DE1234245B - Verfahren zum Verfluessigen von bei der Zerlegung von Luft in einem Trennturm erhaltenen gasfoermigen Stickstoff - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

F25j

Deutsche Kl.: 17 g -1

Nummer: 1234 245

Aktenzeichen: C 284231 a/17 g

Anmeldetag: 15. November 1962

Auslegetag: 16. Februar 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verflüssigen von bei der Zerlegung von Luft in einem Trennturm erhaltenen gasförmigen Stickstoff, bei dem der oben aus dem Trennturm entnommene Stickstoff in mindestens einer Stufe verdichtet und im Wärmeaustausch mit verdampfendem flüssigem Methan verflüssigt wird.

Es ist angegeben worden, das in Erdgasfeldern gewonnene methanreiche Erdgas vor der Verschiffung unter Verdampfung von flüssigem Stickstoff zu verflüssigen und die dabei auf das Erdgas übertragene Tiefkälte am Bestimmungsort zur Verflüssigung von dem Trennturm einer Luftzerlegungsanlage entnommenen und anschließend verdichtetem Stickstoff zu verwenden, wobei es wieder in den gasförmigen Zustand übergeht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Verflüssigung des am Kopf des Trennturms abgezogenen und verdichteten Stickstoffs und der Betrieb des Trennturms unter Verwendung von flüssigem Methan in besonders wirtschaftlicher Weise durchgeführt werden kann, so daß insbesondere keine zusätzliche Kälteenergie und möglichst wenig andere Energiemengen zusätzlich erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird in einfacher Weise dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß bei dem eingangs erwähnten Verfahren vor der Trennung Luft in an sich bekannter Weise von flüssigem Methan gekühlt und Verfahren zum Verflüssigen von bei der
Zerlegung von Luft in einem Trennturrn
erhaltenen gasförmigen Stickstoff

Anmelder:

Conch International Methane Limited,

Nassau (Bahama-Inseln)

Vertreter:

Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls
und Dr. E. v. Pechmann, Patentanwälte,
München 90, Schweigerstr. 2

Als Erfinder benannt:

Michael Joseph French,

Cambridge, Cambridgeshire (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 17. November 1961 (41190)

strom gemischt werden, der durch indirekten Wärmeaustausch mit Sauerstoff aus dem Trennturm gekühlt worden ist. Durch Übertragung der Kälte des aus dem Trennturm abgezogenen kalten gasförmigen

das dabei verdampfte Methan erhitzt und in min- 30 Sauerstoffs auf die ihm zugeführte Luft, läßt sich die destens einer Stufe arbeitsleistend entspannt wird Leistung des Trennturms erhöhen,
und daß der im Wärmeaustausch mit dem verdamp- Die Entspannung und Erwärmung von verdichte-

fenden Methan verflüssigte Stickstoff in mindestens tem, während der Kühlung der zuströmenden Luft einer Stufe entspannt und der bei der Entspannung entstandenen gasförmigen Methan kann in zwei oder gasförmig anfallende Teil des Stickstoffs den ent- 35 mehr Stufen durchgeführt werden. Weil die erzeugte sprechenden Verdichtungsstufen wieder zugeleitet Energie vorzugsweise zum Antrieb der bei dem Verwird, während der flüssig gebliebene Anteil teils in fahren benutzten Verdichter verwendet wird, wird den Trennturm als Rücklauf zurückgeführt und teils nur eine äußere Energiequelle benötigt, nämlich die als Endprodukt entnommen wird. zur Erhitzung des arbeitsleistend zu entspannenden

Das flüssige Methan kann beliebigen Ursprungs 40 gasförmigen Methans. Dessen Erwärmung kann sehr sein, insbesondere kann verflüssigtes Erdgas, welches billig durch indirekten Wärmeaustausch mit heißem

Abwasser erfolgen, z. B. mit dem Kühlwasser einer Kraftmaschine.

