck in der Mitteldruckkolonne
des Luftzerlegungsapparates von etwa 4,3 atii, einer Sauerstoffreinheit von 8o0/9
ein Mitteldruck von etwa 2,7 atü und einer Sauerstoffreinheit von 69% ein Mitteldruck
von 1,9 atü. Dementsprechend ist natürlich der Kraftbedarf bei Erzeugung unreineren
Sauerstoffs entsprechend geringer: jedoch wird häufig Sauerstoff höherer Reinheiten
gebraucht.
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Durch das im folgenden näher beschriebene Verfahren ist es nun überraschender
Weise möglich, auch bei Erzeugung von Sauerstoff beliebiger Reinheit einen niedrigen
Mitteldruck zu erzielen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, doll unter
Verwendung einer in bekannter `-eise aus Mitteldruckteil, l#Zciirdensator und Niederdruckteil
bestehenden
Hauptkolonne zur doppelten Rektifikation zunächst nur Sauerstoff geringer Reinheit,
im folgenden als Primär-Sauerstoff bezeichnet, erzeugt wird. Dieser wird sodann
in seiner Gesamtheit in einer Nebenkolonne, auf deren oberes Ende ein Teil des in
der Hauptsäule erzeugten flüssigen Stickstoffs als Waschflüssigkeit aufgegeben und
deren Rein-Sauerstoffbad am untersten Ende durch einen Teil der zu zerlegenden Luft
beheizt wird, durch Rektifikation auf die gewünschte Reinheit cs
ebracht.
Es sind nun zwar schon Verfahren bekannt, bei denen die in einer zweistufigen Rektifikationskolonne
gewonnenen Produkte in einer Nebenkolonne weiterverarbeitet werden. So wird noch
ein \"erfahren zur gleichzeitigen Erzeugung von reinem Sauerstoff und Stickstoff
der aus der N iederdruckkolonne abgezogene Vorauslaß in einer nebengestellten Kolonne
weiterverarbeitet. In diese Kolonne wird jedoch nur ein kleiner Teil des in der
verarbeitenden Luftmenge enthaltenen Sauerstoffs, nämlich nur der im Vorauslaß enthaltene
eingeleitet, nicht aber der gesamte Primär-Sauerstoff, der praktisch die gesamte
in der Luft befindliche Sauerstoffmenge enthält.
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Ferner wurde zur Entfernung des in gewonnenem Sauerstoff enthaltenen
Kohlenwasserstoffs ein Verfahren vorgeschlagen, hei dem gleichfalls neben einer
zweistufigen Rektifikationskolonne eine weitere Kolonne verwendet wird. Hierbei
ist jedoch der Siedepunkt des primär erzeugten Sauerstoff wegen seines Gehaltes
an Kohlenwasserstoffen höher als der des reinen Sauerstoffs. Es ergibt sich also
gerade die umgekehrte \\'irkung als beim vorliegenden Verfahren.
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Entsprechendes gilt von einem weiteren \'erfa'hren, hei ,dem im Niederdruckteil
der I iauptkolonne ein Kryton und Xenon enthaltender Sauerstoff gewonnen, der dann
in einer :\nliaul;olonne weiterverarbeitet wird.
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Eine beispielhafte Ausführung des Verfahrens ist durch die Abbildung
gegeben. Der grölite Teil der zu zerlegenden Luft tritt, auf einen Druck von einigen
-Atmosphären verdichtet, hei .-l in den Austauscher B ein, indem sie bis auf. etwa
Verflüssigungstemperatur abgekühlt wird. (Bei der tatsächlichen -'Ausführung ist
dieser Austatisclier meist durch mehrere, teilweise umschaltbare Austauscher zu
ersetzen, die jedoch in der Abbildung der Cil)ersichtlichkeit halber nicht angegeben
tverden.) Die Luft tritt sodann in den untersten Teil der Mitteldruckkolonne C ein
und wird hier in bekannter Weise in weitgehend reinen Stickstoff, den sogenannten
Waschstickstoff, und etwa doo/oigen Roh-Sauerstoff zerlegt. Die weitere Zerlegung.findet
sodann in bekannter Weise in der N iederdruckkolonne E statt. Abweichend vom bekannten
\'erfahren wird auf der Verdampferseite des Kondensators D jedoch nur Sauerstoff
mäßiger Reinheit, eben der obenerwä'hnte Primär-Sauerstoff erzeugt. Da in jeder
Kolonne durch passende Regulierung der Ventile die Reinheit der erzeugten Produkte
in weiten Grenzen verändert werden kann, macht es keine Schwierigkeit, die Reinheit
des -Primär-Sauerstoffs auf dem gerade gewünschten Betrag zu halten. Dieser Primär-Sauerstoff
wird sodann durch Leitung f flüssig in die Nebenkolonne G übergeleitet. In dieser
Nebenkolonne wird der Primär-Sauerstoff weiter rektifiziert, tvoliei sich der erzeugte
Sauerstoff in der gewünschten lzeinheit im Bad H am untersten Ende dieser Kolonne
sammelt, Er tritt sodann durch Leitung I zum Ventil K, in dem er auf etwas erniedrigten
Druck entspannt wird. Er wind sodann in der Verdanipferschlange !. unter Bildung
von Waschstickstoff für den \litteldruckteil C der Hauptkolonne verdampft und tritt
durch Leitung M in den Austatischer 13 ein, in dein er etwa auf Raumtemperatur eriviirint
wird. Das Gebläse N erzeugt dabei den für die \'ertlanihfunr; in I_ nötigen Unterdruck.
