DEP0003471BA - Verfahren zur Kühlung eines Gases - Google Patents

Description

iUTOES WEIL

Verfahren zur Kühlung eines Gases, das einen Bestandteil von verhlltnisruassig geringer Flüchtigkeit enthält.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kuhlen eines Gases, das einen verhältnlssmässig wenig flüchtigen Bestandteil enthält, der bei einer über der Verflüssigungstemperatur des Gases liegenden Temperatur fest wird» Sie bezieht sich also insbesondere auf die Trennung von Kohlensäure enthaltender Luft in ihre Bestandteile durch Verflüssigung und Rektifikation« Bei dem vorliegenden Verfahren wird das Gas in Kaltepeiehern abgekühlt, von welchen jeder abwechselnd In zwei entgegengesetzten Richtungen durchlaufen wird, « in einer Rich-tung in einer sogenannten Warmperiode von dem abzukuhlenden

unter verhältnismässig hohem Druck stehenden

Gas ,/aus dem der vernaltnlsmäss ig wenig flüchtige Bestandteil sich auf die Kätespeieherfüllungsmasse niederschlägt, und in der entgegengesetzten Richtung in einer sogenannten Kaltperiode von einem zu

untjer verhältnismässig niedrigem Druck stehendem

erwärmenden⁷ Gas, In dem der vorher abgesetsxe verhältnissmässig wenig fluchtige Bestandteil verdampft wird«

Dieses Verfahren erfordert, um ununterbrocnen zu arbeiten, ein Paar von Kältespei ehern, von denen der eine abgekühlt, wahrend der andere erwärmt wird« Der Einfachheit halber soll jedoch im allgemeinen nur ein Kältespeicher im fclgenden erwähnt werden, wohei

ausdrücklich darauf hingewiesen wird, dass mit dem Wort "KSItespeicher" irgend ein KSItespeieher eines Paars gemeint ist« Ein solches Verfahren ist in dem französischen Patent 709,448

beschrieben,-¹ i u. Es ist nSmlich in

diesem Patent erkannt worden, dass ®s bei diesem Abkühlen von Luft in Umschaltwechsebetrieb-KSltespeichern nicht notig ist, die Luft vor ihrem Eintritt in die Kältespeicher einer chemischen Reinigung zu unterwerfen, soweit sie unter Druck steht, weil in diesem Falle das zerlegte, unter Atmospharendruck stehende Gas einen so grossen Raum einnimmt, dass sie die Kohlensäure sublimieren kann, die sich vorher aus der behandelten Luft auf die Klltespeicherfullungsmasse abgesetzt hatte*

In dem - ff ¹)y rgo mehrere Jahre vor dem oben erwähnten französischen patent angemeldeten britischen patent 278*381 war vorgeschlagen worden, in Umschaltbetrieb arbeitende Kältespeicher und kontinuierlich arbeitende Wärmeaustauscher für die Zerlegung von Luft anzuwenden,, Ein Teil der Luft war unter niedrigem Druck und wurde in Wärmeaustausch mit dem zerlegten Stickstoff in Umschaltweohselbetrieb-KSltespeichern gebracht, wöhrend der andere ieil der Luft unter Druck war und in einem kontinuierlich arbeitenden Wärmeaustauscher mit dem Sauerstoff in Wärmeaustausch gebracht wurde« Die WSrnieaustauscherabschnitteg in denen die Druckluft bezW* der Sauerstoff strömten, könnten aus zwei Rohrschlangen bestehenj die beide in dem Inneren der beiden Kältespeicher untergebracht waren_s diese Anordnung aber war vollkommen zwecklos, da sie für die darin strömenden Gase WSrjaeaustaBchbedingungen zur Folge hatte, die noch viel ungünstiger waren, als diejenigen, denen die Anwendung von Kältespeicher abhelfen sollte«

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, bei dem man eine Vorrichtung anwenden kann, die der in dieser britischen Patentschrift; beschriebenen ähnlich ist/wobei jedosh diese Torrichtung unter solchen Bedingungen sur Anwendung kommt» diss sie von einem dem Anschein nach zwecklosen zu einem äusserst wirsemen Mittel wird*,

Gemäss der Erfindung wird durch, eine ooy&bteίί· ung, die von dem den Wasserspeicher durchziehenden Gas umgeben ist_s ein kaltes Gas gefuhrt, das von mehr und mehr warmen Steilen dieses Gases erwärmt wird» Der Einfachheit halber soll diese Abteilung im folgenden "Austauscner" genannt werden.»