Ein Teil des verdichteten Stickstoffs kann in den Heizschlangen der Destillationsblase des Trennturms verflüssigt und mit dem teilweise in den Entspan-

in der Hauptsache aus Methan besteht, zur Verwendung kommen. Mit »Methan« ist daher reines Methan oder ein Gasgemisch gemeint, das Methan als Hauptbestandteil enthält.

Um die in den Trennturm eingeleitete gekühlte Luft mit möglichst niedriger Temperatur einzuleiten, ist es zweckmäßig, diese durch die Heizschlangen der Destillationsblase des Trennturms, bevor sie in den Turm selbst eintritt, zu leiten.

Gegebenenfalls kann die so gekühlte Luft vor dem Einleiten in den Trennturm mit einem anderen Luftnungsstufen entspannten flüssigen Stickstoff gemischt werden. Wird das flüssige Methan entspannt, bevor es bei der Verflüssigung des verdichteten Stickstoffs verdampft, dann kann es anschließend verdichtet und mit dem arbeitsleistend entspannten gasförmigen Methan gemischt werden. Gegebenenfalls kann der

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dem Trennturm entnommene gasförmige Stickstoff in zwei oder mehr Stufen verdichtet werden. Der bei der Entspannung gasförmig anfallende Teil des Stickstoffs kann mit dem bereits teilweise verdichteten Stickstoff vermischt werden, um nach der letzten Verdichiungsstufe durch das flüssige Methan verflüssigt zu werden.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß die gesamte zur Herstellung des flüssigen Stickstoffs notwendige Kälte aus dem flüssigen Methan entnommen werden kann, so daß keine weitere Kältequelle notwendig ist. Die in den Verdichtungsstuiien notwendige Verdichtungsenergie ist auf ein Minimum dadurch beschränkt, daß durch die arbeitsleistende Entspannung des für die Luftvorkühlung verwendeten Methans hierzu Energie gewonnen wird. Die Eingangstemperaturen an den verschiedenen Verdichtern lassen sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in jedem Fall unter etwa -129° C halten.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer schematischen Zeichnung an'einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die Zeichnung veranschaulicht schematisch eine Anlage zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die mit Atmosphärendruck und einer Temperatur von etwa +16° C durch die Leitung 1 in die Anlage eintretende Luft wird im Wärmeaustauscher 2 durch indirekten Wärmeaustausch mit dem auf Druck gebrachten, flüssigen Erdgas aus Leitung 39 auf etwa -158° C abgekühlt. Die gekühlte Luft tritt dann durch Heizschlangen 3 der Destillationsblase des Trennturms 6, in denen sie auf etwa -18O⁰C gekühlt wird, in die Leitung 4, in der sie mit gekühlter Luft aus Leitung 5 vereinigt wird. Diese gekühlte Luft aus Leitung 5 wird aus mit Atmosphärendruck und einer Temperatur von etwa +16° C über einen Wärmeaustauscher 7 eintretender Luft gewonnen, in welchem sie durch indirekten Wärmeaustausch mit über Leitung 8 aus dem Trennturm abgezogenen gesättigten Sauerstoffdämpfen auf etwa —180° C gekühlt wird. Die vereinigten gekühlten Luftströme treten in der Mitte des Trennturms 6 in diesen ein.

Das verdichtete, gasförmige Erdgas, das im Wärmeaustauscher 2 anfällt, wird, wie später beschrieben, erhitzt und entspannt. Der aus dem Wärmeaustauscher 7 austretende Sauerstoff wird als Produkt entnommen.

