DE935196C - Verfahren zur Abgabe eines Gases - Google Patents

Verfahren zur Abgabe eines Gases

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Paul Maurice Schuftan
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British Oxigen Ltd
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Description

AUSGEGEBEN AM 17. NOVEMBER 1955
B 2I3SSIaJ 17g
Die Erfindung bezieht sich auf die Abgabe von Gasen, deren Siedepunkte unterhalb der Temperatur der umgebenden Luft oder doch nicht wesentlich darüber liegen, insbesondere auf ein Verfahren, welches erlaubt, einen schwankenden Bedarf für ein Milches Gas aus einem dauernden und verhältnismäßig stetigen Zustrom desselben zu decken.
Derartige Verhältnisse trifft man beispielsweise hei Luftverflüssigungs- und Trennanlagen an, welche in erster Linie für die Erzeugung flüssigen Sauerstoffs bestimmt sind, aber auch so eingerichtet sein können, daß ein Bruchteil der Sauerstoff ausbeute als Gas an eine Verteiler-Rohrleitung abgegeben werden kann. Auf einen ähnlich schwankenden Bedarf an Sauerstoff stößt man bei kleinen Luftzerlegungsanlagen, welche Sauerstoff für den unmittelbaren Verbrauch liefern sollen, z. B. in Stahlwerken, sowie zum Schneiden und Schweißen mit dem Sauerstoffgebläse.
In allen diesen Fällen sind die Versuche, eine Trennanlage von genügender Anpassungsfähigkeit gegenüber dem schwankenden Bedarf zu entwerfen.
auf ernste Schwierigkeiten gestoßen und haben zu einer erheblichen Steigerung der Anlagekosten geführt.
Ein Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren der angegebenen Art für die Abgabe von Gas vorzusehen, um somit einen schwankenden Bedarf aus einer dauernden Zufuhr von Gas bei konstanter Menge desselben zu decken, und zwar so, daß für die Zeiten hohen Bedarfs stets genügend ίο Gas zur Verfugung steht und daß während der Zeiten niedrigen Bedarfs keime Verluste an Gas auftreten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein derartiges Verfahren zur Abgabe von Gas der angegebenen Art die Förderung überschüssigen Gases, welches zu den Zeiten verfügbar ist, während deren die Zufuhr an Gas den Bedarf überschreitet, unter einem Druck, welcher höher ist als der Druck an den Verbrauchsstellen, zu einem Lagermedium, welches aus einer Masse des verflüssigten Gases besteht, ferner das Verdampfen des Gases aus dem Lagermedium unter vermindertem Druck zu den Zeiten, während welcher der Bedarf die Erzeugung des Gases übersteigt.
Der Klarheit halber soll die vorliegende Erfindung in den Einzelheiten unter Bezug auf die Abgabe von Gas aus einer Luftverflüssigungs- und Trennanlage beschrieben werden, bei welcher ein schwankender Bedarf an gasförmigem Sauerstoff besteht; aber natürlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf Anlagen dieser Art beschränkt. So z. B. ist die vorliegende Erfindung ebenso anwendbar auf Luftverflüssigungs- und Trennanlagen, bei denen Stickstoff das gewünschte Gas ist, oder aber auf Anlagen für die Trennung von anderen Gasgemischen als Luft, wie z. B. Koksofengas, oder auf sonst irgendein System, bei welchem ein wechselnder Bedarf an Gas aus einer stetigen Zufuhr zu decken ist.
Ist das zu lagernde überschüssige Produkt gasförmiger Sauerstoff, dann besteht das Lagermittel aus einem geeigneten Gefäß mit Isolation zur Verminderung der Kälteverluste, teilweise mit flüssigem Sauerstoff angefüllt, wobei die notwendige Flüssigkeitsmenge und damit auch die Größe des Gefäßes von dem Ausmaß der im voraus zu ermittelnden Bedarfsschwankungen abhängt.
Das Gefäß ist mit geeigneten Mitteln versehen, z. B. mit einer Reihe von in die Flüssigkeit eintauchenden Ladedüsen, durch welche Sauerstoff bei Lagerdruck und Kondensationstemperatur der Lagerflüssigkeit zugeführt werden kann, und ist ebenso mit Mitteln versehen, durch welche gasförmiger, an der Oberfläche der Flüssigkeit im Gefaß verdampfender Sauerstoff in die Hauptverteilerleitung geleitet werden kann.