Durch dieses Verfahren wird erreicht, dass äas im Austauscher stromende Gas daselbst erwärmt wird» ohne dass es dabei mit dem am Ende einer Warmperiode in dem Kältespeicher enthaltenen Gas oder mit dem verhältnissmässig wenig fluchtigen Bestandteil gemiscnt wird, der sieh während dieser Periode auf die Kältespeicherfüllungmasse abgesetzt hat, wobei dieselbe Gesamtgasmasse erwärmt wird, die man sonst restlos in unmittelbarer Berührung mit der Kältespeicherfüllunsmasse führen wurde« Der Temperaturunterschied der Warme austauschenden Substanzen wird nicht wesentlich erhöht, was thermodynamisch günstig iste

Die Menge des den Austauscher durchziehenden üases ist durch die Bedingung begrenzt, dass der ¥erhältnissmässig wenig fluchtige Bestandteil, der sich während der ⁱÄarmperiode auf die Kältespeicherfüllungsmasse abgesetzt hat, während der Kaltejsciode verdampft werden muss« In der zwar rein theoretischen Annahme, dass an jedem Punkt des Kältespeichers der mittlere Temperaturunterschied zwischen dem ein- und dem ausströmenden Gas null wäre, konnten die Mengen des abzukühlenden und des zu erwärmenden, den Wärmespeieher durchlaufenden Gases in demselben Verhältniss sein wie ihre Gasdrücke» Wird z«B« angenommen, dass das abzukühlende Gas sich unter einem Druck von 5 ata«, das im Kältespeicher zu erwärmende Gas sich aber unter Atmosphährendruck befindetj so ist die theoretische Grenze, an die die Menge des den Kältespeicher durchziehenden Gases hinabreichen kann, das Fünftel der einströmenden Luftmenge. Diese Grenze ist infolge des mittleren Temperaturunterschieds zwischen dem abzukühlenden und dem zu erwärmenden Gas an jedem Punkt des Wärmespeichers bei weitem nicht erreicht, es

ist jedoch möglich, durch den Austauscher eine uasmenge zu führen, die einen beträchtlichen Bruchteil der gesamten zu erwärmenden Gasmenge ausmacht, ohne dass die Verdampfung des verhältnissmässlg wenig fluchtigen Bestandteils beeinträchtigt w.lrd« n , Das den Austauscher durchströraende^Gas Icannöurch denselben

nur wahrend der Kaltperiode strömen« In dieaeiu Fall wird das au erwärmende, den Kältespeicher durchströmende Gas durch unmittelbare Berührung mit der Kältespeicherfüllungmasse erwärmt, es wird somit wärmer als das im Austauscher strömende Gas und erwärmt es seinerseits» Warme te ehni sch ist der Vorgang wesentlich derselbe, wie wenn des kalte im Austauscher strömende üas mit dem im Kältespeicher erwärmten Gas gemischt wäre und die periodischen 'Temperaturschwankungen einer bestimmten Stelle der Füllungiaasse sind somit ungefähr dieselben wie wenn das kalte Gas die Füllungsmasse anstatt des Austauschers durchströmen würde»

Das kalte den Austauscher durchströmende Gas kann ebenfalls diesen nur während der Warmperiode durchströmen. In diesem Fall sind die periodischen Temperature ehwanlcungen wesentlich geringer als im ersten Fall, wie ersichtlich ist, wenn man sich das abzukühlende, den Wärmespeicher durchströmende Gas in die zwei folgenden Teile zerlegt vorsteiltίeinen ersten Teil, der der den Austauseher durchströmenden. Gasmenge ungefähr gleich ist und für den,wenn er allein bestände, die Temperstur an einem bestimmten Ort der Füllungmasse konstant sein würde; einen zweiten Teil der der übrigbleibenden Menge des abzukühlenden Gases gleich ist und für dea, wenn er allein wäre* die periodischen TemperatmrSchwankungen die des von diesem zweitem Seil durchströmten Kältespeichers sein würden. Diese zweite Ausführungsform Ist In gewissen Fällen besonders sweckmässig, wie sich aus dem folgenden ergeben wird·

Schllesslich kann das den Austauscnex durchtromende Gas durch diesen während der Kalt- und auch während der Warmperiode, also ununterbrochen strömen« Die periodischen lemperaturchwankungen liegen in diesem Falle zwischen denen der ersten beiden Fälle, angenommen,

dass die Kaltgasmenge * die im zweiten. Falle den Aus tauscher während der Warmperiode durchströmte, nunmehr teils während der War«-und teils während der Kaltperiode strömt«

Das zu erwärmende} den Kältespeicher durchströmende und das durch den Aus tauscher stromende Gas können aus zwei !eilen des vorher in dem Kältespeicher abgekühlten Gases bestehen« Das Verfahren gemäss der Erfindung gestattet in diesem Pail ein Gas in zwei Teile zu zerlegen, nämlich einen durch den Austauscher strömenden Teil, der von dem verhaltnissmässig wenig fluchtigen Bestandteil frei ist, und einen durch den Wärmespeicher strömenden Teil, der an diesem Bestandteil angereichert ist. Eis kann also auf die Anreicherung eines Gases an einem wertvollen Bestandteil oder auf die Befreiung eines Gases von einer last igen Verunreinigung angewendet werden.

