DE1012942B

DE1012942B - Pump for pumping liquids, for example liquid oxygen, from a fractionation tower

Info

Publication number: DE1012942B
Application number: DEA18609A
Authority: DE
Inventors: Carl Robert Anderson
Original assignee: Air Products Inc
Current assignee: Air Products Inc
Priority date: 1953-08-17
Filing date: 1953-08-17
Publication date: 1957-08-01

Description

Pumpe zur Förderung von Flüssigkeiten, beispielsweise flüssigem Sauerstoff, aus einem Fraktionierungsturm Die Erfindung betrifft eine Pumpe zur Förderung von Flüssigkeiten, beispielsweise flüssigem Sauerstoff, aus einem Fraktionierungsturm, in dem ein Gemisch aus Gasen mit niedrigem Verdampfungspunkt, z. B. Luft ' zerlegt wird, mit einer Kühleinrichtung zur Kühlung der Ansaugleitung und der Pumpe selbst.Pump for conveying liquids, for example liquid oxygen, from a fractionation tower. The invention relates to a pump for conveying liquids, for example liquid oxygen, from a fractionation tower in which a mixture of gases with a low evaporation point, e.g. B. air 'is decomposed, with a cooling device for cooling the suction line and the pump itself.

Bei den bekannten Pumpen dieser Art werden die l'umpe selbst und die Ansaugleitung durch ein und dasselbe Medium, sei es durch Stickstoff oder das zu fraktionierende verflüssigte Gasgemisch, gekühlt.In the known pumps of this type, the pump itself and the Suction line through one and the same medium, be it nitrogen or the closed fractional liquefied gas mixture, cooled.

Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß zur Kühlung der Ansaugleitung und zur Kühlung der Pumpe verschiedene Medien der Fraktionierungsanlage verwendet werden, und zwar zur Kühlung der Ansaugleitung in an sich bekannter Weise das niedrigsiedende Fraktionierungsprodukt, z.B. Stickstoff, und zur Kühlung der Pumpe in an sich bekannter Weise das zu fraktionierende gekühlte und verflüssigte Gasgemisch oder bei zweistufigen Fraktionierungstürmen das höhersiedende Rohprodukt der Hochdruckstufe, z. B. Rohsauerstoff.In contrast, the invention consists in that for cooling the intake line and various media from the fractionation system are used to cool the pump be, namely to cool the suction line in a known manner the low-boiling point Fractionation product, e.g. nitrogen, and for cooling the pump in a known manner Way, the cooled and liquefied gas mixture to be fractionated or in the case of two-stage Fractionation towers the higher-boiling crude product of the high pressure stage, e.g. B. raw oxygen.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß zwei verschiedene Medien für die beiden Kühlvorgänge verwendet werden, wodurch eine intensivere Unterkühlung des Sauerstoffes in der Ansaugleitung der Pumpe und vor allem eine wirkungsvollere Kühlung der Pumpe erreicht wird. Wesentlich ist es, daß die Kühlung der Pumpe durch ein flüssiges Medium erfolgt, weil die Kühlung einer Pumpe mit einem flüssigen Medium wirkungsvoller ist als mit einem. gasförmigen. Das flüssige Medium wird nach der Kühlung der Fraktionierungsanlage zugeführt, so daß die bei der Kühlung entstehenden Dämpfe keine Verluste darstellen.The advantage of the invention is that two different media can be used for both cooling processes, creating more intense hypothermia the oxygen in the suction line of the pump and, above all, a more effective one Cooling of the pump is achieved. It is essential that the pump is cooled by A liquid medium occurs because the cooling of a pump with a liquid medium is more effective than with one. gaseous. The liquid medium is after the Cooling fed to the fractionation system, so that the resulting from the cooling Vapors do not represent losses.

