DE1250848B - Method and device for the low-temperature decomposition of air with fluctuations in oxygen decrease - Google Patents
Method and device for the low-temperature decomposition of air with fluctuations in oxygen decreaseInfo
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- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
- F25J2250/30—External or auxiliary boiler-condenser in general, e.g. without a specified fluid or one fluid is not a primary air component or an intermediate fluid
- F25J2250/50—One fluid being oxygen
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Int. CL:Int. CL:
F25jF25j
Deutsche Kl.: 17g- 2/01 German class: 17g- 2/01
Nummer: 1250 848Number: 1250 848
Aktenzeichen: G 375081 a/17 gFile number: G 375081 a / 17 g
Anmeldetag: 11. April 1963 Filing date: April 11, 1963
Auslegetag: 28. September 1967Opening day: September 28, 1967
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft mittels zweistufiger Rektifikation, bei dem Schwankungen in der Entnahmemenge von gasförmigem Sauerstoff ausgeglichen werden, indem bei starker Entnahme flüssiger gespeicherter Sauerstoff zusätzlich verdampft wird, während gleichzeitig gasförmiger Stickstoff aus dem Kopf der Drucksäule der arbeitsleistenden Entspannung entzogen, verflüssigt und gespeichert wird, und bei geringer Entnahme die Uberschußmenge an Sauerstoff flüssig gespeichert wird, wobei der verflüssigte Stickstoff verdampft wird.The invention relates to a method and an apparatus for the low-temperature decomposition of air by means of two-stage rectification, in which fluctuations in the withdrawal amount of gaseous oxygen can be balanced by with heavy withdrawal liquid stored oxygen is additionally evaporated, while at the same time gaseous nitrogen is evaporated the head of the pressure column of the work-performing relaxation is withdrawn, liquefied and stored, and in the case of a small withdrawal, the excess amount of oxygen is stored in liquid form, the liquefied Nitrogen is evaporated.
In Verbindung mit der sogenannten Sauerstoffinnenverdichtungj d. h. der Verdampfung des vorher flüssig durch Pumpen auf den Verbrauchsdruck gebrachten Sauerstoffs im Zerlegungsapparat, wurde bereits ein Weg gezeigt, um bei Sauerstoff anlagen mit Regeneratoren als Wärmeaustauschern die Sauerstoffausbeute aus der Zerlegungsluft zu erhöhen. Sauerstoff oder ein im Wärmeaustausch mit dem verdampfenden Sauerstoff verflüssigtes Gas, insbesondere Stickstoff, wird zur Verflüssigung von Rektifikationsdämpfen verdampft, welche der Niederdrucksäule etwa in der Mitte oder, genauer gesagt, zwischen der Aufgabestelle des Rohsauerstoffs aus der Drucksäule und dem Sumpf der Niederdrucksäule entnommen werden.In connection with the so-called internal oxygen compressionj d. H. the evaporation of the previously liquid brought to the consumption pressure by pumping Oxygen in the decomposition apparatus, a way has already been shown to use in oxygen systems Regenerators as heat exchangers increase the oxygen yield from the decomposition air. oxygen or one in heat exchange with the evaporating one Oxygen liquefied gas, in particular nitrogen, is vaporized to liquefy rectification vapors, which the low pressure column roughly in the middle or, more precisely, between the feed point for the raw oxygen from the pressure column and taken from the bottom of the low pressure column.
Die Erhöhung der Ausbeute oder mit anderen Worten die Verminderung des Luftbedarfs für den gewonnenen Sauerstoff ist dabei darauf zurückzuführen, daß die für die praktisch nur zwischen Argon und Sauerstoff ablaufende Rektifikation im unteren Abschnitt der Niederdrucksäule benötigte große Rücklaufmenge teilweise aus den in diesem Säulenabschnitt aufsteigenden Dämpfen gebildet wird, also nur teilweise der Drucksäule entnommen werden muß. Für die im unteren Abschnitt der Niederdrucksäule stattfindende Rektifikation zwischen Argon und Sauerstoff werden je 100 Teile Sauerstoffprodukt mit 99,5Vo O2-Gehalt mindestens 400 Teile Rücklauf benötigt, weil das Dampfdruckverhältnis von Sauerstoff zu Argon etwa 100:130 ist. Bei normaler zweistufiger Rektifikation muß dieser Rücklauf vollständig durch aus der Drucksäule entnommene Flüssigkeiten gebildet werden. Unter Berücksichtigung der Verdampfungsverluste beim Überleiten der Flüssigkeiten und infolge der verschiedenen Verdampfungswärmen von Sauerstoff und Stickstoff müssen mindestens 440 Teile Flüssigkeit aus der Drucksäule in die Niederdrucksäule übergeleitet werden. Wenn zur Deckung der Kälteverluste des Trennapparates 120 Teile der Zerlegungsluft arbeitsleistend entspannt, also nicht ver-Verfahren und VorrichtungThe increase in the yield, or in other words the reduction in the air requirement for the oxygen obtained, is due to the fact that the large amount of return flow required for the rectification, which practically only takes place between argon and oxygen in the lower section of the low-pressure column, is partly formed from the vapors rising in this column section is, so only partially has to be removed from the pressure column. For the rectification between argon and oxygen taking place in the lower section of the low-pressure column, at least 400 parts of reflux are required for every 100 parts of oxygen product with 99.5% O 2 content, because the vapor pressure ratio of oxygen to argon is about 100: 130. With normal two-stage rectification, this return flow must be formed entirely by liquids removed from the pressure column. Taking into account the evaporation losses when the liquids are transferred and as a result of the different evaporation heats of oxygen and nitrogen, at least 440 parts of liquid must be transferred from the pressure column to the low pressure column. If to cover the cold losses of the separating apparatus 120 parts of the decomposition air relaxed to perform work, so not ver process and device
zur Tieftemperaturzerlegung von Luftfor the low-temperature decomposition of air
bei Sauerstoffabnahmeschwankungenwith fluctuations in oxygen consumption
Anmelder:Applicant:
Linde Aktiengesellschaft,Linde Aktiengesellschaft,
Wiesbaden, Hildastr. 2-10Wiesbaden, Hildastr. 2-10
Als Erfinder benannt: l Named as inventor: l
Max Seidel, München-SollnMax Seidel, Munich-Solln
flüssigt werden, ergibt sich ein Luftbedarf von 440 ■+ 120 = 560 Teilen Zerlegungsluft für 100 Teile Sauerstoff von 99,5% Reinheit.are liquid, this results in an air requirement of 440 ■ + 120 = 560 parts of separation air for 100 parts Oxygen of 99.5% purity.