Das Verfahren gemäss der Erfindung wird aber im allgemeinen nicht lediglich zu dem eben erwähnten Zweck, sondern in Verbindung mit einer Behandlung des abgekühlten Gases durchgeführt werden. Das abgekühlte Gas wird z.B. teilweise verflüssigt und die erzeugte Flüssigkeit gesammelt oder, falls dieses Gas aus einem Gemisch besteht, es wird in seine Bestandteile, u.zw. insbesondere durch Verflüssigung und Rektifikation zerlegte Durch das Erwärmen eines abgetrennten Bestandteil im Austauscher wird dieser reiner gewonnen, als wenn er im Kältespeichel erwärmt würde» Auf die Luft angewendet erlaubt das Verfahren, hochprozen» tigen Sauerstoff zu gewinnen, wobei die gesamte behandelte Luft in Kältespeichern abgekühlt wird« Es gestattet also, mit Hilfe von Kältespeichern denselben Ergolg zu erreichen, der schon früher vermittels der to» chaltwärmeaustauscher im Kelloggverfahren erreicht war, das in Chemical Engineering von März 1947, Seite 134,und ail in Chemical Engineering Progress von iPebruar 1^7 beschrieben ist?

Mit dem eben benutzten Ausdruck "getrennter Bestandteil" wird hier ein Gas gemeint, das von der Zerlegung stammt und dessen Zu~ sammensetzung von der des zu zerlegenden Gasgemisches verschieden ist« TTm einen äussersten Fall als Beispiel zu wählen, kann also das zu zer-

legende Gasgemisch aus Luft und der "getrennte Bestandteil" aus derselben, von Ihrem Krypton, befreiten Luft bestehen* Mit "Sauerstoff" und "Stickstoff soll desgleichen ein an Sauerstoff besw« Stickstoff reicheres Gas als die Luft gemeint werden, aus der es gewonnen wurde«

Wenn das zu zerlegende Gas aus Luft besteht, so besteht, wie oben schon erwähnt wurde_s der verhältnissmassig wenig flüchtige Bestandteil aus Kohlensäure» Das Verfahren gemäss der Erfindung erlaubt, diese restlos während der Kaltperiode zu verdampfen., ohne dass es notwendig ist, irgend einen Teil der behandelten Luft von der darin enthaltenen Kolilensäure chemisch zn befreien« Zu diesem Zweck wird wie im Verfahren gemass der deutschen Patentschrift 543*684 oder im Verfahren gemäss der franzosischen Patentschrift 725«538 oder im oben erwähnten Kellogg-Verfahren eine Gesamtgasmenge erwärmt, die grosser ist, als die der abzukühlenden Luft» Aber diese Gesamtmenge wird hier teilweise im Kältespeicher und teilweise im Austauscher erwärmt, wobei die Menge des im Austauscher erwärmten Gases wenigstens den Unterschied zwischen der gesamten zu erwärmenden Gasmenge und der abzukühlenden Gasmenge ausmacht und eine diesem Unterschied gleiche Gasmenge in den Kältespeicher oder den Austauscher an dessen kalten Ende wieder eingeführt wird, zweckmässig nachdem sie ausserhalb des Kältespeicher abgekühlt wurde.

Die Erfindung wird an Hand der beilxegenden Abbildungen näher beschrieben werden,

Abb»l stellt in senkrechtem Durchschnitt eine Vorrichtung dar, die die Durchführung des Verfahrens gemass der Erfindung gestattet;

Äbb«2 ist eine Aufsicht eines Austauscherteils dieser Vorrichtung?

Abb«3 und 4 stellen schematisch in senkrechtem Durchschnitt bezwe in Aufsicht eine andere die Anwendung des Verfahrens gestattende Vorrichtung dar;

Abb» 5 und 6 sind ein senkrechter Durchschnitt bezw« eine Aufsicht von einer anderen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemass der Erfindung|

β 7 stellt schematised eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens gernlss der Erfindung dar_s in der das abzukühlende Gas aus Luft und die teilweise im Kältespeicher und teilweise im Austauseher zu erwärmenden Gase aus Sauerstoff und Stickstoff bestehen?

Abb« 8 stellt sehematish einen !Teil einer Vorrichtung dar, die im FaIIe anwendbar ist, wo das abzukühlende¹aus Luft, das im Kältespeicher zu erwärmende Gas aus von dem grösseren 2eil Ihres Kryptons befreiter Luft besteht.

Abbe 9 ist eine Abänderung von Abb» 8«

Als Kältespeicherfullurfsmasse werden gewohnlich rund e, auf einander liegende '!eile (Hürden) angewendet, die in der Ia der amerikanischen Patentschrift 1*808.921 und in zahlreichen anderen Veröffentlichungen angegebenen Weise angefertigt und senkrecht zur mittleren Gasstromungsrichtung angeordnet sind. Es ist praktisch, bei der Ausführung des Verfahrens gemass der Erfindung diese flachen Teile zu behalten und den Aus tauscher aus einer Folge von zwischen den flachen Seilen geschalteten, diesen parallel angeordneten Abschnitten zu gestalten·