Am Kopf des Trennturms wird gasförmiger Stickstoff mit einem Druck von etwa 1,02 ata und einer Temperatur von etwa —196° C über die Leitung 9 abgezogen und mit gasförmigem Stickstoff, der mit einem Druck von etwa 1,02 ata und einer Temperatur von etwa —196° C aus Leitung 30 kommt, vereinigt und zusammen mit diesem in einem Verdichter 10 auf etwa 2,6 ata verdichtet, wobei die Temperatur auf etwa —170° C ansteigt. Der verdichtete Stickstoff wird nun in Leitung 11 mit gasförmigem Stickstoff vereinigt, der mit einem Druck von etwa 2,6 ata und einer Temperatur von etwa —190° C in Leitung 26 ansteht, und in einem Verdichter 12 auf etwa 4,8 ata verdichtet, wobei die Temperatur auf etwa —166° C ansteigt. Der hinter dem Verdichter 12 in die Leitung 13 anfallende verdichtete Stickstoff wird zu einem Teil über Leitung 14 durch Heizschlangen 15 der Destillationsblase des Trennturms 6 geführt und auf etwa —180° C gekühlt, worauf er über Leitung 16 in die Leitung 23 eintritt. Der andere Teil des verdichteten Stickstoffs in Leitung 13 mischt sich mit aus Leitung 22 kommenden gasförmigem Stickstoff mit einem Druck von etwa 4,8 ata und einer Temperatur von etwa —180° C. Die Stickstoffströme werden in einen Verdichter 17 auf etwa 8,1 ata verdichtet, wobei ihre Temperatur auf etwa —159° C ansteigt. Der verdichtete Stickstof strömt dann durch die Leitung 18 und den Wärmeaustauscher 19, in dem er durch Wärmeaustausch mit verdampfendem, flüssigen Methan oder Erdgas, das unter einem Druck von etwa 0,22 ata und einer Temperatur von etwa —176° C steht, sich verflüssigt.

Der flüssige Stickstoff gelangt aus dem Wärmeaustauscher 19 über das Drosselventil 20 in den Entspannungsbehälter 21, wobei der Druck auf etwa 4,8 ata und die Temperatur auf etwa —180° C herabgesetzt werden; der hierbei gasförmig anfallende

ao Teil des Stickstoffs wird über die Leitung 22 dem Verdichter 17 zugeleitet. Der flüssig gebliebene Teil des Stickstoffs wird über Leitung 23 aus dem Entspannungsbehälter 21 abgezogen und mit dem flüssigen Stickstoff aus Leitung 16 vereinigt und dann über das Drosselventil 24 in einen zweiten Entspannungsbehälter 25 eingeleitet, wobei der Druck auf etwa 2,6 ata und die Temperatur auf etwa —189° C erniedrigt werden. Der hier gasförmig anfallende Teil des Stickstoffs wird über die Leitung 26 dem Verdichter 12 zugeleitet. Der hier flüssig gebliebene Teil des Stickstoffs wird über die Leitung 27 und das Drosselventil 28 in einen dritten Entspannungsbehälter 29 geleitet, wobei der Druck auf etwa 1,02 ata und die Temperatur auf etwa —196° C erniedrigt werden. Der hier gasförmig anfallende Teil des Stickstoffs gelangt über die Leitung 30 zum Verdichter 10. Der flüssig verbliebene Teil des Stickstoffs wird zum einen Teil über Leitung 31 als Endprodukt abgezogen und zum anderen Teil über Leitung 32 als Rücklauf in den Trennturm 6 gegeben.

Es ist möglich, den thermodynamischen Wirkungsgrad der Verdichter 10, 12 und 17 durch Einspritzen flüssigen Stickstoffs in die Zuleitungen dieser Verdichter zu erhöhen. Hierzu kann beispielsweise unmittelbar vor dem Drosselventil 20 entnommener flüssiger Stickstoff verwendet werden.