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Um, eine Rektifikationswirkung in der Nelreiikolonne G zu ermöglichen,
wird ein Teilstrom der zu zerlegenden Luft, die sogenannte \'ertt<tm@fcrluft,
durch die in Bad H liegende \'erdainl)feischlange hindurchgegeben. IhrDruck ist
dabei so gewählt, daß sie sich in dieser Schlange verflüssigt, wobei das Rein-Sauerstoffbad
H aufgekocht wird. Da die Temperatur dieses Bades wegen der hohen Sauerstotireidheit
höher ist als die des Primär-Sauerstoffbades in D, muß auch .der Druck der durch
H geleiteten Verdampferluft meist etwas höher sein als der der unmitttelbar in den
;\Iitteldruckteil C eingeblasenen Luft. Es ist zwar prinzipiell auch denkbar, <las
Rein-Sauerstoffbad H nicht durch die bei der A'erfliissigun ,g der Luft frei werdende
Wärme, sondern durch die fühlbare Wärme der durch,die Schlange geleiteten Luft aufzukochen,
wobei auch der Druck der Verdampferluft niedriggehalten werden könnte. Die nähere
Rechnung zeigt jedoch, daß die Luft meist schon mit so niadrigerTemperatur aus dein
:\ustauscher R austritt, daß hierfür nicht mehr der nötige Wärmeinhalt zur Verfügung
steht. 1)a also meist eine Verflüssigung der Verdainpferluft erreicht werden muß,
muß diese also entweder vor Hintritt in den :Apparat durch ein Gebläse noch tim
einige Zehntel atü verdichtet oder es muß durch \\'alil entsprechender Strömungsquerschnitte
für t#incn kleineren Druckabfall der Verdarnpferluft in den Austauschern gesorgt
werden. Außer durch passende Wahl der Strömungsquerschnitte kann <lies z.
13.
auch dadurch geschehen, daß die Verdanipferluft nicht durch die aufztitatienden
.\ustatischer geleitet wind.
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Um zu verhindern, daß durch die aus der Neben, kolonne G oben austretenden
Dämpfe ein zu großer Teil des Sauerstoffs entweicht, wird auf die Nebenkolonne oben
flüssiger Stickstoff ni:iliigcr Reinheit aufgeschüttet. Dieser Waschstickstoff wird
durch "Leitung O von dem Waschstickstoff für tlen N iederdruckteil der Hauptkolonne
abgezweigt. Dies ist ohne störende Beeinträchtigung der Rektifikation in der Hauptkolonne
möglich, da die Menge des im Mitteldruckteil erzeugten Waschstickstoffs größer ist,
als im Niederdruckteil E für eine gute Waschwirkung benötigt wird. Die aus der Niederdruckkc
)loinie
und N(#lx#tik()loiiiie oben austretenden #;tickstoffteilstriiine vereidigen sich
sodann in der Leitung I' und ),\-erden wieder hu Austauscher M auf IZatinit(#nil)eratur
erwärmt. Zur Deckung der K:ilteverluste wird ein "Feil der Luft auf ton 1)1s .2oo
atü verdichtet ititcl im Austauscher () im (iegc#nstrotn tnit einem der Zerlegungsprodukte
in iwkannter Weise gekühlt. Er kann sodann init cAer ohne :itiLk#re _\rLx#itsleistlitig
entspannt werden, wo-I)ei die tiiitige Kälte erzeugt wird.
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Abweichen([ v()in eben I)c#sclii-ie#lx#ncit \herfahren kann der I'rintär-S.ltterstoft
auch gasfiirinig in di<# Nelxnkololine G chigeleitet tver<len. Dazu ist noch
eine zweite \'c-r(lanil)fersclilaiige /_ einzubauen. i» der der I'rimär-Sauerstotf
unter Bildung von Waschstickstoff für oben) \I itteldruckteil C veidaml)ft.
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1)1e 1x-tliiti"te \lettge \c#rclaml)terluft ist UM> )) griil.ier.
je niedriger die Reinheit des I'rii»iii-Sauerstc)tts ist und je hcwhl)r()zetitigei-
der IZeitl-Sattei-stc)tt gefordert wird. Hei giinstigei- \\'alil der Konzentration
des 1'rlinär-Sauerstoffs kann dabei die \Ietlge der Verdampferluft etwa ebenso)
grc)I.i als die Meiige des erzeugten l@eiti-Sauersu)ffs ge-UM "enlen. 1 )ies lmt
(bell %rteil. dali innnnebr in einem die Verdatipferlrift und der IZein-Sauerstoff,
in einem zweiten der übrige Teil der Nic(lerdruckluft und der Stickstotf in ti-etcti
kommen, was eitle günstige Anordnung für die Atistattscher ergibt.
