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DE1098021B - Verfahren und Einrichtung zur Kaelteerzeugung fuer die Gaszerlegung - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Kaelteerzeugung fuer die Gaszerlegung

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Publication number
DE1098021B
DE1098021B DEG27542A DEG0027542A DE1098021B DE 1098021 B DE1098021 B DE 1098021B DE G27542 A DEG27542 A DE G27542A DE G0027542 A DEG0027542 A DE G0027542A DE 1098021 B DE1098021 B DE 1098021B
Authority
DE
Germany
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gas
column
boiling
heating
pressure
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Pending
Application number
DEG27542A
Other languages
English (en)
Inventor
Max Seidel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Gesellschaft fuer Lindes Eismaschinen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Gesellschaft fuer Lindes Eismaschinen AG filed Critical Gesellschaft fuer Lindes Eismaschinen AG
Priority to DEG27542A priority Critical patent/DE1098021B/de
Priority to DEG27801A priority patent/DE1106349B/de
Publication of DE1098021B publication Critical patent/DE1098021B/de
Pending legal-status Critical Current

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Description

DEUTSCHES
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Kälteerzeugung für die Tieftemperaturzerlegung eines Gasgemisches, insbesondere Luft, durch arbeitsleistende Entspannung eines kalt den Hauptwärmeaustauschern, insbesondere Regeneratoren, oder dem Hockdruckteil der Rektifizierkolonne entnommenen und vor seiner Entspannung durch Anwärmgas entwärmten Gases.
Es ist bekannt, Kälte in Gaszerlegungsanlagen durch arbeitsleistende Entspannung eines Gases zu erzeugen und dieses Gas vor der Entspannung in der Anlage anzuwärmen. Als Anwärmgas kann ein Hochdruckgas verwendet werden. Bei Luftzerlegungsanlagen ist es bekannt, als Hochdruckanwärmgas Luft zu verwenden, die von der Hauptmenge der zu zerlegenden und mit Niederdruck zugeführten Luftmenge abgezweigt und für sich verdichtet wird. Dieses Hochdruckgas kann nicht durch umschaltbare Wärmeaustauscher wie Gegeneratoren, sondern nur getrennt, vorzugsweise mit Absorptionsmitteln, gereinigt werden.
Bei Luftzerlegungsanlagen zur Sauerstoffgewinnung ist, insbesondere wenn sie im Verbund mit Stahlwerken arbeiten, häufig der Verbrauch größeren, länger dauernden Schwankungen unterworfen. Der Hochdruckkompressor des Käitekreislauf s muß für die maximale Gasentnahme ausgelegt sein. Bei geringerem Gasbedarf des Verbrauchers ist es dann notwendig, den Hochdruckkompressor zu drosseln, was unwirtschaftlich ist.
Dem Gegenstand der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Verringerung der Menge des entnommenen gasförmigen Höhersiedenden die Kälteerzeugung ohne Verluste den Schwankungen der gasförmigen Entnahme anzupassen.
Dies wird dadurch erreicht, daß als Anwärmgas ein Teil des höhersiedenden Bestandteils des Gasgemisches, insbesondere Sauerstoff, dient, der nach Erwärmung auf Umgebungstemperatur gemeinsam mit dem zur gasförmigen Entnahme bestimmten Teil des höhersiedenden Bestandteils auf einen für den Verbrauch erforderlichen Druck zwischen 5 und 50 ata verdichtet und anschließend abgekühlt wird und in indirektem Wärmeaustausch das zu entspannende Gas anwärmt.
Dabei ergibt sich der Vorteil, daß bei Verkleinerung der Menge des entnommenen gasförmigen Sauerstoffs in der Anlage mehr flüssiges Gas in wirtschaftlicher Weise erzeugt werden kann. Bei Verringerung der Entnahme wird nämlich mehr angewärmtes Gas dem Wärmeaustauscher vor der Entspannung zugeführt. Dadurch kann auch mehr zu entspannendes Gas angewärmt und der Entspannungsturbine zugeführt werden, wodurch die Kälteerzeugung steigt und in der Anlage mehr flüssiges Gas erzeugt wird. Dies ist besonders bei Anlagen von Bedeutung, bei denen die Verfahren und Einrichtung
zur Kälteerzeugung für die Gaszerlegung
Anmelder:
Gesellschaft für Linde's Eismaschinen
Aktiengesellschaft
Zweigniederias sung Höllriegelskr euth,
Höllriegelskreuth bei München
Max Seidel, München-Solln,
ist als Erfinder genannt worden
vom Verbraucher entnommenen Gasmengen größeren, insbesondere länger dauernden Schwankungen unterworfen sind. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, daß der bei bekannten Verfahren für die Erzeugung eines komprimierten Zerlegungsprodukts notwendige getrennte Nachverdichter eingespart wird.
