DE861853C - Verfahren zur Erzeugung von Drucksauerstoff - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung von Drucksauerstoff

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DE861853C
DE861853C DEM9875A DEM0009875A DE861853C DE 861853 C DE861853 C DE 861853C DE M9875 A DEM9875 A DE M9875A DE M0009875 A DEM0009875 A DE M0009875A DE 861853 C DE861853 C DE 861853C
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Description

  • Verfahren zur Erzeugung von Drucksauerstoff Bei Luftzerlegungsanlagen, die Sauerstoff unter Druck erzeugen, wird der dem Trenner entnommene flüssige Sauerstoff durch eine Flüssigkeitspumpe mit geringem Kraftaufwand auf höheren Druck verdichtet und nach Kälteabgabe in einem Wärmeaustauscher der Apparatur gasförmig bei Umgebungstemperatur entnommen. Wenn die Kälte des verdampfenden Sauerstoffs auf die dem Trenner zuströmende Hochdruckluft übertragen wird, treten in der Kolonne die gleichen Verhältnisse auf wie bei Anlagen, die flüssigen Sauerstoff erzeugen. Es ist dann der Sauerstoffausbeute dadurch eine Grenze gesetzt, daß durch ein geringes Rücklaufverhältnis im Verstärkungsteil der Mitteldrucksäule nur unreiner Waschstickstoff für die Niederdruckkolonne erhalten wird, was wiederum zur Folge hat, daß auch im anfallenden Stickstoff der N iederdrucksäule noch etwa 4 bis 5 % Sauerstoff enthalten sind, wenn 99.5o/oiger Sauerstoff erzeugt wird. Wenn dagegen erfindungsgemäß durch den außerhalb des Trenners unter Druck verdampfenden Sauerstoff gasförmiger Stickstoff zu Waschstickstoff für die Mitteldruckkolonne verflüssigt wird, arbeitet der Trenner genau so wie bei Anlagen, die drucklosen Sauerstoff erzeugen, und es lassen sich die dort erreichbaren Sauerstoffausbeuten erzielen.
  • Die Verflüssigung des der Mitteldruckkolonne entnommenen gasförmigen Stickstoffs zu Wasch stickstoff durch den verdampfenden Sauerstoff geschieht folgendermaßen: Aus der Mit,teldrucksäule entnommener gasförmiger Stickstoff wird parallel mit dem Stickstoff der Niederdrucksäule durch selbstreinigende Wärmeaustauscher oder Kältespeicher geführt und durch Kälteabgabe an die einströmende Niederdruckluft auf Umgebungstemperatur angewärmt. An der Sublimation der Kohlensäure nimmt dieser Stuckstoff nicht teil, weil er in besonderen Rohren durch die Wärmeaustauscher oderKältespeicher geführt wird, vielmehr sorgt er lediglich dafür, daß die Temperaturdifferenzen zwischen einströmender Luft und ausströmendem Stickstoff in den Grenzen bleiben, die eine vollständige Sublimation .der Kohlensäure gewährleisten. Nach Verlassen der selbstreinigenden Wärmeaustauscher- steht dieser Kreislaufstickstoff zur Verfügung, um den erzeugten Sauerstoff zu verdampfen und noch -ändere Aufgaben zu übernehmen, wie z. B. die Kälte des Stickstoffs aufzunehmen, welcher der Mitteldruckkolonne entnommen und in einer Entspannungsturbine auf den. Druck der Niederdruckkolonne entspannt wird, oder den Reinsfickstoff der Niederdruckkolonne und den obengenannten, durch die Wärmeaustauscher geführten Teilstrom des Stickstoffs der Mitteldruckkolonne auf eine für die Kohlensäuresublimation erforderliche Eintrittstemperatur für die Wärmeaustauscher anzuwärmen. Da aber in den wenigsten Fällen die an der einströmenden Luft angewärmte Stickstoffmenge der Mitteldruckkolonne ausreicht, um alle diese Funktionen zu erfüllen, und da ferner eine Variationsmöglichkeit im Sauerstoffdruck und -reinheitsgrad erwünscht ist, wird ein zweiter Stickstoffkreislauf eingerichtet, der so beschaffen ist, daß er die im ersten Kreislauf fehlende Menge zur Verfügung stellt. Das ist aber nur möglich, wenn eine ebenfalls aus der Mitteldrucksäule entnommene Stickstoffmenge durch Druckstickstoff mit einem Druck oberhalb des kritischen auf Umgebungstemperatur angewärmt wird, denn dann kann die in diesem Kreislauf dem Trenner zuströmende Menge kleiner als die entnommene sein, und die Differenz steht zur Verfügung, um die beim ersten Stickstoffkreislauf aufgeführten Funktionen mitzuübernehmen.