Abb« 1 und 2 stellen sehematisch eine solche Einrichtung dar*. Abb«l ist ein senkrechter Duosihnitt entlang Linie 1-1 von Abbe^ und Abb«2 eine Aufsicht, entlang Linie 2-2 von Abb* I, von einem zwischen zwei flachen Teilen geschalteten Austauscherabschnitte In diesen Abbildungen wird angenommen, dass der Kältespeicher senkrecht angeordnet ist und dass das kalte Ende des Warme spei ehe rs unten liegt« Der kaltespeichermantel hat die gewohnliche zylindrische Gestalt und ist mit flachen über einander liegenden feilen 2 gefüllt» Ein freier Baum ist zwischen zwei benachbarten Teilen vorgesehen« Der Austauscher besteht aus wagerechten Abschnitten 3, die durch senkrechte ausserhalb des Kältespelehermantels liegende fiohre 4 verbunden sind. Jeder Abschnitt besteht aus zwei durch parallele Rohre 6 verbumdenenen Sammelrohren, δ« Mit dieser Einrichtung sind die Stromungsrichtungen des Gases ausserhalb

Austauscher
des Austauschers und des den-IEa¹It^s-peüicex durehtromenden Gases stets senkrecht zu einander» Der Wärmeaustausch zwischen den beiden Gasen geht infolgedessen stets befriedigend vor sieh vor, selbst wenn das kalte Gas während der Kalt*-—peri ode im Austauseher strömt*

Die senkre eaten Bohre 4 könnten auch, innerhalb des Mantels 1 angeordnet sein« Ss würde dann zwischen de33_ flachen Seilen und dem Mantel ein Baum bestehen, den m£n("stopfen wfl-, damit das Gas dort

ieg^nichtytlndet, entlang dem es -θαθ® als durch die flachen Teile strömen würde* ^/^i

In anderen Ausfuhrungsformen des Verfahrens ist jeder Austauscher durch zwei zylindrische, dem Kaltespeichermantel konzentrische ffachbarfllchen begrenzt, wobei die Kaltespeieherfullungsmasse die Seile des inneren Haltespeieherraums einntot, die durch den von dem zwei zylindrischen Fachbasflaehen begrenzten Baum nicht eingenommen werden«

In Abbe 3 und 4 ist eine solche Ausführungsform dargestellt, in der der Austauscher aus geraden Bohren besteht« Abb«3 Ist ein senk-;? rechter Disehschnitt entlang Linie 3-3 der Abbildung 4 und Abb»4 ein wagereehter Durchschnitt entlang Linie 4-4 der Abb*3<· i 7 und 8^Nzwei Austauscher, dle~^«^aül*'«wischen zwei zylindrischen, dem* Mantel ^ konzentrischen Fachbarflachen llegencleiij os^feefeea.» Ringförmige flache Teile S sind zwischen dem Mantel 1 und dem Austauscher 7, andere ebenfalls¹' flache Teile IO zwisehen den beiden Austauschern 7 und 8 und flacheU^sgförmige/feile 11 innerhalb des Zylinders angeordnet, der durch die Austauscherrohre 8 begrenzt ist· Der Einfachheit halber sind in Abb« 3 nur drei Schichten der verschiedenen flachen Teile dargestellt worden« Jeder von diesen besten.tM.ri der a^ in der oben erwähnten amerlianisehen Patentschrift beschriebenen Weise -t gewellt^, spiralweise gewunden^ ur deren Enden, bezeichnet mit den Hummern ISfeis l&^ der

T /ft

Α, «
Klarheit halber dargestellt,

Um den Wärmeaustausch zwischen den den Austauscher und den den Kältespeicher durchströmenden Gasen zu verbessern, kann man zwisehen bestimmten flachen Teilen ümwegplattenä die den gewohnlich in Veavbindung mit aus geraden Bohren bestehenden Austauschern benuzten Bmwegplatten ähnlieh sind.

AbbeS und 6 zeigen eine Ausführungsform₈ in der der Austauscher alis einem oder mehrearea Schlangenrohren besteht« Abb«5 ist ein senkrechter Querschnitt des Saitespeichers entlang Linie 5-5 der Abb*6

und Abb«6 zeigt den Kältespeicher von oben, entlang der Linie 6-6

der Abb «5 gesehen, angenommen j dass die Fülluagsinasse weggenommen worden ist«

Auch in diesen Abbildungen sind zwei Austauscher dargestellt worden» Jeder kann, in üblicher Weise aus mehreren schraubenförmig an derselben zylindrischen Fläche gewundenen Bohren bestehen, der Einfachheit halber ist hier aber für Jeden Austauscher ein einziges Bohr dargestellt, das mit der Hummer 20 bezw 21 bezeichnet wurde« Flache Teile, die hier nicht gezeigt wurden, sind in derselben Weise wie gemüse Abb«3 und 4 zwischen den zylindrischen Fläehen angeordnete

Man kann auch in den drei oben beschriebenen, an Hand der Abbildungen 1 bis 6 illustrierten Ausfuhrungformen die flachen feile durch Korper von kleinen Abmessungen ersetzen_s deren grosste Abmessung z#B* von zwei bis zehn Millimeter beträgt« Dersfcige Korper können die Gestalt von Spänen, Kaschigringen,«©€®±@®^!W©23r oder irgend welchen Süllungskorpern haben, die zur innigen Berührung von Flüssigkeiten mit Gasen benutzt werden* Vm irgend eine neosnswerte Uebertragung von Warme durch onfcSfc entlang der Füllunginasse zu verhindern, kann man die diese Masse bildenden Korper von kleinen Abmessungen in thermisch von einander Isolierten Schichten anoreäsn« Man kann sie z.B» ia flachen Behaltern anordnen_s deren Wand durchlocht ist und die in derselben Weise wie die gewohnlichen oben erwähnten flachen Teile über einander unter Bestehen von geringen Zwischenräumen liegen.