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1's ist ferner zwecktnüläig, zur Verringerung (lei-K:ilteN-erlttstc
div Nel)ciikolonne# unmittelbar tiel)eil dein N ieclerdruckteil dc#r Hauptkolonne
anzuordnen. wobei die Teile mit gleicher Temperatur tltiiglichst in "Ieicltei- lliilie
angebracht werden.
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Für die Rektifikation des Sauerstops in (lei-Nelx»kc)lcnille kaiiii
ferner auch die Methode vier partiel1ett Kondensation oder cle#r IZÜck@aufk)n)@letlsaticni
\'erwencl»»g liti(leil. zeugte 1'rim@ir-@au<#rstoti Hüssig in rlic Nel).iikolontte
eingeführt wird.
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3. \-erfahren nach Anspruch i. darlurch g"-kennzeichnet. dalß der
erzeugte I'rini:ir-@au: rstc)tf i» eitler ini ÄlitteldruckteH rler Ilaul)tkoloinie
angebrachten \ erdanil>fersrltlatig@ unter lioutlensatioii von \\-aschsticl;st))h
vrrdampft lind (Iainl)ffiir»iig in die @elxnk))lcnitle eingeführt wird.
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.f. \-erfahren nach _\tta»-uch t tili)1 3, dadurch gekennzeichnet,
claß der ist der kr)lt)ntie erzeugte Rein-Sauerstoff in Bitter \ c#rciaml)f@rsch@a»ge
atzt oberste#ii 111d(# Ales \I ittJ-druckteils der llaul)tk()Ir)nnv unter vrrnii)ulnteni
Druck verdampft wird, wc)1)ei gle#iclizeitig auf der Aulenseite der \er rla»)1)f@
rsclilaiige Waschstickstoff kotl(1eiisiei-t wird.
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3. Verfahren stach Anspruch i 1)1s 4. dadurch gekennzeichnet, (1a1.1
die zu zerlcge-tirlt Luft mit \usmahlix# der I lochdruckhtft auf eiheil lichell
1 )ruck verdichtet. jedoch del- I )i-ticl;:tl)f:tll cler \'erclampferluft durch
Wahl geeiglieter @triimungsyuersc'hnitte in oben \\'@irmcaustauschern niedriger
gehalten lvird als der der ül»-igen Niederdruckluft. o Ball clci- Druck der
Ver( lanipferhift bei Eintritt ist die \ crdaml)ferschlangc der Nel)eiikololiiie
üiiher ist als der [)ruck der übrigen 1_uftnx#»ge lxi I::iitritt in oben Mitteldruckteil
der 11<t»ptk))1)>))ne.
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(>. \'ei-fttliren nach Anspruch i 1)1s -1, dadurch geketitlzeichnet.
dal3 411e \'erclaml>ferluft hach Austritt aus denn \ ci-tlicliter für clie gesamte
N iederdruckluftinernge noch uni einige 7; lintel atii weiter verdichtet wird, so)
(lall nie seit rl,#iii für die \'el-(Ia»1l)ftiti;g clrs I@e@iii-@aucr>t,)ts »iitigett-
1)i-tlcl: in die \-er)la»ll@ferscl)la ltge antritt.
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7. %rfalireit nach Ans1)ruch i I)is (), dadurch grkelnlzeicl)t)et.
da[i die Konzeiltrati))n )los I'rin)ür-Sa»erstolts so gc#\\:illlt ist. )l;tl.t
gerade eine \letige all \ierdampferluft imh)tigt ;;1r)1. die (lei- Menge des erzeugte»
IZei)i-@auersir>ti; entspricht. wol)ci der l@eiti-Satterst))f mit )1;#r \ er)taltil)fet-lttft
itnct clei- Stic-kst))it titit )I:iiil)rige» Niedertlruckl»ftnietige in I@:iltcau@_
tausch gebracht wird.
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S. %rrichtung zur -\usülnng (In \ erfahreiis nach Anspruch
i bis j, dadurch gehei@iizeichnet. dali die Nehenkolomw immittAhar ttelK-tl 41e111
Nieclerclrttrkteil ( k'1 1l;lul)tk))I))iitiC ;tti"el)rarlit ist, ivr)1K#i
clie "['eile gleicher "I'c#iitl ratur in gleicher I liillc# angeordnet sind.
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(t. Vorrichtung rtii- Ausübung des \'erfahret)s nach Anspruch t 1)1s
;. dadurch lall zur kel;titikatic)n in der @@IK iik@)I@»iiic die hücklaufkondensatic»i
ist eilwin Kondensator verwai)clt t% ird.