Nimmt man an, daß der Rohsauerstoff der Drucksäule mit 39 % O2-Gehalt entnommen wird, so ergibt sich aus den Gleichgewichtsbedingungen an der Einführungsstelle des Rohsauerstoffs in die obere Säule, daß für die Gewinnung von 100 Teilen Reinsauerstoff aus 500 Teilen Zerlegungsluft neben etwa 255 Teilen Rohsauerstoff mit 39% O2-Gehalt noch etwa 125 Teile Waschstickstoff mit etwa 3% O2-Gehalt notwendig sind. Am Säulenkopf der Niederdrucksäule stehen dann bei etwa 5% Eintrittsverdampfung des Waschstickstoffs 120 Teile Waschstickstoff für 255 + 120 - 100 = 275 Teile aufsteigende Dämpfe zur Verfügung. Dieses Mengenverhältnis von etwa 2,30 gewährleistet eine gute Auswaschung des Sauerstoffs aus den aufsteigenden Dämpfen.Assuming that the crude oxygen is taken from the pressure column with 39% O 2 content, the equilibrium conditions at the point of introduction of the crude oxygen into the upper column show that for the recovery of 100 parts of pure oxygen from 500 parts of decomposition air in addition to about 255 Parts of raw oxygen with 39% O 2 content still need about 125 parts of scrubbing nitrogen with about 3% O 2 content. At the column head of the low-pressure column, 120 parts of washing nitrogen for 255 + 120-100 = 275 parts of rising vapors are then available at approximately 5% inlet evaporation of the washing nitrogen. This ratio of about 2.30 ensures that the oxygen is well removed from the rising vapors.
Bei einer teilweisen Rücklauf bildung aus den Säulendämpfen des unteren Abschnittes der Niederdrucksäule kann also die Menge der aus der Drucksäule in die Niederdrucksäule überzuführenden Flüssigkeiten von 440 Teilen auf etwa 360 Teile je 100 Teile Sauerstoffprodukt vermindert werden.With a partial reflux formation from the column vapors of the lower section of the low-pressure column can therefore determine the amount of liquids to be transferred from the pressure column into the low-pressure column from 440 parts to about 360 parts per 100 parts of oxygen product.
Die Differenz von 440 Teilen und 380 Teilen Flüssigkeitsentnahme aus der Drucksäule steht entweder als Mehrmenge für die arbeitsleistende Entspannung, also zur zusätzlichen Kälteerzeugung zur Verfügung oder kann zu einer Minderung des Luftdurchsatzes je 100 Teile Sauerstoff dienen.The difference between 440 parts and 380 parts of liquid withdrawal from the pressure column is either available as an additional amount for work-performing relaxation, i.e. for additional cooling or can serve to reduce the air throughput per 100 parts of oxygen.
Bei nur 500 Teilen Zerlegungsluft je 100 Teile Sauerstoffprodukt von 99,5% Reinheit stehen dann für die arbeitsleistende Entspannung immer noch 120 Teile Stickstoff je 100 Teile Sauerstoffprodukt zur Verfügung.With only 500 parts of decomposition air per 100 parts of oxygen product of 99.5% purity, there are then 120 parts of nitrogen per 100 parts of oxygen product are still used for work-performing relaxation to disposal.
Da die Kälteverluste der Luftzerlegungsanlage etwa proportional der umgesetzten Luftmenge sind, wirdSince the cold losses in the air separation plant are roughly proportional to the amount of air converted,
709 649/124709 649/124
bei verminderter Luftmenge und gleicher arbeitsleistend entspannter Menge im Verhältnis zum Kältebedarf der Zerlegungseinrichtung mehr Kälte erzeugt.with reduced air volume and the same amount of work relaxed amount in relation to the cooling requirement of the cutting unit generates more cold.
Die vorliegende Erfindung hat es sich nun zur Aufgabe gemacht, den Energieaufwand für die Herstellung von Sauerstoff, insbesondere für höchste Sauerstoffreinheiten mit'über 99% O2-Gehalt, weiter zu senken und darüber hinaus für Nebeneinrichtungen, wie für die Speicherung flüssiger Gase bei schwankendem Sauerstoffbedarf (deutsche Auslegeschrift 1105 897) — insbesondere zum Zweck der Erweiterung des Verbrauchsspielraumes für den gasförmigen Sauerstoff — ohne besonderen Aufwand ausreichende Uberschußkälte zu gewinnen.The present invention has set itself the task of further reducing the energy expenditure for the production of oxygen, in particular for the highest oxygen purities with over 99% O 2 content, and furthermore for ancillary equipment, such as for the storage of liquid gases with fluctuations Oxygen demand (German Auslegeschrift 1105 897) - especially for the purpose of expanding the scope for consumption of the gaseous oxygen - to gain sufficient excess cold without any special effort.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, daß bei normaler Entnahme von Sauerstoff die Verdampfung desselben durch Wärmeaustausch mit aus dem mittleren Teil der Niederdrucksäule entnommenen Dämpfen erfolgt, die nach Kondensation als Rücklauf wieder auf diese aufgegeben werden, und daß bei geringer Entnahme von Sauerstoff zusätzlich gespeicherter flüssiger Stickstoff zur Kondensation der aus der Niederdrucksäule entnommenen Dämpfe verdampft wird.This object is achieved according to the invention in that with normal removal of oxygen the evaporation of the same by heat exchange with from the middle part of the low pressure column removed vapors takes place, which after condensation are returned to this as return be, and that with a low withdrawal of oxygen additionally stored liquid nitrogen for Condensation of the vapors removed from the low pressure column is evaporated.