Jöb*7 stellt eine Ausfuhrungsform der Erfindung dar_t in der diese gleichzeitig auf die Sublimmation von Kohlensäure und die Gewinnung von reinem Sauerstoff angewendet wird_s der in einem üblichen 5Rrennungsapparat mit zwei Säulen, der einen unter hohem, der anderen unter niedrigem Druck_s erzeugt wird« Der Einfachheit halber hat man in dieser Abbildung mit derselben Bummer, das erste Mal von dem Buchstaben a, das zweite Mal von dem Buchstaben b gefolgt, zwei identische Apparate teile bezeiehnetj von denen der eine in einer Eiehtung, der andere aber in der entgegengesetzten Eiehtung oder überhaupt von keinem Medium durch® strömt wird« lter Einfachheit halber sind die gewöhnlichen, in üblieher Weise an dem warmen Ende von zwei identischen Appaxateteilen angeordnet

ten Um-

^haltevorrichtungen und die an kalten Enden angeordneten Ruekklappen weder in der Besehreibung erwähnt noch in der Abbildung gezeichnet

A- v^zÜ—^ ^- 3k bCK^4

worden*($in PfeilM^t $uf SüemSoEF} in dem ein Medium (Gas oder Flüssigkeit) wahrend der in der Abbildung illustrierten Periode strömt//auf» getragen wordj

Die zu zerlegende, Wasserdampf und. kohlensäure enthaltende Luft strömt unter dem Druek von etwa 5 ata« abwechselnd durch einen Kältespeicher 22a und einen Kältespeicher 22b» Die Abbildung zeigt ee-Eintritt in den Kältespeicher 22a durch zwei Rohre 23 und 24a und ae±& Austritt aus demselben Kältespeicher durch zwei Rohre 25a und 26« Von dem letzteren Rohr begibt sich die Luft in den unteren feil einer Rektifikationssäule 27* von der einige Boden in 28 schematish dargestellt sinfl* Der obere feil der Säule 27 ist in gewo-inlicher Weise im Wärmeaustausch mit dem unteren fell einer eweiten, etwa unter AtmosphS-rendruck stehenden Rektifikationssäule 29, von der nur einige Böden in 30 dargestellt sind* Der Warmeaustausäi vollzieht sich vermittels eines Vers/erdampfers 31» aud dessen einer Seite Stickstoff sieh unter einem Druck von 5 ata« ver, und auf dessen anderer Seite flüssiger Sauer—stoff -si^ek nahezu unter Atmosphärendruck verdampft» Am Euss der Säule 27 wird ein flüssiges, etwa 40$ Sauerstoff enthaltendes Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch gewonnen, das man in der nachstehend angegebenen Weise abkühlt, dann in einem Ventil 33 entspannt und an einer Zwisehenstelle in die Säule 29 einfuhrt» Ein feil des im Vere--Verdampfer 31 kondensierten Stick-stoffs wird In der nachstehend sxigegeberLem Weise Im Wärmeaustauscher 34 abgekühlt, Im Ventil 35 entspannt und auf den Kopf der Säule 2@ aufgegeben,, Gasförmiger Sauerstoff wird am unteren Seil der Säule 28 durch das Rohr 36, Stickstoff, ebenfalls gasformig, am Kopf derselben Säule durch das Rohr 37 abgezogen«

Sin feil des sich im oberen Seil der Säule 27 befindenden Stickstoffs wird Im Verflussiger-Verdampfer 31 nicht kondensiert« Dieser Seil entspricht z»B* etwa 35% der behandelten Gasmenge β Er wird durch das Rohr 38 gewonnen und te zwei z^B* 25 bezw» 1O¹A der behandelten Gasmenge entsprechenden feile anfgeteilt, die durch die Rohr 30 besw* 40 strömen* Der erste 1st seinerseits in zwei andere aufgeteilt _t die durch die Rohre 41 bezwe 42 strömen« Der durch das Rohr 42 strömende feil, der von der