Beim Verfahren nach der Erfindung wird Höhersiedendes der Tieftemperaturanlage gasförmig entnommen und im Wärmeaustausch mit sich selbst angewärmt. Dann wird es in einem Verdichter komprimiert und erwärmt als Hochdruckanwärmgas durch indirekten Wärmeaustausch das zur Entspannungsmaschine strömende zu entspannende Gas. Das in dieser entspannte Gas wird anschließend der Tieftemperaturanlage wieder zugeführt. Von dem als Anwärmgas dienenden komprimierten Höhersiedenden kann hinter dem Kompressor die zum Verbrauch bestimmte Menge abgezogen werden. Der Rest wird als Anwärmgas dem Wärmeaustauscher zugeleitet und anschließend zur Deckung der Kälteverluste in eine Trennsäule entspannt.
Es ist auch möglich, das Anwärmgas nur teilweise in der oben beschriebenen Weise dem Kompressor zuzuleiten und einen anderen Teil vorher durch in die Regeneratoren oder entsprechende Wärmeaustauscher eingelegte Rohrschlangen anzuwärmen. Die Einstellung der auf dem einen oder anderen Wege zum Kompressor geführten Gasmengen kann durch Ventile von Hand oder automatisch so geregelt werden, daß die Regeneratoren im Temperaturgleichgewicht bleiben. Bei Verringerung der Entnahme des gasförmigen Höhersiedenden durch den Verbraucher verbleibt mehr Hochdruckanwärmgas. Man kann dann mehr Gas der Entspan-
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imngsmaschine zuleiten. Dies kann geschehen, weil die Entspannungsmaschine so ausgelegt ist, daß sie eine größere als die normale Gasmenge verarbeiten kann. Auch können für größere Mengen zu entspannenden Gases weitere Entspannungsmaschinen zugeschaltet werden. Die dadurch erhöhte Kälteleistung der Anlage ergibt eine groß ere Ausbeute an flüssigen Trennprodukten. Wird kein gasförmiges Produkt entnommen, so steht die gesamte Hochdruckgasmenge des Höhersiedenden als Anwärmgas zur Verfügung, und es kann eine größte Menge Gas zur Kälteerzeugung durch die Turbine geschickt werden. Dabei ergibt sich dann die größte Ausbeute an flüssigem Höhersiedenden.
Es ist auch möglich, dieJVTenge des gasförmig zum Verbrauch entnommenen Gases nach dem Temperaturgleichgewicht der oberen Rektifikationssäule einer Mehrsäulenrektifikationsanlage von Hand oder automatisch mit Hilfe bekannter Verfahren zu regeln.
Wenn gasförmiger oder flüssiger Sauerstoff benötigt wird, der reiner sein soll als der dem Hochdruckkreislauf entnommene, wird das verflüssigte Höhersiedende in eine Nachreinigungssäule entspannt. Zur Beheizung dieser Säule kann unzerlegtes oder vorzerlegtes kondensierendes Gas verwendet werden. Das Kondensat wird zur Hauptsäule zurückgeführt.
Die Nachreinigungssäule'"kann durch eine unter ihr angeordnete Drucksäule zur Gewinnung von tiefersiedendem Reinprodukt beheizt werden. Dieser Drucksäule kann unzerlegtes Gasgemisch oder Tiefersiedendes aus der Drucksäule des Zweisäulenhauptrektifikationsapparates zugeführt werden._Das ablaufende Kondensat wird wieder zur Drucksäule der Hauptrektifikation zurückgeleitet. Der Nachfeinigungssäule wird das tiefersiedende Reinprodukt flüssig oder gasförmig entnommen.
Das verflüssigte Anwärrrjgas kann vor der Drosselung in die Nachreinigungssäule für das höhersiedende Produkt durch indirekten,Wärmeaustausch mit dem zur Hauptsäule fließenden Kondensat gekühlt werden.
Bei der Erzeugung flüssiger Reinprodukte ist es möglich, den Flüssigkeitsstand im Sumpf der oberen Säule des Hauptrektifikationsapparates durch Entnahme flüssiger Reinprodükte aus den Reinproduktsäulen von Hand oder automatisch zu regeln.
Die Zeichnung stellt ein- Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dar.