Bei dem neuen Verfahren kann also mit wenigen und einfachen zusätzlichen Mitteln bei Anwendung der Wechselspeicherung die Sauerstoffgewinnung von Sauerstoffverbrauchsschwankungen unbeeinflußt gehalten werden.With the new method, with few and simple additional means, when applying the exchange storage kept the oxygen production unaffected by fluctuations in oxygen consumption will.
Der fehlende Kältebedarf wird dabei in an sich bekannter Weise vorteilhaft durch die arbeitsleistende Entspannung der während der Zeiten geringer Sauerstoffentnahme erhöhten Stickstoffmenge aus der Drucksäule gedeckt.The lack of refrigeration requirement is advantageous in a manner known per se due to the work performing Relaxation of the increased amount of nitrogen from the during the times of low oxygen extraction Pressure column covered.
Die Verdampferseite des Zwischenkondensators wird erfindungsgemäß vorteilhaft als Umlaufverdampfer betrieben und die bei jeder Umwälzung nicht verdampfte Flüssigkeit wird in einem Abscheider von dem gebildeten Dampf geschieden und über einen tiefer liegenden Adsorber zusammen mit dem neu aus dem Sumpf der Niederdrucksäule entnommenen Sauerstoffprodukt der Verdampferseite des Zwischenkondensators wieder "zugeführt.According to the invention, the evaporator side of the intermediate condenser is advantageously used as a circulation evaporator operated and the liquid not evaporated with each circulation is in a separator of the formed vapor is separated and together with the new one via a deeper adsorber Oxygen product taken from the bottom of the low-pressure column on the evaporator side of the intermediate condenser again "fed.
Ein Niveaugefäß mit freiem Überlauf zum Säüer-Stoffspeicher, welches rnii dem Abscheider zu einer Baueinheit vereinigt sein kann und dessen Dampfraum mit dem Dampf raum des Sauerstoffwechselspeichers verbunden ist, erhält den Flüssigkeitsstand im Verdampfraum des Zwischenkondensators.A level vessel with free overflow to the Säüer material storage tank, which can be combined into a structural unit around the separator and its vapor space is connected to the vapor space of the oxygen storage tank, maintains the liquid level in the Evaporation space of the intermediate condenser.
Durch die selbsttätige Flüssigkeitsstandhaltung im Verdampf raum des Zwischenkondensators wird die Bedienung vereinfacht. : Operation is simplified by the automatic liquid level maintenance in the evaporation chamber of the intermediate condenser. :
Entsprechend der Arbeitsweise des Sauerstoffverdampfers zur Kondensation der Niederdrucksäulendämpfe wird zweckmäßig auch der zu verdampfende Speicherzusatzstickstöff im Umwälzverfahren verdampft und die bei jeder Umwälzung nicht verdampfte Menge von den Dämpfen abgetrennt und dem zu verdampfenden Stickstoffstrom wieder zugeführt. Der Flüssigkeitsstand im Sumpf der Niederdrucksäule wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung durch freien Überlauf, vorzugsweise in ein Niveaugefäß, konstant gehalten, damit die Beflutung der Verdampferseite des Stickstoffkondensatörs zur Beheizung der Niederdrucksäule konstant bleibt.Corresponding to the mode of operation of the oxygen evaporator for condensation of the low-pressure column vapors the additional storage nitrogen to be evaporated is expediently also evaporated in the circulation process and the amount not evaporated during each circulation is separated from the vapors and fed back to the nitrogen stream to be evaporated. The liquid level in the sump of the low pressure column is according to a further feature of the Invention by free overflow, preferably in a level vessel, kept constant so that the flooding the evaporator side of the nitrogen condenser for heating the low pressure column remains constant.
Um das notwendige Temperaturgefälle für die Kondensation von Säulendämpfen durch das verdampfende Sauerstoffprodukt zu schaffen, wird, der Druck auf der Produktverdampfungsseite des Zwischenkondensators gegenüber dem Druck in der Niederdrucksäule gesenkt. Der Druck am unteren Ende der Niederdrucksäule wird gegenüber der üblichen Doppelrektifikation von 1,4 ata auf 1,6 ata erhöht und das Produkt bei einem abgesenkten Druck von 1,2 ata zur Kühlung des Zwischenkondensators verdampft. Der Verdampfungsdruck von 1,2 ata ist ausreichend, um den Sauerstoff nach der Erwärmung inTo achieve the necessary temperature gradient for the condensation of column vapors through the evaporating To create oxygen product, the pressure on the product evaporation side of the intermediate condenser compared to the pressure in the low-pressure column. The pressure at the lower end of the low pressure column is opposite to the usual Double rectification increased from 1.4 ata to 1.6 ata and the product at a reduced pressure of 1.2 ata evaporated to cool the intermediate condenser. The evaporation pressure of 1.2 ata is sufficient around the oxygen after heating in
ίο den üblichen Regeneratorrohrschlangen noch mit einem nicht unter Atmosphärendruck liegenden Druck verfügbar zu haben. Bei Verbrauch des Sauerstoffs unter Druck erfolgt die Verdichtung des erwärmten Sauerstoffs außerhalb des Zerlegungsapparates (Sauerstoffaußenverdichtung).ίο the usual regenerator coils available at a pressure not below atmospheric pressure. When the oxygen is consumed under pressure, the heated oxygen is compressed outside the decomposition apparatus (Outer compression of oxygen).