  • Der gesamte bei Umgebungstemperatur hinter den Wärmeaustauschern aus beiden Kreisläufen bereitstehende Stickstoff aus der Mitteldrucksäule .erfährt folgende Aufteilung: a) Ein Teil wird dem in die Entspannungsturbine zwischen Mittel- und Niederdruckkolonne eintretenden Stickstoff zugesetzt und regelt durch die Mischung dessen Eintrittstemperatur in die Turbine; b) für die Anwärmung des Reinstickstoffs aus der Niederdruckkolonne und des ersten durch die Wärmeaustauscher der zu zerlegenden Luft gehenden Stickstoffteilsüroms der Mitteldruckkolonne in einem besonderen Wärmeaustauscher sowie des im zweiten Kreislauf strömenden Stickstoffs in einem zweiten Wärmeaustauscher wird ein weiterer Teil des Stickstoffs in einem Kompressor auf einen Druck oberhalb des kritischen (etwa q.o ata). verdichtet; c) der Rest, so bemessen, daß er für die Sauerstoffverdampfung und -anwärmung ausreicht, wird in einem Kompressor auf einen solchen Druck verdichtet, daß zusammen mit der Entspannung des Expansionsstickstoffs der Kältebedarf der Anlage gedeckt ist, ohne daß die Expansionsstickstoffmenge ihren zulässigen Betrag (etwa 25 % der Gesamtluftmenge) überschreitet. Die nun dem Trennei zuströmenden Druckstickstoffmengen werden. nach Entspannung verflüssigt und auf die Mittel- oder Niederdrucksäule aufgeschüttet. Der den Wärmeaustauscher für den verdampfenden Sauerstoff verlassende Druckstickstoff hat bei höheren Sauerstoffdrücken und damit bei höheren Sauerstoff-Verdampfungstemperaturen eine größere Temperaturdifferenz zu dem in dem Verdampfer eintretenden Sauerstoff und würde deshalb nach Entspannung zu einem kleineren Teil verflüssigt, als es. der Fall ist, wenn er mit der Temperatur der Mitteldrucksäule den Wärmeaustauscher verläßt. Um nach der Entspannung einen größeren Verflüssigungsgrad zu erreichen, wird dieser Stickstoffanteil vor dem Aufschütten auf die Mittel- oder Niederdrucksäule in einer Verdampferschlange im Rohsauerstoffbad am Boden der Mitteldruckkolonne weiter abgekühlt. Dadurch wird die Mitteldrucksäule intensiviert, und es läßt sich noch reinerer Waschstickstoff herstellen, was bezüglich der Sauerstoffausbeute besonders dann Neichtig ist, wenn die Waschstickstoffmenge durch -Entnahme von Expansionsstickstoff verkleinert wird.
  • In der Zeichnung ist eine Luftzerlegungsanlage nach der Erfindung schematisch dargestellt. i und 2 sind die in Wechselbetrieb stehenden selbstreinigenden Wärmeaustauscher oder Kältespeicher, 3 ist die Mitteldruckkolonne, q. der Kondensator, 5 die Niederdruckkolonne, 6 die Expansionsturbine für den ExpansionsstickstOff, 7 der Verdichter für den aus der Mitteldruckkolonne entnommenen Kreislaufstickstoff, 8, g, io, ii und 12 sind Wärmeaustauscher, "und 13 ist die Verdichtungspumpe für den flüssigen Sauerstoff: Die Strömungsverläufe der Luft und der verschiedenen Fraktionen sind folgenderweise dargestellt: Luft, ----- Stickstoff der Mitteldruckkolonne, -------- Stickstoff derNiederdruckkolonne, ------- - Sauerstoff. An Hand der in der Darstellung angegebenen Drücke, Temperaturen und Strömungsrichtungen läßt sich die dargestellte Funktion der gesamten Anlage und der Stickstoffkreisläufe qualitativ verfolgen. Der unter der Auffangschale bei 1q. der Mitteldruckkolonne 3 entnommene gasförmige Stickstoff teilt sich am Punkt 15 in zwei Teilströme. Der erste Teilstrom gehrt unter teilweiser Anwärmung im Wärmeaustauscher 8 durch die umschaltbaren Kältespeicher i und 2 über Punkt, 16 in den Kompressor 7, wird dort auf einen für die Sauerstoffverdampfung und -anwärmung im Wärmeaustauscher g erforderlichen Druck verdichtet und dann nach weiterer Abkühlung in der Verdampferschlange 17 am Bodenteil der Mitteldrucldzolonne 3 und nach Entspannung entweder auf die Mitteldruckkolonne oder auch, was in der Zeichnung nicht dargestellt ist, auf die Niederdruckkolonne aufgegeben. Der zweite vom Punkt 15 ausgehende Stickstoffteilstrom geht durch