1, 2, 3,4 sind Regeneratoren. Bei 5 strömt Luft unter Druck ein, bei 6 kann Stickstoff gasförmig entnommen werden. Die eintretende Druckluft wird in den wechselweise eingeschalteten Regeneratoren abgekühlt und strömt dann durch Leitung· 7 in den unteren Teil 14 eines Zweisäulenrektifikationsapparates. Dem Kopf dieses Teiles wird über Leitung 30 gasförmiger Stickstoff entnommen und einem Wärmeaustauscher 16 zugeführt, wo er durch Hochdruckanwärmgas angewärmt wird. Anschließend wird er in der Expansionsmaschine 17 entspannt und über Leitung 31 den Regeneratoren zugeleitet. Nach Durchströmung derselben kann der Stickstoff der Leitung 6 entnommen werden. Der mit der Leitung 32 dem oberen Teil 13 der Hauptsäule und mit der Leitung 36 der NachreLnigungssäule 9 entnommene gasförmige Sauerstoff wird am Punkt 33 geteilt. Ein Teil wird über Leitung 34 dem Wärmeaustauscher 15 zugeleitet, in dem er im Gegenstrom mit sich selbst angewärmt und über Ventil 19 dem Kornpressor 18 zugeleitet wird.
Ein anderer Teil strömt durch Leitung 35, dann durch die in die Regeneratoren eingelegten Rohrschlangen 29 und wird über die Leitung 24 und das Ventil 20 ebenfalls dem Kompressor 18 zugeführt.
Hinter diesem kann über das Ventil 22 bei 21 der gasförmige, komprimierte Sauerstoff für den Verbrauch entnommen werden. Der verbleibende Teil des Hochdrucksauerstoffs wird als Anwärmgas durch die Leitung 25 zum Wärmeaustauscher 15 und nach diesem durch den Wärmeaustauscher 16 geleitet, wobei er laufend abgekühlt wird. Schließlich wird er über das Ventil 37 in die Nachreinigungssäule 9 entspannt. Durch die Leitung 27 kann flüssiger, reiner Sauerstoff abgezogen werden.
Über die Leitung 39 wird dem unteren Teil 14 der Hauptsäule gasförmiger Stickstoff entnommen und der Drucksäule 8 zur Gewinnung von tiefsiedendem Reinprodukt zugeleitet. Am Kopf, dieses Teiles wird durch die Leitung 44 flüssiger Stickstoff abgezogen, durch den Wärmeaustauscher 10 geleitet und mit dem Ventil 43 in das Gefäß 11 entspannt. Diesem kann über die Leitung 28 reiner Stickstoff entnommen werden, während ein gasförmiger Teil durch die Leitung 45 wieder dem Wärmeaustauscher 10 und anschließend über Leitung 41 zusammen mit dem durch Leitung 40 dem Kopf der Hauptsäule entnommenen Stickstoff den Regeneratoren zugeführt wird.
Die am Fuß der Säule 8 anfallende Flüssigkeit strömt durch Leitung 38 zum Wärmeaustauscher 12, kühlt dort den zur oberen Säule gehenden Sauerstoff vor und verdampft dabei zum Teil. Der entstehende Dampf treibt die Flüssigkeit durch die ansteigende Leitung 42 wieder in den unteren Teil 14 der Hauptsäule.
Die durch die Leitungen 24 und 26 zum Kompressor geführten Teilmengen werden mit Hilfe der Ventile 19 und 20 geregelt. Dies kann von Hand oder automatisch mit Hilfe einer Regeleinrichtung 23 geschehen, die von einem temperaturempfindlichen Steuerelement 46 gesteuert wird.
Das Verfahren ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, es kann bei allen bekannten Tieftemperaturgaszerlegungsanlagen angewandt werden, namentlich ist die Verwendung von normalen Wärmeaustauschern oder Reversing-Exchangers statt der Regeneratoren möglich.