In der Zuleitung zur Zylinderkühleinrichtung ist vorteilhaft ein Entspannungsventil angeordnet, uni den Druck des Kühlmittels auf den Druck im Fraktionierungsturm zu entspannen.A relief valve is advantageous in the feed line to the cylinder cooling device arranged, uni the pressure of the coolant to the pressure in the fractionation tower relax.

Bei einer Pumpe für eine zweistufige Fraktionierungsanlage ist in der Leitung vom Hochdruckteil des Turmes zur Zylinderkühleinrichtung vorteilhaft ein Wärmeaustauscher vorgesehen, in dem der Rohsauerstoff durch ein aus dem Turm abgezogenes Kühlinittel gekühlt wird, wodurch die Leistung der Zylinderkühleinrichtung wesentlich vergrößert ist.In the case of a pump for a two-stage fractionation system, in the line from the high pressure part of the tower to the cylinder cooling device advantageous a heat exchanger is provided in which the raw oxygen is passed through one from the tower withdrawn coolant is cooled, whereby the performance of the cylinder cooling device is significantly enlarged.

Der Austauscher zum Kühlen der Ansaugleitung ,der Pumpe und der Austauscher zur Kühlung des Rohsauerstoffes sind zweckmäßig in der Stickstoffleitung hintereinandergeschaltet.The exchanger for cooling the suction line, the pump and the exchanger for cooling the raw oxygen are expediently connected in series in the nitrogen line.

Die Erfindung ist an Hand der in der Zeichnung beispielsweise und schematisch dargestellten bekannten und nicht zum Gegenstand der Erfindung gehörenden Fraktionierungsanlagen beschrieben, und zwar in Fig. 1 bei einem einstufigen und in Fig. 2 bei einem zweistufigen Fraktionierungsturin. Wird in der einstufigen Fraktionierungsanlage ge- mäß Fig. 1 Luft zerlegt, so dient die Pumpe C dazu, den im Fraktionierungsturm anfallenden flüssigen Sauerstoff aus dem unteren Teil des Turmes abzuziehen und aus der Anlage herauszufördern. Zur Kühlung der Pumpe dient die Luft, bevor sie in den Fraktionierungsturm eingeführt wird. Sie tritt verdichtet bei 16 in den Wärmeaustauscher A ein und gelangt nach Vorkühlung in demselben durch die die Anlage verlassenden Zerlegungsprodukte über die Leitung 17 in eine im Sauerstoffbad des Turmes B liegende Rohrschlange 15, wo die vorgekühlte Luft verflüssigt wird. Über eine Leitung 19 und ein Entspannungsventil 20. in dem die verflüssigte Luft auf den Druck im Fraktionierungsturm B entspannt wird, fließt sie in eine Rohrschlange 21, die den Zylinder 32 der Pumpe C umgibt. Über die weitere Leitung 22 gelangt die flüssige Luft schließlich in den Fraktionierungsturm B.The invention is described with reference to the known fractionation plants, which are shown schematically and by way of example in the drawing and do not belong to the subject matter of the invention, namely in FIG. 1 with a single-stage and in FIG. 2 with a two-stage fractionation. Is separated into the single-stage fractionation ACCORDING TO FIG. 1 air, the pump C is used to pull the tower the cost incurred fractionator liquid oxygen from the lower part and herauszufördern from the plant. The air is used to cool the pump before it is introduced into the fractionation tower. It enters the heat exchanger A in compressed form at 16 and, after pre-cooling in the same, passes through the decomposition products leaving the system via line 17 into a coil 15 in the oxygen bath of tower B, where the pre-cooled air is liquefied. Via a line 19 and an expansion valve 20, in which the liquefied air is expanded to the pressure in the fractionation tower B, it flows into a pipe coil 21 which surrounds the cylinder 32 of the pump C. The liquid air finally reaches the fractionation tower B via the further line 22.