den Wärmeaustauscher i i und über Punkt 18 nach Punkt 1g, wo er mit dem aus der Kondensato.rhaube 2o entnommenen Stickstoff vor dem Eintritt in die Expansionsturbine 6 zur Anwärmung vermischt wird. In Punkt 18 wird ein Teil dieses Teilstroms abgezweigt und bei Punkt 16 dem aus den Kältespeichern i bzw. 2 kommenden Stickstoffteilstrom zugesetzt. Aus dem Kompressor 7 wird ein weiterer Teilstrom abgezweigt, der gerade über den kritischen Druck verdichtet ist und über Punkt 21 teils dem Wärmeaustauscher 8, teils dem Wärmeaustauscher i i zugeführt wird. Beide Teilströme werden bei Punkt 22 wieder vereinigt und nach Entspannung und Verflüssigung ebenfalls auf die Mittel- oder Niederdruckkolonne aufgegeben.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Erzeugung von Drucksauerstoff in Luftzerlegungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des gasförmigen Druckstickstoffs (i4) der Mitteldruckholonne (3) des Trenners nach Anwärmung durch die zu zerlegende Luft in Wärmeaustauschern (i bzw. 2) und nach Verdichtung in einem Kompressor (7) zur Verdampfung und Anwärmung des der Rektifizierkolonne entnommenen flüssigen und durch eine Flüssigkeitspumpe (i3) verdichteten Sauerstoffs in einem Wärmeaus-tauscher (9) benutzt, gegebenenfalls zusätzlich in einer Verdampferschlange (i7) im Rohsauerstoffbad am Boden der Mitteldruckkolonneweiter abgekühlt und nach Entspannung auf die Mittel- oder N iederdruckkolonne aufgegeben wird.
  2. 2. Verfahren zur Erzeugung von Drucksauerstoff in Luftzerlegungsanlagen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des der Mitteldruckkolonne entnommenen und in den Wärmeaustauschern (i bztv. 2) auf Um-, angewärmten Druckstick-;ebungstemperatur stoffs (i4) durch Mischen mit dem für die arbeitsleistende Expansion bestimmten Druck-Stickstoff (2o) der Mitteldruckkolonne auf die geeignete Eintrittstemperatur in eine zwischen Mittel- und N iederdruckkolonne betriebene Stickstoffentspannungsturbine (6) gebracht wird.
  3. 3. Verfahren zur Erzeugung von Drucksauerstoff in Luftzerlegungsanlagen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des der Mitteldruckkolonne entnommenen und in den Wärmeaustauschern (i bzw. 2) auf Umgebungstemperatur angewärmten Druckstickstoffs (i4) nach Verdichtung über den kritischen Druck im Kompressor (7) in einem Wärmeaustauscher (8) zur Anwärmung eines anderen Teils Druckstickstoffs (i4) der Mitteldruckkolonne und des Reinstickstoffs der Niederdruckkolonne auf eine die Kohlensäuresublimation gewährleistende Eintrittstemperatur für die selbstreinigenden Wärmeaustauscher oder Kältespeicher (i bzw. 2) benutzt. und nach Entspannung auf die Mittel- oder Niederdruckkolonne aufgegeben wird.
  4. 4. Verfahren zur Erzeugung von Drucksauerstoff in Luftzerlegungsanlagen nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des der Mitteldruckkolonne (3) entnommenen gasförmigen Druckstickstoffs (i4) in einem Wärmeaustauscher (i i)" auf Umgebungstemperatur angewärmt, teils nach Verdichtung über den kritischen Druck in dem Kompressor (7) in demselben Wärmeaustauscher (i i) abgekühlt, zu einem anderen Teil nach Verdichtung im Kompressor (7) durch den unter Druck verdampfenden Sauerstoff in einem Wärmeaustauscher (9) abgekühlt und nach Entspannung auf die Mittel- oder Niederdruckkolonne aufgegeben wird.
  5. 5. Vorrichtung zur :Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen i bis, 4.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2833127A (en) * 1953-01-30 1958-05-06 Air Liquide Gas separation control process
DE1229561B (de) * 1962-12-21 1966-12-01 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zum Zerlegen von Luft durch Verfluessigung und Rektifikation mit Hilfe eines Inertgaskreislaufes
US3412567A (en) * 1966-09-06 1968-11-26 Air Reduction Oxygen-enriched air production employing successive work expansion of effluent nitrogen

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