Wegen des höheren Druckes in der Niederdrucksäule ist vor den Regeneratoren ein Luftdruck von etwa 6,6 ata erforderlich, an Stelle von etwa 5,8 ata beim normalen Linde-Fränkl-Verfahren.Because of the higher pressure in the low-pressure column, there is an air pressure of about 6.6 ata required instead of about 5.8 ata with the normal Linde-Fränkl method.
Der Umschaltverlust der Regeneratoren erhöht den Luftbedarf von 560 Nm3 bzw. 500 Nm3 um etwa 20 Nm3 je 100 Nm3 Sauerstoffprodukt. Der Vergleich ergibt, daß für die Verdichtung von 520 Nm3 Luft auf 6,6 ata Druck, die nach dem Verfahren der Erfindung zur Gewinnung von 100 Nm3 Sauerstoff auf 99,5 % O„-Gehalt benötigt werden, etwa 48 kWh aufzuwenden sind, während beim normalen Linde-Ffänkl-Verfahren für 580 Nm3/h mit 5,8 ata Druck etwa 50 kWh/100 Nm3 Sauerstoff aufzuwenden sind.The switching loss of the regenerators increases the air requirement of 560 Nm 3 or 500 Nm 3 by about 20 Nm 3 per 100 Nm 3 of oxygen product. The comparison shows that for the compression of 520 Nm 3 of air to 6.6 ata pressure, which are required according to the method of the invention to obtain 100 Nm 3 of oxygen to 99.5% O 2 content, about 48 kWh are required , while the normal Linde-Ffänkl process for 580 Nm 3 / h with 5.8 ata pressure requires about 50 kWh / 100 Nm 3 oxygen.
Da in beiden Fällen gleiche Gasmengen für die arbeitsleistende Entspannung zur Verfügung stehen, aber nach der Erfindung einerseits wegen des größeren Druckgefälles etwa 10% mehr Kälte erzeugt wird und andererseits wegen der kleineren Luftmenge etwa 10% weniger Kälteverluste zu decken sind, ergibt sich bei dem neuen Verfahren ein ausreichender Kälteüberschuß, um neben den Kälteverlusten des Luftzerlegers noch Verdampfungsverluste von Flüssigspeichern zu decken, die zum Ausgleich zwischen konstanter Erzeugung und schwankendem Verbrauch von Sauerstoff dienen.Since the same gas quantities are available for the work-performing expansion in both cases, but according to the invention, on the one hand, because of the greater pressure drop, about 10% more cold is generated and on the other hand, because of the smaller amount of air, about 10% less cold losses have to be covered, results With the new process, there is a sufficient excess of cold in addition to the cold losses of the Air separator still cover evaporation losses from liquid storage, which is used to compensate between serve constant generation and fluctuating consumption of oxygen.
Wenn weniger Sauerstoff zum Verbrauch entnommen wird, steigt der Sauerstoffdruck im Verdampfungsraum des Zwischenkondensators, die Temperaturdifferenz der Heizfläche des Zwischenkondensators vermindert sich und die Verdampfungsleistung geht zurück. Da vom Sumpf der Niederdrucksäule eine konstante Menge flüssigen Sauerstoffs zum Zwischenkondensator fließt, steigt der Flüssigkeitsstand auf der Verdampfungsseite des Zwischenkondensators. .If less oxygen is withdrawn for consumption, the oxygen pressure in the evaporation space rises of the intermediate condenser, the temperature difference of the heating surface of the intermediate condenser decreases and the evaporation capacity decreases. Since from the bottom of the low pressure column one If a constant amount of liquid oxygen flows to the intermediate condenser, the liquid level rises the evaporation side of the intermediate condenser. .
Als Folgeerscheinung der verminderten Zwischenkondensation von Rektifikationsdämpfen vermindert sich zunächst die Rücklaufmenge im unteren Säulenabschhitt der Niederdrucksäule und damit zusammenhängend steigt der O,-Gehalt der Säulendämpfe an der Anschlußstelle des Zwischenkondensators und im darüberliegenden Säulenabschnitt. Die Sauerstoffreinheit im unteren Abschnitt und im Sumpf der Niederdrucksäule ändert sieh infolge der Speicherwirkung der Säule viel langsamer. Durch aus dem Stickstoffspeicher entnommenen flüssigen Stickstoff, der unter einem dem Druck der Niederdrucksäule etwa entsprechenden Druck verdampft, wird nun zusätzlich so viel von den Säulendämpfen kondensiert, wie infolge der geringeren Sauerstoffverdampfung im Zwischenkondensator ausgefallen ist. Das gestörte Gleichgewicht der Niederdrucksäule und damit der O.7-Gehalt oberhalb der ZwischenkondensationsstelleAs a consequence of the reduced intercondensation of rectification vapors, the amount of return flow in the lower column section of the low-pressure column initially decreases and, associated with this, the O, -content of the column vapors increases at the connection point of the intermediate condenser and in the column section above. The oxygen purity in the lower section and in the bottom of the low-pressure column changes much more slowly as a result of the storage effect of the column. The liquid nitrogen taken from the nitrogen reservoir, which evaporates under a pressure approximately equal to the pressure of the low-pressure column, now additionally condenses as much of the column vapors as has failed due to the lower oxygen evaporation in the intermediate condenser. The disturbed equilibrium of the low pressure column and thus the O. 7 content above the intermediate condensation point
der Niederdrucksäule wird' damit wieder hergestellt. In der Reinheit des Produktsauerstoffs zeigt sich keine merkbare Änderung. Als Grundlage für die Regelung der Menge des im Zusatzzwischenkondensator verdampften Stickstoffs dient die Analyse der Rektifikationsdämpfe an der Anschlußstelle der Zwischenkondensatoren bzw. zweckmäßig an einer Stelle zwischen dem Anschluß der Zwischenkondensatoren und der Rohsauerstoffeinführung in die Niederdrucksäule. Die Regelung kann von Hand oder automatisch erfolgen. .the low-pressure column is thus restored. There is no noticeable change in the purity of the product oxygen. As a basis for the The analysis of the regulation of the amount of nitrogen evaporated in the additional intermediate condenser is used Rectification vapors at the connection point of the intermediate condensers or expediently at one point between the connection of the intermediate condensers and the introduction of raw oxygen into the low-pressure column. The regulation can be done manually or automatically. .