tirossenordnung von. 10% der behandelten Gasmenge, sein kann, eine Zahl die sich aus den spezifischen Warmen der kalten Luft unter 5 ata und unter Atmospharendruck ergibt und übrigens in der amerikanischen Patentschrift 2*002*941 angegeben ist* begibt sieh dureh das Eohr 43a in den Wärmeaustauscher 44a, der Innerhalb des kalten Teils des Kaltespeiehers 22a angeordnet und zweckmassig in einer der oben beschriebenen Weisen gebaut ist, und strömt in diesem in Gegenstrom" au der su zerlegenden Luft* in seinem Austritt aus dem Aus tauscher 44a wird der Stickstoff in zwei (£) Teile aufgeteilt, von welchen der eine, der z.B· 8% der behandelten Luftmenge ausmacht, in das Eohr 58af^iem ein Eohr 94 folgt, während der andere, der ungefähr 2% der behandelten Luftmenge gleich ist, durch ein Eohr 45a in die Abteilung 46a eines Wärmeaustauschers 4? eingeguhrt wird, in der er erwärmt wird« lter aus der Abteilung 46a austretende Stickstoff wird dureh die zwei Eohre 48a und Φ in einen Verdichter 50 eingeführt, In dem er auf einen Druck von 10 bis IS ata verdichtet

wird, strömt von dort durch ein Eohr 51 Ln einen kühler 5iL is. dem die Verdi chtungswärine abgeführt wird, weiter durch ein Eohr 53 in den oben erwähnten Wärmeaustauscher 47 und durch ein Eohr 34 in einen Verflüssiger 55, in dem er verflüssigt wird. Der flüssige Stickstoff strömt aus dem Verflüssiger 55 durch ein. Eohr 56, wird in einem Ventil 57 entspannt und auf den fcopf der Säule S? aufgegeben«

Der In das Eohr 41 eingeführte Stickstoff wird In einem Ventil 59 entspannt und dem im Eohr 94 stroMenden zugegeben» Das so gebildete Gemisch strömt In das Eohr 6O_e Anderseits strömt der Stickstoff, der in. das Eohr 40 eingeführt wurde, in den oben erwähnten Verflüssiger 55, in dem er erwärmt wird, strömt aus dem Verflüssiger dureh ein. Eohr 61 und wird in einem Ventil 62 entspannt« Der auf diese Weise entspannte und der aus dem Eohr 60 strömende Stickstoff werden gemischt und äas gebildete Gemisch begfbt sieh durch ein Eohr 63 in eine Surbine 64₉ In der es unter Leistung von äusserer Arbeit entspannt wird* Der auf diese Weise entspannte Stickstoff wird dureh ein Eohr ©3 demjenigen zugesetzt, der am Kopf der Hlederdrucksäule gewonnen wird, und es ist das auf diese Weise gebildete Gemisch, das In den zwei Wärmeaustauschers 34 und 32 die zwei oben erwähnten Flüssigkeiten abkühlte Von dem Austauseher 32 strömt der Stickstoff durch die Eohre 70 und 71b

ia den Kalte spei eher 22b * den er aufgewärmt durch die Rohre 87b und 88 verlasst« ρ

Der dureh das Rohr 36 go Sauerstoff wird im Austauscher 32 erwärmt, strömt aus diesem durch ein Rohr 65 und wird durch das Rohr 66a in den innerhalb des Kaltespeiehers 22a angeordneten Austaueher 67a eingeführt, In dem er in ßegenstrom zur einströmenden Luft geführt wird* lach seinem Ausgang aus dem Austauscher 67a wird der Sauerstoff durch die Rohre 68a und 68 gewonnene

Die vorstehend beschriebene Ausfuhrungsform kann in verschiedenen Welsen, insbesondere einer der folgenden_s abgeändert werdens

1) Die Gase, die in den In den Hltespeiehern angeordneten Austausehern strömen, strömen In diesen kontinuerlieh oder nur während der Kaltperiode» Wenn sie nur während der Wariaperiode strömen, sind jedocJ die während einer Periode stattfindenden Temperaturschwankungen des in den Rohren 44a und 44b stromenden Stickstoffs verkleinert, und der Druck, auf den man Ihn im Yerdiehter 50 verdichte^ muss um ihn im Verflüssiger 55 zu verflüssigen, ist entsprechend herabgesetzte ]?ür eine Periode von gleicher Dauer sind übrigens die mittleren Temperaturdiff erengen am warmen Ua.de der Kältespeicher und somit die Kllteverluste herabgesetzt»

2) Dureh vollkommenes Schliessen des Ventils 5& lässt man de^ gesamteHStiekstoffj der im Austauscher 44a erwärmt wurde, durch den Verflüssiger 55 strömen, oder durch vollkommenes Schliessen des Ventils 57 lässt man die Bildung von !Flüssigkeit im Verflüssiger 55 vollkommene ausfallen«

3) Statt eines Teils des unter Druck stehenden, Im Verflüssiger-Verdampfer 31 nicht verflüssigten Stickstoffs, entspannt man in der Turbine 64 einen Seil der unter Druck stehenden, aus dem Kältespeicher ^a stromenden Luft, und fuhrt die entspannte Luft an einem mittleren Punkt der ffiederdrueksäule %ß In diese ein«