Die Sauerstoffpumpe C ist in beliebiger Weise als Hochdruckpumpe ausgebildet, deren Kolben 33 über einen Kurbelantrieb 34, 35, 36, 37 und einen Schneckentrieb 38, 39 von dem Motor 40 angetrieben wird. Neben der Kühlung des Zylinders 32 der Sauerstoffpurnpe ist auch noch eine weitere Kühlung des der Pumpe zuströrnenden Sauerstoffes durch den den Fraktionierungsturm B bei 23 verlassenden Stickstoff vorgesehen:#Zu diesem Zweck fließt der flüssige Sauerstoff aus dem unteren Teil des Fraktionierungsturmes über eine Leitung 28 in eine Rohrschlange 25, die in einem Wärmeaustauscher 24 angeordnet ist. In diesem Wärmeaustauscher wird der flüssige Sauerstoff in der Rohrschlange 25 durch den Stickstoff gekühlt, der danach in den Wärmeaustauscher A strömt, um hier in Wärmeaustausch mit der der Anlage zuströmenden Luft und dem die Anlage verlassenden Sauerstoff zu treten. Der Stickstoff verläßt dieAnlage bei 27. The oxygen pump C is designed in any way as a high-pressure pump, the piston 33 of which is driven by the motor 40 via a crank drive 34, 35, 36, 37 and a worm drive 38, 39. In addition to the cooling of the cylinder 32 of the oxygen pump, further cooling of the oxygen flowing into the pump is also provided by the nitrogen leaving the fractionation tower B at 23 : For this purpose, the liquid oxygen flows from the lower part of the fractionation tower via a line 28 into a Coiled tube 25, which is arranged in a heat exchanger 24. In this heat exchanger, the liquid oxygen in the pipe coil 25 is cooled by the nitrogen, which then flows into the heat exchanger A in order to enter into heat exchange with the air flowing into the system and the oxygen leaving the system. The nitrogen leaves the plant at 27.

Der flüssige Sauerstoff gelangt über die Leitung 29 und ein Ansaugvelitil 30 in den Zylinder der Pumpe C und wird beim Druckhub über ein Ventil 31 und die Leitung 41 in den Wärineaustauscher A gedrückt, wo er wie der Stickstoff zur Kühlung der der Anlage zugeführten Luft dient. Der den Wärmeaustauscher A über die Leitung 42 verlassende Sauerstoff kann beispielsweise in Druckflaschen 43 abgefüllt werden.The liquid oxygen enters the cylinder of pump C via line 29 and a suction valve 30 and is pressed during the pressure stroke via a valve 31 and line 41 into heat exchanger A , where, like nitrogen, it is used to cool the air supplied to the system. The oxygen leaving the heat exchanger A via the line 42 can be filled into pressure bottles 43, for example.

Der Kälteverlust des Stickstoffes beim Kühlen des flüssigen Sauerstoffes wird durch die -\Terdampfung des Sauerstoffes im Austauscher A weitgehend ausgeglichen. Die durch die flüssige Luft aus der Pumpe absorbierteWärme bedingt einen kleinen Kühlverlust, der durch entsprechende Erhöhung des Luftdruckes ausgeglichen werden kann.The cold loss of the nitrogen when the liquid oxygen is cooled is largely compensated for by the evaporation of the oxygen in exchanger A. The heat absorbed by the liquid air from the pump causes a small loss of cooling, which can be compensated for by increasing the air pressure accordingly.