Wenn der Sauerstoffverbrauch die Erzeugung übersteigt, wird aus dem Sauerstoffwechselspeicher — zweckmäßig mittels einer Pumpe — Sauerstoff zum Niveaugefäß der Sauerstoffverdampfungsseite des Zwischenkondensators gefördert. Eine besondere Mengenregelung ist dafür nicht notwendig, da zuviel geförderte Flüssigkeitsmengen durch den Überlauf des Niveaugefäßes zum Flüssigsauerstoffspeicher zurückfließen. When the oxygen consumption exceeds the production, the oxygen storage system changes - expediently by means of a pump - oxygen to the level vessel on the oxygen evaporation side of the intermediate condenser promoted. A special quantity regulation is not necessary for this, as there is too much Pumped liquid quantities flow back through the overflow of the level vessel to the liquid oxygen storage.
Zur Verdampfung der Mehrmenge von Sauerstoff ohne Rückwirkung auf die Niederdrucksäule wird erfindungsgemäß ein Zusatzproduktverdampfer an das Niveaugefäß der Verdampfungsseite des Zwischenkondensators angeschlossen, der durch kondensierenden Stickstoff aus der Drucksäule beheizt wird. Die Menge des kondensierenden Stickstoffs wird von Hand oder automatisch so geregelt, daß die Zusammensetzung der Dämpfe an der Anschlußstelle des Zwischenkondensators an die Niederdrucksäule oder an einer gewählten Stelle zwischen dieser Stelle und der Einspeisestelle des Rohsauerstoffs in die Niederdrucksäule konstant bleibt. Damit ist gesichert, daß die Menge des in dem Zwischenkondensator für den normalen Betrieb gebildeten Zusatz-Rücklaufes für den unteren Abschnitt der Niederdrucksäule unverändert bleibt.To evaporate the excess amount of oxygen without affecting the low pressure column according to the invention an additional product evaporator to the level vessel on the evaporation side of the intermediate condenser connected, which is heated by condensing nitrogen from the pressure column. The amount of condensing nitrogen is controlled manually or automatically so that the composition the vapors at the connection point of the intermediate condenser to the low-pressure column or at a selected point between this point and the point where the raw oxygen is fed into the low-pressure column remains constant. This ensures that the amount of in the intermediate capacitor for the normal operation formed additional return for the lower section of the low-pressure column unchanged remain.
Der für die Verdampfung des aus dem Sauerstoffwechselspeicher entnommenen flüssigen Sauerstoffs kondensierte Stickstoff wird dem Stickstoffwechselspeicher zugeführt, so daß eine Rückwirkung auf die Zerlegungssäule entfällt.The one for the evaporation of the liquid oxygen taken from the oxygen storage tank condensed nitrogen is fed to the nitrogen exchange storage, so that a repercussion on the No separation column.
Um die erforderliche Stickstoffmenge aus; der Drucksäule für die Verdampfung des aus dem O2-Wechselspeicher flüssig zugesetzten Sauerstoffs ohne Veränderung der Beheizung der Niederdrucksäule verfügbar zu haben, muß die Beaufschlagung der Entspannungsturbine so weit vermindert werden, daß die Beheizung der Niederdrucksäule durch kondensierenden Druckstickstoff und damit die Reinheit des Sauerstoffs im Säulensumpf der Niederdrucksäule unverändert bleibt. Der zeitweise Verzicht auf einen Teil der möglichen Kälteleistung kann durch den Kältevorrat der Wechsel speicher ersetzt werden.To get the required amount of nitrogen; To have the pressure column available for the evaporation of the oxygen added in liquid form from the O 2 swap storage unit without changing the heating of the low-pressure column, the pressure on the expansion turbine must be reduced to such an extent that the heating of the low-pressure column by condensing pressurized nitrogen and thus the purity of the oxygen in the The column bottom of the low pressure column remains unchanged. The temporary waiver of part of the possible cooling capacity can be replaced by the cold storage of the removable storage.