Wenn während des Betriebes der Anlage der Sauerstoffbedarf geringer sein sollte als die verfügbare Erzeugung der Anlage, dann wird der überschüssige Sauerstoff nach vorheriger Kompression auf den Lagerdruck in die Lagerflüssigkeit geleitet und in derselben verflüssigt. Der Druck innerhalb des Lagergefäßes steigt an, bis der Lagerdruck erreicht ist. Sollte dagegen der Bedarf an Sauerstoff dessen Erzeugung übersteigen, dann fällt der Druck innerhalb des Lagergefäßes, Sauerstoff verdampft aus der Flüssigkeit und geht in die Verteilerleitung. Es ist hieraus ersichtlich, daß ein geeignetes Ventilsystem vorgesehen werden muß, um den selbsttätigen Betrieb des Lagersystems zu ermöglichen.
Der die Trennanlage verlassende überschüssige Sauerstoff befindet sich in überhitztem Zustande und muß nach der Kompression auf den erforderlichen Druck auf die Sättigungstemperatur abgekühlt werden, bevor er mit der Lagerflüssigkeit in Berührung kömmt. Dies kann in zweckmäßiger Weise dadurch bewerkstelligt werden, daß der Sauerstoff durch einen Regenerator bzw. Kältespeicher geleitet wird, wobei der Regenerator anschließend dadurch rückgekühlt wird, daß während eines Zeitraums erhöhten Bedarfs aus dem Lagermedium verdampfender Sauerstoff durch denselben hindurchgeleitet wird.
Dort, wo der Sauerstoff die Trennanlage in Gasform verläßt, kann er durch einen Kompressor irgendeiner geeigneten Bauart auf den Lagerdruck komprimiert werden. In vielen Fällen jedoch verläßt der Sauerstoff die Anlage in flüssigem Aggregatzustande. In diesem Falle muß der flüssige Sauerstoff durch eine geeignete Flüssigkeitspumpe auf den Lagerdruck gebracht und anschließend durch irgendwelche geeigneten Mittel, wie z. B. durch Wärmeaustausch mit der in die Anlage eintretenden Luft, verdampft werden, bevor er mit der Lagerflüsisigkeit in Berührung kommt.
Da die Lagerflüssigkeit eine Temperatur besitzt, welche ganz erheblich unter der Temperatur der umgebenden Luft liegt, ist das Anbringen einer angemessenen Isolierung am Lagergefäß zur Herab-Setzung der Kälteverluste auf ein Minimum unbedingt erforderlich. Man hat festgestellt, daß die Isolierung mittels eines luftleeren Raums hierfür besonders geeignet ist. Gewisse Kälteverluste am Lagergefäß sind jedoch unvermeidlich, können aber in Fällen, wo der erzeugte Sauerstoff die Gaszerlegungsanlage im flüssigen Aggregatzustande verläßt und durch eine Flüssigkeitspumpe auf Lagerdruck komprimiert wird, dadurch ausgeglichen werden, daß man einen Teil des flüssigen Sauer-Stoffs von der Flüssigkeitspumpe direkt in das Lagergefäß leitet, wobei dafür Sorge zu tragen ist, daß das Lagergefäß während längerer Perioden geringen Bedarfs nicht überspeist wird. Wahlweise können Kälteverluste dadurch ausgeglichen wer- 11s den, daß man die Lagerflüssigkeit von außen her kühlt, und zwar entweder durch direkte oder durch indirekte Wärmeübertragung.
Die anfängliche Zufuhr flüssigen Sauerstoffs zu dem Lagergefäß kann zweckmäßigerweise aus der anfänglichen Erzeugung der Gaszerlegungsanlage abgeleitet werden. Außerdem bildet der in dem Lagergefäß enthaltene flüssige Sauerstoff eine zweckmäßige Quelle für Sauerstoff und Kälte zur \rerwendung beim raschen Rückkühlen der Trennanlage nach dem Auftauen. Dies trägt weiterhin
dazu bei. die Stetigkeit in der Zufuhr von Sauerstoff zu sichern.
Die vorliegende Erfindung soll nunmehr an Hand der Zeichnung., welche in schematischer Form ein Verfahren zur Abgabe gasförmigen Sauerstoffs zwecks Deckung eines schwankenden Bedarfs aus einer Erzeugung in Gestalt einer üblichen Luftverflüssigungs- und Trennanlage mit Doppelsäule zur Erzeugung flüssigen Sauerstoffs
ίο darstellt, ausführlicher beschrieben werden.
Luft wird durch das Rohr ι dem Kompressor 2, in welchem sie verdichtet wird, zugeführt. Der den Kompressor 2 durch das Rohr 3 verlassende Strom verdichteter Luft wird geteilt, und zwar geht ein Teil davon durch das Rohr 4 zu einem Wärmeaustauscher 5. in welchem die Luft durch indirekten Wärmeaustausch mit den Zerlegungsprodukten der Anlage gekühlt wird, um dann durch das Expansion.--Ijzw. Regulier-Ventil6 zu der unteren Säule/ eines Zweisäulenapparates 8 üblicher Bauart zu gehen. Der Rest der Luft stömt durch das Rohr 9 zu einer Expansions-Maschine 10, in welcher sie auf den Druck' der unteren Säule entspannt wird und dann durch das Rohr 11 strömt, um sich mit dem anderen Teil der in die untere Säule eintretenden Luft zu vereinigen.