4) Anstatt Druckstickstoff leitet man dureh den Austaiseher 44a ein feil der unzerlegten, aus den Hltespeiehem 22a und 22b an ihren kalten Enden herauskommenden Luft oder Gas Im Laufe der Rektifika«* tion In einer der Säulen 27 und 29 oder ein Teil des aus der Miederdrucksaule 2© stromenden Sauerstoffs oder Stickstoffs. Druekstickstoff^

oder Gas im Laufe der Rektifikation in der Drucksaule 27 weisen jedoch, den Vorteil W*y dass sie gleichzeitig unter ßrück und kälter, sind als das kalte Ende der ESltespeieher und somit sehen auf dieses Snde eine Kaltwirkung ausüben« In all diesen Abanderungsformen wird das in dem Verflüssiger, wenn ein solcher überhaupt verhanden ist, und das aus dem Austauscher 44a herauskommende Gas an die Stelle der Vorrichtung ge«· schickt, die seiner Zusammensetzung und seinem Druck entspricht*

5) Das in den Austauschern 44a und 47 stromende Gas strömt entlang einem vollkommen selbständigen geschlossenen Kreislauf« Im diesem Falle wird es» nachdem es aus dem Wärmeaustauscher 47 geströmt ist, in einer besonderen (nicht dargestellten) Sntspanmingsmaschine entspannt» Man kann es ebenfalls im Verdichter 50 nur auf den zu seiner Strömung notwendigen Druck Verdichten , und es bei seinem Augaag aus dem Wärmeaustauscher 47 la den Austauscher 44a an dessen kalten Sude ein führen, -ShHäwe entweder unmittelbar oder zweckmassig nachdem man es durch Wärmeaustausch mit kälteren Gas abgekühlt hat, insbesondere dem unter Druck stehenden Gase, das in der Entspannungsmasehine 64 entspanmt werden soll und auf diese Weise vor seiner Entspannung erwärmt wird.

6) Wenn die Gase₉ die in den Austauschern 44a und 67a von derselben Beschaffenheit sind_s können die zwei Austauscher durch einen einzigen ersetzt werden»

7) Anstatt das aus dem Austauscher 44a stromende Gas im Wärmeaustauscher 47 zu erwärmen, bevor man es verdichtet, verdichtet man es adiabatisch bei tiefer temperatur und führt es nachher in den Verflüssiger 55 ein«

In dem Verfahren, das in der Warmperiode des einzigen dergestellten KalteSpeichers entsprechenden Abbildung 8 illustriert iat} wiiajl die Luft, deren Krypton gewonnen werden soll, z«B« durch das Verfahren der deutschen Patentschrift 628*788 unter dem Druck von etwa 1,8 ata durch die Bohre 72 und 73a in den Kältespeicher 74a und strömt aus diesem dureh das Bohr 75a» Sin feil, ζ·Β· 2%, der ausströmenden Luft strömt von dem Bohr 75a in das Bohr 76a, weiter in den innerhalb des kalten Seils des KaiteSpeichers 74a angeordneten Austauscher 77a, weiter in das Rohr 78a* Der Teil der Luft, der durch den Austauscher

nicht strömt und etwa 98% der gesamten Luftmenge ausmacht, strömt in ein ein Entspannungsventil 80a tragendes Rohr 79a» Die von dem Rohr 78a kommende Luft ist der Luft zugesetzt, die im Ventil 80a entspannt wurde, und das so gebildete Gemisch strömt durch die Rohre 81a und 82 und wird entweder vor oder naeh Entspannung mit Leistung von ausserer Arbeit, in eine Wasehsäule eingeführt, in der es von seinem Krypton befreit wird« BLe aus dieser Säule kommende Luft strömt in den Ka speicher 74a durch die Rohre 83 und 84a während der diesen Kältespeicher betreffenden Periode und strömt aus diesem durch die Rohre 85a und 86«

In ahnlicher Weise wie mit Bezug auf Abb*7 angegeben, wurde, kounte man ebenfalls durch den Austauscher 77a einen Seil der von der Wasehsäule kommenden Luft strömen lassen, und ihn dann zu der Luft vor dem Eintritt dieser in den Kältespeicher hinzusetzen. Man kounte ihn eben» falls vorteilhaft durch Wärmeaustausch mit der Luft, die in die Wasch» säule eintreten soll oder aus dieser eben geströmt ist, abkühlen, bevor man sie zu der im Ventil 80a entspannten Luft hinzufügt«

Die in JSpb « 8 dargestellte Ausführungsform_s weist den Nachteil auf, dass fast die gesamte Luft einen verhältnissmässig grossen Druckverlust im Ventil 80a erfahren muss, damit sein Druck auf den der geringen Menge Luft hinabsteigt, die den Austauscher 77a durchströmt hat. Die in Abb«© dargestellte Ausführungsform gestattet, diesen Nachteil zu vermeiden« Gemäss dieser Ausführungsform verdichtet man adiabatfeeh die verhal*- nissmasslg geringe Menge Luft bei niedriger Temperatur, anstatt die verha Itnissmässig grosae Menge Luft in einem Ventil zu entspannfeie Die verdichtete, durch das Rohr 78a strömend Luft wird durch ein Bohr 89 in einen Verdichter 90 geleitet, und wird an/ssinem Ausgang aus diesem mit der Luft gemischt, die die Rohre 7§>a und 91 durchströmt hat« Das ^,bildete Gemisch strömt in ein Rohr S2«