Durch Einschalten einer Rektifikation zwischen die Stelle der Niederdrucksäule, aus der die Säulendämpfe für die Zwischenkondensation entnommen und zu der das gebildete Zwischenkondensat zurückgeleitet wird, und die Zwischenkondensation selbst kann Argon soweit angereichert werden, daß es als verhältnismäßig reines Rohprodukt am Zwischenkondensator ausgeschleust werden kann. Im Zwischenkondensator kondensiert dann praktisch nur Argon. Die Argongewinnung durch eine solche.Zwischenrektifikation zwischen Niederdrucksäule und Zwischenkondensation bedingt eine zusätzliche Erhöhung des Druckes der Niederdrücksäule, da der Druck des ini Zwischenkondensator kondensierenden Argons wegen der zum Sauerstoff tieferen Siedetemperatur höher sein muß und der Strömungswiderstand der Argonrektifikation zu einer weiteren Druck-: erhöhung im Sumpf der Niederdrucksäule führt. Damit der Stickstoff der Drucksäule aus der Sumpfflüssigkeit der Niederdrucksäule die Rektifikationsdämpfe für die Niederdrucksäule verdampfen kann, muß der Zerlegungsluftdruck um 1 bis 1,5 at höher gewählt werden als ohne Argongewinnung.By switching on a rectification between the point of the low pressure column from which the column vapors removed for the intermediate condensation and returned to the intermediate condensate formed is, and the intermediate condensation itself can be enriched argon to the extent that it as relatively pure crude product can be discharged at the intermediate condenser. In the intermediate capacitor then practically only argon condenses. The extraction of argon through such an intermediate rectification between the low-pressure column and intermediate condensation requires an additional increase of the pressure of the low pressure column, since the pressure of the ini intermediate condenser condensing Argon has to be higher because of the lower boiling temperature than oxygen and the flow resistance the argon rectification leads to a further pressure increase in the bottom of the low-pressure column. In order to the nitrogen of the pressure column from the bottom liquid of the low pressure column the rectification vapors can evaporate for the low-pressure column, the decomposition air pressure must be selected 1 to 1.5 at higher are considered to be without argon extraction.
Die Figur zeigt beispielsweise und schematisch eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.The figure shows, for example and schematically, a system for carrying out the method.
Die auf 6,6 ata komprimierte Luft, etwa 520 Teile bezogen auf 100 Teile Produkt, wird über die Leitung 1 in den Regeneratoren 2, 4 bzw. 3, 5 gekühlt und gereinigt. Die nach Abzug der Schaltverluste verbleibende Luftmenge, etwa 500 Teile, wird durch die Leitung 6 dem unteren Ende der unter einem Druck von 6,5 ata stehenden Drucksäule 12 des Doppelrektifikators zugeführt. Die im Sumpf der Drucksäule 12 sich sammelnde Flüssigkeit, etwa 255 Teile mit etwa 39% Sauerstoffgehalt, wird über die Leitung 7 abgezogen und durch die wechselseitig betriebenen Adsorber 8 α und Sb geführt und dort von Kohlendioxydspuren und von Kohlenwasserstoffen befreit. Die gereinigte Flüssigkeit wird anschließend durch die Leitung 9 über den Unterkühlungsgegenströmer 10 und das Entspannungsventil 11 in die Niederdrucksäule 13 entspannt, in der an dieser Stelle ein Druck von etwa 1,5 ata herrscht.The air compressed to 6.6 ata, about 520 parts per 100 parts of product, is cooled and cleaned via line 1 in regenerators 2, 4 or 3, 5. The amount of air remaining after deduction of the switching losses, about 500 parts, is fed through the line 6 to the lower end of the pressure column 12 of the double rectifier, which is under a pressure of 6.5 ata. The liquid collecting in the sump of the pressure column 12, about 255 parts with about 39% oxygen content, is withdrawn via line 7 and passed through the alternately operated adsorbers 8 α and Sb and freed from traces of carbon dioxide and hydrocarbons there. The purified liquid is then expanded through the line 9 via the subcooling countercurrent 10 and the expansion valve 11 into the low-pressure column 13, in which there is a pressure of about 1.5 ata at this point.
Dem oberen Teil der Drucksäule 12 werden etwa 125 Teile flüssiger Stickstoff mit etwa 3% Sauerstoffgehalt über das Regelventil 14 entnommen und durch die Leitung 15 dem Stickstoffspeicher 16 zugeführt. Durch die Leitung 17 wird vom Stickstoffspeicher 16 flüssiger Stickstoff entnommen, im Wärmeaustauscher 18 unterkühlt, im Ventil 19 entspannt und als Waschflüssigkeit in den Kopf der Niederdrucksäule 13 eingeleitet. Bei normalem Sauerstoffverbrauch kann abweichend von der Zeichnung unter Ausschaltung des Stickstoffspeichers 16 die Leitung 15 mit der LeitungThe upper part of the pressure column 12 is about 125 parts of liquid nitrogen with about 3% oxygen content Taken via the control valve 14 and fed to the nitrogen reservoir 16 through the line 15. Liquid nitrogen is withdrawn from the nitrogen accumulator 16 through the line 17 in the heat exchanger 18 is supercooled, relaxed in the valve 19 and introduced into the head of the low-pressure column 13 as washing liquid. With normal oxygen consumption, deviating from the drawing, the Nitrogen reservoir 16, the line 15 with the line
17 verbunden werden. Gasförmiger Stickstoff, etwa 120 Teile, wird dem Kopf der Drucksäule 12 durch die Leitung 20 entnommen, im unteren Teil der Regeneratoren 2, 3, 4, 5 durch Rohrschlangen geführt, dort etwas angewärmt und über die Leitung 21 in die Turbine 22 oder 23 geführt und arbeitsleistend entspannt. Anschließend wird diese Stickstoffmenge durch die Leitung 24 über die Rückschlagventile 25 a und 25 c bzw. 256 und 25 d in die Regeneratoren 2, 4 bzw. 3, 5 geführt, dort auf Umgebungstemperatur erwärmt und verläßt die Anlage durch die Leitung 26, Vom Kopf der Niederdrucksäule 13 ,werden durch die Leitung 27 280 Teile Stickstoff mit etwa 2,3% Sauerstoffgehalt abgezogen, zur Unterkühlung der aus der Drucksäule 12 zur Niederdrucksäule 13 übergeleiteten Flüssigkeiten durch die Wärmeaustauscher17 are connected. Gaseous nitrogen, about 120 parts, is taken from the top of the pressure column 12 through line 20, passed through pipe coils in the lower part of the regenerators 2, 3, 4, 5, warmed up a little there and fed via line 21 into the turbine 22 or 23 and relaxed while doing work. This amount of nitrogen is then passed through line 24 via check valves 25 a and 25 c or 256 and 25 d into regenerators 2, 4 or 3, 5, where it is heated to ambient temperature and leaves the system through line 26, from the head the low pressure column 13, 280 parts of nitrogen with about 2.3% oxygen content are withdrawn through the line 27 to subcool the liquids transferred from the pressure column 12 to the low pressure column 13 by the heat exchanger
18 und 10 geleitet und über die Drosselklappe 28 der von der Turbine 22 oder 23 kommenden Stickstoffmenge zugeführt.18 and 10 passed and through the throttle valve 28 of the supplied by the turbine 22 or 23 coming amount of nitrogen.