Bei der Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 2 ist der Fraktionierungsturm 8 zweistufig. Die Kühlung des Zylinders der Pumpe C wird durch den die Hochdruckstufe des Fraktionierungsturmes 8 unten verlassenden Rohsauerstoff bewirkt, der üb#er die Leitung 62, die Rohrschlange 64 im Wärmeaustauscher63, die Leitung65 und das Entspannungsventil 66 der den Zylinder der Sauerstoffpumpe umgebenden Kühlschlange 67 zuströmt und schließlich über die Leitung 68 in den Hochdruckteil des Fraktionierungsturmes B gelangt. In dem Wärmeaustauscher 63 wird der Rohsauerstoff durch den die Hochdruckstufe des Fraktionierungsturrnes verlassenden Stickstoff gekühlt, der danach die Anlage über den Wärmeaustauscher A und die Leitung 74 verläßt.In the embodiment of the invention according to FIG. 2, the fractionation tower 8 is in two stages. The cooling of the cylinder of the pump C is effected by the raw oxygen leaving the high pressure stage of the fractionation tower 8 at the bottom, which flows through the line 62, the pipe coil 64 in the heat exchanger 63, the line 65 and the expansion valve 66 of the cooling coil 67 surrounding the cylinder of the oxygen pump and finally reaches the high pressure part of fractionation tower B via line 68. In the heat exchanger 63 , the raw oxygen is cooled by the nitrogen leaving the high pressure stage of the fractionation tower, which then leaves the system via the heat exchanger A and the line 74.

Die Pumpe C saugt den flüssigen reinen Sauerstoff über die Leitung 75, die Rohrschlange 71 und das Ansaugventil 77 an. Die Rohrschlange 71 ist in dem Wärmeaustauscher 70 angeordnet, in dem der reine Sauerstoff ebenfalls durch den die Hochdruckstufe verlassenden Stickstoff gekühlt wird. Die beiden Wärmeaustauscher 70 und 63 sind in der Stickstoffleitung hintereinandergeschaltet.The pump C sucks in the liquid pure oxygen via the line 75, the pipe coil 71 and the suction valve 77 . The coil 71 is arranged in the heat exchanger 70 , in which the pure oxygen is also cooled by the nitrogen leaving the high pressure stage. The two heat exchangers 70 and 63 are connected in series in the nitrogen line.

Der von der Pumpe angesaugte Sauerstoff wird über das Ventil 78, die Leitung 90 -und den Wärmeaustauscher A herausgedrückt und kann wiederum auf Druckflaschen 92 abgezogen werden.The oxygen sucked in by the pump is pressed out via the valve 78, the line 90 and the heat exchanger A and can in turn be withdrawn to pressure bottles 92.

In dem Wärmeaustauscher A kommen wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 die die Anlage verlassenden Zerlegungsprodukte mit der der Anlage bei 52 zuströmenden komprimierten Luft zum Wärmeaustausch.In the heat exchanger A , as in the embodiment according to FIG. 1, the decomposition products leaving the system are exchanged with the compressed air flowing into the system at 52.

Claims

PATENTANSI'll # L'CHF: 1. Pump for pumping liquids, for example liquid oxygen. from a fractionation tower in which a mixture of gases with a low evaporation point, e.g. B. air, is broken down, with a cooling device for cooling the suction line and the pump itself, characterized in that various media of the fractionation system are used to cool the suction line and to cool the pump, namely to cool the suction line in a manner known per se the low-boiling fractionation product, e.g. nitrogen, and for cooling the pump in a manner known per se the cooled and liquefied gas mixture to be fractionated or, in the case of two-stage fractionation towers, the higher-boiling crude product of the high-pressure stage, e.g. B. raw oxygen.

2, Punnpe according to claim 1, characterized in that an expansion valve (20, 66) is arranged in the feed line to the cylinder cooling device. 3. Pump according to claim 1 for a two-stage fractionation system, characterized in that a heat exchanger (63) is provided in the line (62, 65) from the high-pressure part of the tower for cylinder cooling device (67) of the pump, in which the raw oxygen is passed through from the Tower withdrawn cooler agent is cooled. 4. Pump according to claim 3, characterized in that the exchanger (70) for cooling the suction line of the pump and the exchanger (63) for cooling the raw oxygen in the nitrogen line (69, 72, 73) are connected in series.

Documents considered: German Patent No. 495 795; USA. Patent Nos. 2,594,512, 2,480,094, the 2,480,093th