Am Boden der unteren Säule 7 sammelt sich eine sauerstofffreie Fraktion an, welche durch das Rohr 12 und das Expansions- bzw. Regulier-Ventil 13 in die obere Säule 14 des Zweisäulenapparates 8 geleitet wird. Am oberen Ende der unteren Säule 7 sammelt sich eine stickstoffreiche Fraktion an, welche durch das Rohr 15 und das Expansionsbzw. Regulier-Ventil 16 in das Oberteil der oberen Säule 14 übergeleitet wird.
Γη der oberen Säule wird die Luft in eine Stickstoff-Fraktion, welche das Oberteil der Säule durch das Rohr 17 verläßt und zu dem AVärmeaustauscher 5 und von dort zum Abfall strömt, und in eine
flüssige Sauerstoff-Fraktion getrennt, welch
letztere sich am Boden der oberen Säule ansammelt.
Diese flüssige Sauerstoff-Fraktion wird durch
das Rohr 18 aligezogen, von welchem ein Teil der Fraktion, welcher ausreicht, um den durchschnittliehen Bedarf an gasförmigem Sauerstoff zu dekken. durch das Ventil 20 und das Rohr 21 abströmt, während der Rest durch das Rohr 19 zum Lagergefäß geht, um als Flüssigkeit Verwendung zu linden.
Das Abgabemittel umfaßt eine zweistufige Flüssigkeitspumpe, deren erste Stufe 22 die Flüssigkeit au* ,;K-ni Rohr IQ erhält und so eingerichtet ist, daß sie die Flüssigkeit auf den Verbraucherdruck komprimiert. Vom Auslaß dieser Stufe führt ein Rohr 23 durch den Wärmeaustauscher 5 zu der den Sauerstoff verbrauchenden Anlage.
Die zweite Stufe 24 der Flüssigkeitspumpe ist so ausgebildet, dal.! sie den flüssigen Sauerstoff auf den Lagerdruck komprimiert, welch letzterer höher sein muli als der \ erbraueherdruck. Aus dem Aus-Iai.i dieser Stufe führt ein Rohr 25 ebenfalls durch den Wärmeaustauscher 5 zu der den Sauerstoff verbrauchenden Anlage. Vom Rohr 25 führt ein Abzweigrohr 26 zu dem oberen Ende eines Regenerators bzw. Kältespeichers 27 geeigneter Konstruktion, von dessen unterem Ende ein Rohr 28 über ein Rückschlagventil 29 zu einer Reihe von Entladedüsen 30 führt, welche in eine Lagermasse, ein Gefäß 31 teilweise anfüllenden, flüssigen Sauerstoffs eintauchen. Um Kälteverluste aus der Lagermasse heraus zu vermeiden, ist das Gefäß 31 mit einer angemessenen Isolierung, vorzugsweise vom Typ des luftleeren Raumes, versehen. Ebenso steht das untere Ende des Regenerators bzw. Kältespeicher 2y durch ein Rohr 32 mit dem Gasraum über der Flüssigkeit in dem Gefäß 31 in Verbindung. Die Lagermasse kann sowohl von der Flüssigkeitspumpe als auch von der Verbraucheranlage durch die Ventile 33 bzw. 34, welche im Rohr 25 zu beiden Seiten des Anschlusses des Rohrs 26 angeordnet sind, getrennt gehalten werden.
Trotz der Isolierung des Gefäßes 31 sind gewisse Kälteverluste unvermeidlich, und um diese zu ersetzen, ist direkt zwischen dem Rohr 25 und dem Gefäß 31 eine unter der Kontrolle des Ventils 36 stehende, den Wärmeaustauscher 5 umgehende Zweigleitung angeordnet, durch welche flüssiger Sauerstoff unter Lagerdruck direkt der Lagermasse hinzugesetzt werden kann.
Im Betriebe nun, wenn der Bedarf an gasförmigem Sauerstoff der Erzeugung der Anlage an flüssigem Sauerstoff gleichkommt, wird der flüssige Sauerstoff nach seiner Kompression in der ersten Stufe 22 der Pumpe auf den Verbraucherdruck über das Rohr 23 durch den Wärmeaustauscher 5 geleitet, in welchem der flüssige Sauerstoff durch den indirekten Wärmeaustausch mit der eintretenden Luft verdampft wird und dann zu der Verbraucheranlage strömt.
Bei diesen Betriebsverhältnissen bleiben beide Ventile 33 und 34 geschlossen.