Vom Sumpf der Niederdrucksäule 13 wird über die Leitung 29 flüssiger Sauerstoff entnommen und in das Niveaugefäß 30 geleitet, das am oberen Ende mit dem Dampf raum des Säulensumpfes der Niederdrucksäule 13 verbunden ist. Das ablaufende flüssige Produkt, bei Normalverbrauch 100 Teile Sauerstoff mit etwa 99,5% Reinheit, wird durch die Leitung 31 über das Drosselventil 32 und den Adsorber 33 mit der Leitung 34 in den unter einem Druck von etwaFrom the bottom of the low-pressure column 13, liquid oxygen is withdrawn via line 29 and fed into the Level vessel 30 passed, the upper end with the vapor space of the column sump of the low pressure column 13 is connected. The running liquid product, with normal consumption 100 parts of oxygen about 99.5% purity, is through line 31 Via the throttle valve 32 and the adsorber 33 with the line 34 in the under a pressure of about
1,2 ata stehenden Zwischenkondensator 35 geleitet, in dem es durch Wärmeaustausch mit etwa 100 Teilen kondensierenden Rektiflkationsdämpfen, die der Niederdrucksäule 13 zwischen der Aufgabestelle des Rohsauerstoffs aus der Drucksäule und dem Sumpf der Niederdrucksäule über die Leitung 36 entnommen und als Kondensat durch die Leitung 37 wieder zurückgeleitet werden, verdampft. Durch Handeinstellen des Drosselventils 32 kann das Niveau im1.2 ata standing intermediate condenser 35 passed, in which it is exchanged by heat with about 100 parts condensing rectification vapors, which the low-pressure column 13 between the feed point of the Raw oxygen taken from the pressure column and the bottom of the low pressure column via line 36 and returned as condensate through line 37, evaporated. By manual adjustment of the throttle valve 32 can increase the level in
aus der Drucksäule 12 verdampft und im Niveaugefäß 38 dem im Zwischenkondensator 35 verdampften Produktsauerstoff zugefügt. Von dem aus dem Kopf der Drucksäule 12 entnommenen Stickstoff für 5 die Entspannungsturbine wird ein Teil über das Dreiwegeregulierventil 54 und über die Leitung 53 abgezweigt und im Kondensationsraum des Zusatzproduktverdampfers 52 kondensiert. Etwa 36 Teile Druckstickstoff kondensieren im Wärmeaustausch Niveaugefäß 30 leicht innerhalb eines relativ weiten io mit dem verdampfenden Mehrprodukt von 25 Teilen Bereiches eingestellt werden, ohne daß sich der Flüs- Sauerstoff. Im Abscheider 55 wird der flüssige Teil sigkeitsstand im Säulensumpf ändert. Die Verdamp- abgetrennt und durch die Leitung 56 dem Stickstoffferseite des Zwischenkondensators 35 ist als Umwälz- speicher 16 zugeführt. Ein nicht kondensierter Rest verdampfer dargestellt. Im anschließenden Niveau- des Stickstoffs wird aus dem Abscheider 55 durch die gefäß 38, das zugleich als Abscheider dient, wird der 15 Leitung 57 entnommen und der vom Kopf derDruckbeim Umwälzen der verdampfenden Flüssigkeit ver- säule zu den Entspannungsturbinen 22 oder 23 fühbleibende flüssige Teil abgetrennt und durch die Lei- renden Stickstoffleitung 20 zugeleitet. Um die zur tung 39 über den Adsorber 33 dem Zwischenkonden- Verdampfung der Sauerstoffmehrmenge von 25 % sator35 wieder zugeführt. Das gasförmige Endpro- erforderliche Druckstickstoffmenge ohne Beeinflusdukt wird durch die Leitung 40 dem Kopf des Ni- 20 sung der Doppelrektifikation verfügbar zu haben, veaugefäßes 38 entnommen, in den Rohrschlangen wird während der Zeit der Sauerstoffmehrentnahme der Regeneratoren auf Umgebungstemperatur ange- die Durchsatzmenge der Stickstoffentspannungsturwärmt und im Kompressor 41 auf beispielsweise bine 22 bzw. 23 vermindert. Als Regelgrundlage dient 30 ata verdichtet. die Abweichung vom Beharrungszustand der Nieder-evaporated from the pressure column 12 and evaporated in the level vessel 38 in the intermediate condenser 35 Product oxygen added. Of the nitrogen withdrawn from the top of the pressure column 12 for 5, part of the expansion turbine is branched off via the three-way regulating valve 54 and via the line 53 and condensed in the condensation space of the additional product evaporator 52. About 36 parts Pressure nitrogen condense in the heat exchange level vessel 30 easily within a relatively wide io with the evaporating excess product of 25 parts Range can be set without the liquid oxygen. In the separator 55 is the liquid part The level of liquidity in the column sump changes. The evaporator is separated and through line 56 to the nitrogen side the intermediate capacitor 35 is supplied as a circulating accumulator 16. A non-condensed residue vaporizer shown. In the subsequent level of nitrogen is from the separator 55 through the Vessel 38, which also serves as a separator, is taken from line 57 and that from the head of the pressure Circulation of the evaporating liquid column to the expansion turbines 22 or 23 remains separated the liquid part and fed through the nitrogen line 20. To the for device 39 via the adsorber 33 to the intermediate condenser - evaporation of the oxygen excess of 25% sator35 fed back. The gaseous end product required pressure nitrogen without any influence is available through line 40 to the head of the Ni- 20 solution for double rectification, veaugefäßes 38 removed, in the coils during the time of the oxygen extraction the regenerators to ambient temperature - the throughput rate of the nitrogen expansion tower warms up and reduced in the compressor 41 to, for example, bine 22 or 23. Serves as the rule basis 30 ata compressed. the deviation from the steady state of low
Arbeitsweise bei unterdurchschnittlichem Sauer- 35 drucksäule, vorzugsweise der Sauerstoffgehalt des stoff verbrauch: Bei beispielsweise 25 % geringerem vom Kopf dieser Säule abziehenden Stickstoffs.Operation with a below-average acid pressure column, preferably the oxygen content of the Material consumption: For example, with 25% less nitrogen being withdrawn from the top of this column.