Das zur Kühlung der Luft und Verflüssigung des Stickstoffs durch indirekten Wärmeaustausch in den Wärmeaustauschern 2 und 19 dienende flüssige Erdgas gelangt unter einem Druck von etwa 8,1 ata und mit einer Temperatur von etwa —160° C über Leitung 33 in die Anlage. Ein Teil hiervon wird im Drosselventil 34 entspannt, wobei der Druck auf etwa 0,22 ata und die Temperatur auf etwa —176° C erniedrigt werden. Dieses entspannte Erdgas verdampft dann im Wärmeaustauscher 19. Das gasförmige Erdgas mit einem Druck von etwa 0,22 ata wird im Verdichter 35 auf einen Druck von etwa 8,1 ata verdichtet und tritt aus diesem mit einer Temperatur von

etwa +34° C über die Leitung 36 aus, in der es mit aus Leitung 46 kommendem gasförmigem Erdgas mit einem Druck von etwa 8,1 ata und einer Temperatur von etwa —5,5° C vermischt wird. Diese Erdgasmischung wird über die Leitung 36 mit einer Tempe-

⁶S ratur von etwa +23° C aus der Anlage abgezogen.

Der restliche Teil des über Leitung 33 zugeführten flüssigen Erdgases wird über die Leitung 37 zu einer Pumpe 38 geleitet, in dieser auf einen Druck von

etwa 103 ata gepumpt und über Leitung 39 mit einer Temperatur von etwa —176° C in den Wärmeaustauscher 2 eingeleitet und dort im Wärmeaustausch mit der der Anlage zuströmenden Luft auf etwa —9^C C erwärmt. Anschließend wird es in einem Wärmeaustauscher 40 durch Wärmeaustausch mit heißem Wasser aus Leitung 41 auf etwa +71° C weiter erhitzt und in einer Turbine 42 auf einen Druck von etwa 26,7 ata und eine Temperatur von etwa —16° C arbeitsleistend entspannt. Dieses teilentspannte gasförmige Erdgas gelangt dann über die Leitung 43 in einen weiteren Wärmeaustauscher 44, in dem seine Temperatur vom heißen Wasser in Leitung 41 wieder auf etwa +71° C erhöht wird, worauf es in der Turbine 45 auf einen Druck von etwa 8,1 ata und eine Temperatur von etwa —5,5° C nochmals entspannt wird. Dieses gasförmige Erdgas wird schließlich über die Leitung 46 mit dem in Leitung 36 anstehenden verdichteten Erdgas aus dem Verdichter 35 vermischt.

Im vorstehenden Beispiel arbeitet der Trennturm bei Atmosphärendruck; es ist jedoch auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren bei einem mit Unterdruck arbeitenden Trennturm anzuwenden.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verflüssigen von bei der Zerlegung von Luft in einem Trennturm erhaltenen gasförmigen Stickstoff, bei dem der oben aus dem Trennturm entnommene Stickstoff in mindestens einer Stufe verdichtet und im Wärmeaustausch mit verdampfendem flüssigem Methan verflüssigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Trennung Luft in an sich bekannter Weise von flüssigem Methan gekühlt wird, das dabei verdampfte Methan erhitzt und in mindestens einer Stufe arbeitsleistend entspannt wird und daß der im Wärmeaustausch mit dem verdampfenden Methan verflüssigte Stickstoff in mindestens einer Stufe entspannt wird und der bei der Entspannung gasförmig anfallende Teil des Stickstoffs den entsprechenden Verdichtungsstufen wieder zugeleitet wird, während der flüssig gebliebene Anteil teils in den Trennturm als Rückfluß zurückgeführt und teils als Endprodukt entnommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gekühlte Luft vor der Einführung in den Trennturm durch die Heizschlangen der Destillationsblase des Trennturms geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gekühlte Luft vor der Einführung in den Trennturm mit einem anderen Luftstrom gemischt wird, der durch indirekten Wärmeaustausch mit Sauerstoff aus den Trennturm gekühlt worden ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Entspannung des Methans gewonnene Arbeit zur Verdichtung des Stickstoffs verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des verdichteten Stickstoffs in den Heizschlangen der Destillationsblase des Trermturms verflüssigt und mit dem teilweise in den Entspannungsstufen entspannten flüssigen Stickstoff gemischt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Verflüssigung des Stickstoffs erhaltene gasförmige Methan verdichtet und mit dem arbeitsleistend entspannten gasförmigen Methan gemischt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1036 884,
011.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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