Sollte der Bedarf an Sauerstoff absinken, dann wird nicht der gesamte in der ersten Stufe 22 der Pumpe komprimierte flüssige Sauerstoff zur Dekkung des Bedarfs benötigt. Die überschüssige Flüssigkeit geht dann zur zweiten Stufe 24 der Pumpe und wird in derselben auf Lagerdruck komprimiert. Dann strömt der flüssige Sauerstoff durch das Rohr 25 zu dem Wärmeaustauscher 5, in welchem er infolge Wärmeaustausches mit der eintretenden Luft verdampft, und das sich dabei ergebende Gas strömt durch das sich selbsttätig öffnende Ventil 33 in das Rohr 26, da das Ventil 34 geschlossen bleibt. Das Gas, welches sich in überhitztem Zustande befindet, wird bei Durchströmen des Regenerators bzw. Kältespeichers 27 gekühlt; dieser letztere selbst wurde durch durchströmende Dämpfe gekühlt, welche sich — wie nachstehend beschrieben wird — aus der Lagermasse in einem vorhergehenden Arbeitsgang entwickelt hatten. Aus dem Regenerator strömt das Gas durch das Rohr 28 hindurch und wird durch die Düsen 30 in die das Gas absorbierende Lagerflüssigkeit geblasen. Diese Absorption des Gases verursacht einen Druckanstieg innerhalb des Gefäßes 31 bis zum Erreichen des Lagerdruckes.
Übersteigt der Bedarf an Gas die Erzeugung der Anlage, dann wird das Ventil 34 selbsttätig geöffnet, während das Ventil 33 geschlossen bleibt. Unter diesen Verhältnissen fällt der Druck innerhalb des Gefäßes 31, und Sauerstoff verdampft aus der Lagermasse. Dieser verdampfende Sauerstoff wird durch das Rohr 32 abgezogen und strömt durch den Regenerator bzw. Kältespeicher 27, welcher durch das verdampfende Gas gekühlt wird, und ίο dann durch die Rohre 26 und 25 zu der Verbraucheranlage.

Claims (10)

  1. PATENTANSPRÜCHE:
    i. Verfahren zur Abgabe eines Gases, dessen Siedepunkt bei Atmosphärendruck unterhalb oder doch nicht wesentlich oberhalb der Temperatur der umgebenden Luft liegt, um einen schwankenden Bedarf aus einer dauernden und verhältnismäßig stetigen Zufuhr zu decken, dadurch gekennzeichnet, daß das überschüssige Gas, welches verfügbar ist, wenn die Erzeugung des Gases den Bedarf übersteigt, bei einem Druck über dem Verbraucherdruck in ein Lagermedium, welches aus einer Masse des verflüssigten Gases besteht, gefördert wird und daß zu den Zeiten, während welcher der Bedarf die Erzeugung übersteigt, Gas aus dem unter vermindertem Druck stehenden Lagermedium verdampft wird.
  2. 2. Verfahren gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas das Zerlegungsprodukt einer kontinuierlich und mit verhältnismäßig stetiger Leistung arbeitenden Gasverflüssigungs- und Trennanlage ist.
  3. 3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt die Trennanlage in überhitztem Zustande verläßt und bei Lagerdruck durch indirekten Wärmeaustausch mit dem das Lagermedium verlassenden verdampften Produkt auf Sättigungstemperatur gekühlt wird.
  4. 4. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt die Trennanlage in flüssigem Zustande verläßt, durch eine Flüssigkeitspumpe auf den Lagerdruck komprimiert und anschließend bei diesem Druck, bevor es mit dem Lagermedium in Berührung kommt, verdampft wird.
  5. 5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Kälteverluste des Lagermediums, wenigstens teilweise, dadurch ausgeglichen werden, daß ein Teil des flüssigen Produkts von der Flüssigkeitspumpe ohne vorherige Verdampfung direkt in das Lagermedium gefördert wird.
  6. 6. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Kälteverluste des Lagermediums, wenigstens teilweise, dadurch ausgeglichen werden, daß das Lagermedium von außen her entweder durch direkte oder durch indirekte Wärmeübertragung gekühlt wird.
  7. 7. Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die anfängliche Zufuhr von Flüssigkeit zur Bildung der Lagermasse direkt dem die Trennanlage verlassenden flüssigen Produkt entnommen wird.
  8. 8. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das die Lagermasse bildende flüssige Produkt zum raschen Rückkühlen der Trennanlage nach dem Auftauen verwendet wird.
  9. 9. Verfahren gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Kälteverluste aus dem Lagermedium dadurch auf ein Mindestmaß beschränkt werden, daß das besagte Lagermedium in einem mit geeigneter X^akuumisolierung versehenen Gefäß gespeichert wird.
  10. 10. Verfahren gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das abzugebende Gas Sauerstoff oder Stickstoff ist.
    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
    © 509 574 11.55
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