Sauerstoffverbrauch als der Erzeugung entspricht, werden 25 %> des von der Niederdrucksäule kommenden flüssigen Produkts auf der Verdampferseite des Zwischenkondensators 35 nicht verdampft. Der nicht verdampfte Teil, etwa 25 Teile, wird durch freien Überlauf des Niveaugefäßes 38 mittels der Leitung 42 dem Sauerstoffspeicher 43, in dem ein Druck von etwa 1,2 ata herrscht, zugeführt. Der Dampfraum des Sauerstoffspeichers 43 ist mit dem oberen Ende des Niveaugefäßes 38 verbunden, wie gestrichelt angedeutet. Oxygen consumption than corresponds to generation will be 25%> of the liquid product coming from the low pressure column on the evaporator side of the Intermediate capacitor 35 not evaporated. The non-evaporated part, about 25 parts, is released through Overflow of the level vessel 38 by means of the line 42 to the oxygen storage 43, in which a pressure of about 1.2 ata prevails, supplied. The vapor space of the oxygen storage 43 is with the upper end of the Level vessel 38 connected, as indicated by dashed lines.
Aus dem Stickstoffspeicher 16 werden zusätzlich 25 bis 30 Teile flüssigen Stickstoffs entnommen, durch die Leitung 44 über das Entspannungsventil 45 in den Abscheider 46 geleitet, vom Fuß des Abscheiders durch die Leitung 47 abgenommen und auf der Verdampferseite eines Zusatzzwischenkondensators, der nach der Zeichnung mit dem Zwischenkondensator 35 zu einer Baueinheit vereinigt ist, im Wärmeaustausch mit den kondensierenden Säulendämpfen von der Niederdrucksäule 13 im ständigen Umlauf verdampft. Durch diesen Stickstoff wird zusätzlich etwa soviel von den Säulendämpfen kondensiert, wie infolge geringerer Sauerstoffverdampfung im Zwischenkondensator weniger kondensiert ist. Im Abscheider 46 wird der flüssige Teil des bei der Verdampfung im Zusatzzwischenkondensator umgewälzten Stickstoffs abgetrennt und der Verdampferseite des Zusatzzwischenkondensators wieder zugeführt. Der gasförmige Teil wird vom Kopf des Abscheiders 46 über die Leitung 48 abgezogen und mit dem vom Kopf der Niederdrucksäule 13 kommenden Stickstoff in Leitung 27 zusammengeführt.An additional 25 to 30 parts of liquid nitrogen are withdrawn from the nitrogen reservoir 16, passed through line 44 via expansion valve 45 into separator 46, from the base of the separator removed through line 47 and on the evaporator side of an additional intermediate condenser, which, according to the drawing, is combined with the intermediate capacitor 35 to form a structural unit, in the heat exchange with the condensing column vapors from the low pressure column 13 in constant circulation evaporates. This nitrogen also condenses about as much of the column vapors as is less condensed due to lower oxygen evaporation in the intermediate condenser. In the separator 46 is the liquid part of the circulated during the evaporation in the additional intermediate condenser Separated nitrogen and fed back to the evaporator side of the additional intermediate condenser. The gaseous part is withdrawn from the top of the separator 46 via line 48 and with the from At the top of the low-pressure column 13, incoming nitrogen is brought together in line 27.
Arbeitsweise bei überdurchschnittlichem Sauerstoffverbrauch; Bei beispielsweise 25% höherem Sauerstoffverbrauch als der Erzeugung entspricht, werden aus dem Sauerstoffspeicher 43 mittels einer Pumpe 49 25 Teile Sauerstoff mit 99,5 °/o Reinheit durch Leitung 50 zum Niveaugefäß 38 gefördert. Das Mehrprodukt wird von der Leitung 34 über die Leitung 51 abgezweigt, im Zusatzproduktverdampfer 52 im Wärmeaustausch mit kondensierendem StickstoffWorking method with above-average oxygen consumption; For example, 25% higher Oxygen consumption than corresponds to the generation, are from the oxygen storage 43 by means of a Pump 49 pumped 25 parts of oxygen with a purity of 99.5% through line 50 to level vessel 38. That Additional product is branched off from line 34 via line 51, in additional product evaporator 52 in heat exchange with condensing nitrogen
Claims (17)
Deutsche Patentschriften Nr. 1 012 939, 1 056 633; deutsche Auslegeschrift Nr. 1105 897.Considered publications:
German Patent Nos. 1,012,939, 1,056,633; German interpretative document No. 1105 897.
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| Publication Number | Publication Date |
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0
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| US5082482A (en) * | 1989-10-09 | 1992-01-21 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Process and apparatus for the production of gaseous oxygen with a variable flow by air distillation |
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