Claims (16)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Kälteerzeugung für die Tieftemperaturzerlegung eines Gasgemisches, insbesondere Luft, durch arbeitsleistende Entspannung eines kalt den Hauptwärmeaustauschern, insbesondere Regeneratoren, oder dem Hochdruckteil der Rektifizierkolonne entnommenen und vor seiner Entspannung durch ein Anwärmgas erwärmten Gases, dadurch gekennzeichnet, daß als Anwärmgas (25) ein Teil des höhersiedenden Bestandteils des Gasgemisches, insbesondere Sauerstoff, dient, der nach Erwärmung auf Umgebungstemperatur gemeinsam mit dem zur gasförmigen Entnahme bestimmten Teil (21) des höhersiedenden Bestandteils auf einen für den Verbrauch erforderlichen Druck zwischen 5 und 50 ata verdichtet (18) und anschließend abgekühlt (15) wird und in indirektem Wärmeaustausch (16) das zu entspannende Gas anwärmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verflüssigte Anteil des Anwärmgases nach Abdrosseln (37) auf geringen Druck dem Zerlegungsapparat zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das höhersiedende, gasförmige Produkt in indirektem Wärmeaustausch teils mit dem
Ό21
zu zerlegenden Gas (5), vorzugsweise durch in die Speichermasse der Regeneratoren (1, 2, 3, 4) eingebettete Rohrschlangen (29), teils im Gegenstromwärmeaustausch (15) mit dem verdichteten Anwärmgas aus dem Zerlegungsapparat entnommen und nach Abkühlung ganz oder teilweise verflüssigt in die Zerlegungseinrichtung abgedrosselt (37) wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung des zu erwärmenden xo Anwärmgases auf beide Anwärmwege (29; 15) von Hand oder automatisch so eingestellt wird, daß die Regeneratoren (1, 2, 3, 4) im Temperaturgleichgewicht bleiben.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Kälteleistung mehr Gas arbeitsleistend entspannt und gleichzeitig durch entsprechende Verringerung der Entnahmemenge (21) für das gasförmige, zum Verbrauch bestimmte Höhersiedende die Gasmenge (25) für die Anwärmung des arbeitsleistend zu entspannenden Gases vergrößert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des gasförmigen, zum Verbrauch entnommenen höhersiedenden Produkts (21) durch Wahl des arbeitsleistend zu entspannenden Anteils (31) von Hand oder automatisch nach dem Temperaturgleichgewicht der oberen Rektifikationssäule (13; 9) eingestellt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verflüssigte Anwärmgas in eine Nachreinigungssäule (9) entspannt wird, aus der höhersiedendes Reinprodukt gasförmig oder flüssig (27) entnommen wird und daß die Beheizung der Nachreinigungssäule (9) durch unzerlegtes oder vorzerlegtes kondensierendes Gas (39) bewirkt und das entstehende Kondensat (42) zur Hauptsäule (14) zurückgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Beheizung der Nachreinigungssäule (9) für das Höhersiedende dienende verdichtete Gas durch eine unter dieser Nachreinigungssäule angeordnete Drucksäule (8) zur Gewinnung von tiefersiedendem Reinprodukt geführt und tiefersiedendes Reinprodukt aus dieser 4-5 Drucksäule (8) gasförmig oder flüssig entnommen wird (44).
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beheizung der Nachreinigungssäule (9) für das höhersiedende Produkt Tiefersiedendes aus der Drucksäule (14) eines Zweisäulen-Hauptrektifikationsapparates entnommen (39) und das ablaufende Kondensat auf den Kopf der Drucksäule (14) des Hauptrektifikationsapparates zurückgeleitet wird (42).
10. Verfahren nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das verflüssigte Anwärmgas vor Drosselung (37) in die Nachreinigungssäule (9) für höhersiedendes Produkt in indirektem Wärmeaustausch (12) mit dem zur Hauptsäule zurückfließenden Kondensat gekühlt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Erzeugung flüssiger Reinprodukte der Flüssigkeitsstand im Sumpf der oberen Säule (13) des Hauptrektifikationsapparates durch Entnahme flüssiger Reinprodukte aus der oder den Reinproduktsäulen (9) von Hand oder automatisch geregelt wird.
12. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Leitung für das Hochdruckanwärmgas (25) hinter dem Kompressor (18) eine zum Verbraucher gehende Leitung (21) abzweigt, die ein von Hand oder automatisch verstellbares Absperrventil (22) enthält.
13. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Wärmeaustauschvorrichtung einer Tieftemperaturanlage, insbesondere in die Speichermasse von Regeneratoren (1., 2, 3, 4), Rohrschlangen (29) eingelegt sind, die auf der warmen Seite mit dem Kompressor (18) für das Anwärmgas verbunden sind.
14. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Zuführungsleitungen zum Kompressor (18) Ventile (19,20) eingebaut sind, die von Hand oder automatisch durch Temperatursteuerung (46) geregelt werden.
15. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Expansionsmaschinen (17) vorhanden sind, die dem Gasdurchsatz entsprechend zu- oder abgeschaltet werden können.
16. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (25) für das Hochdruckanwärmgas hinter dem kältesten Wärmeaustauscher (12) über ein Drosselventil (37) mit einer Nachreinigungssäule (9) verbunden ist.
In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 833 051, 1 046 640.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
DEG27542A 1959-07-20 1959-07-20 Verfahren und Einrichtung zur Kaelteerzeugung fuer die Gaszerlegung Pending DE1098021B (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE833051C (de) * 1949-11-11 1952-03-03 Linde Eismasch Ag Verfahren zum Reinigen und Kuehlen zu zerlegender verdichteter Gasgemische
DE1046640B (de) 1957-07-04 1958-12-18 Linde Eismasch Ag Verfahren und Einrichtung zur Kaelteerzeugung durch arbeitsleistende Entspannung

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