Diese adiabatische Verdichtung findet natürlich ebenfalls Anwendung auf das durch Abb«7 illustrierte Verfahren« In diesem Fall bleibt das Sntspannungsventil 5© aus und ist duräh einen auf dem Rohr 94 anges&iaeten Verdichter ersetzt«, Diese adiabatiche Verdichtung findet ebenfalls auf den Fall Anwendung, in dem das im Austauseher 44a stromende Gas entlang dem oben unter Nummer 5 angegebenen kreislauf

strömte Sie erlaubt dann, den Wärmeaustauscher 47 auszugeben«

Ia allen Fallen, kann das ßas verdichtet werden bevor es in den Im Kältespeicher angeordneten"* Aus tauscher einströmt, anstatt an seinem Austritt aus dem Austauscher, wie in Abb« 9 dargestellt»

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   1) Verfahren zur Kühlung eines einen verhältnissmassig wenig flüchtigen Bestandteil enthaltenden Gases in einem Kältespeicher.*- bei dem eis Kältespeicher abwechselnd in einer Richtung von dem abzuküh-

   unter. verhältnismässig hölzern Druck stehenden lenden/GaSf aus dem der verhaltnissmassig flüchtige Bestandteil sieh auf die Kaltespeieherfüllunsmasse absetzt, und in der entgengesetzten

   unter verhältnismässig niedrigem Druck stehendem Richtung von einem zu erwärmenden⁷aas, in dem sich der früher abgesetzt®, verhältnissmlssig wenig fl.ü.cfcfel,ge Bestandteil verdampf t f dadurch

   gekennzeichnet_f dass ein kaltes Gas/durch einen Austauscher strömt, der von dem den Kältespeicher durchströmenden Gas umgeben ist, -j-fl. diesi«

   2) Verfahren nach Anspruch!"T^ -feei—ä«m das im<<2ilstauseher zu erwärmende Gas in Gegenstrom zu dem abzukühlenden Gas strömt.₍

   3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, e das den Austausehea durchströmende Gas in diesem bis zum warmen Ende das Kältespeicher strömt und dort gesammelt wird« / ,

   4) Verfahren nach Anspruch l_t 2 oder 3_S - -m die Masse des im Kältespeieher erwärmgjiten Gases kleiner ist, als die des Gases, das iß diesem abgekühlt wird»

   5) Verfahren nach irgend einem der Ansprüche 1 bis 4, %e$r d<p »l

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   ■ctee die Gesamtmasse des' teilweise im Kältespeicher und teilweise im

   Austauscher wahrend eines vollständigen, aus swei aufeinander folgenerwärm te^JHrifd· Y^-f^i den Perioden bestehenden. Arbeitskreislaufs/der im Kältespeicher während derselben Zeit abgekühlten Gasmasse wenigstens gleichkommt, wobei die im Kältespeieher erwärmte Gasmasse kleiner ist, als diejenige, die Ia diesem abgekühlt wird|

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   S) Verfahren naoh irgend einem der Ansprüche X bis 5, ^f - ⁰I· og dag Gas, das im Klltespeicher abgekühlt wurde, in zwei

   Fraktionen zerlegt wird, von denen die eine das im Kältespeicher, die andere aber das im ,Austauscher erwärmte Gas bildet«

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   7) Verfahren nach Anspruch 6* das im Kältespeicher abgekühlte Gas aus einem Gasgemisch besteht und die zwei Fraktionen verschiede Zusammensetzungen haben«

   8) Verfahren nach irgend einem der Ansprüche 1 bis 7, feeiäe»·wenigstens ein Teil des Gases, das im^Austi"uscher erwärmt wurde, ausserhalb des Kiltespeichers an das kalt® Ende der aus dem Kältespeicher und dem Austauscher bestehenden Einheit zurückgeführt wird und in dieser Einheit in Richtung ihres warmen Endes wieder strömt,

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   9) Verfahren nach Anspruch 8, b die Strömung des im

   Austauscher strömenden Gases durch adiabatische Verdichtung bei niedriger Temperatur hervorgerufen wird« / ,

   10) Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, be dag Gas, das im Austauscher erwirmt wurde, abgekühlt wird,, bevor es durch die aua dem Kältespeicher und dem Austauscher bestehende Einheit wieder strömt«

   11) Verfahren naoh Ansprüchen 7 und 8, b®i-€tem die zerlegung das Gasgemisches in zwei Fraktionen verschiedener Zusammensetzung in einer RektifikationgdrucksSule stattfindet, und(^aie im Austauscher er« wärmte Fraktion an einer über der Einftthrungs-etelle des Gasgemisches in der Slule liegenden Stelle aus dieser herausgenommen wird« J₁ ^_%

   12) Verfahren nach irgend einem der Ansprüche 8 bis H₈ k@±- ' •Sem ein Teil des Gases, das ±»-Austauscher ^strömt hat, verdichtet und durch Wimeaustausch mit kälterem Gas verflüssigt wird«