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DE2535489A1 - Verfahren und vorrichtung zur zerlegung eines tiefsiedenden gasgemisches - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur zerlegung eines tiefsiedenden gasgemisches

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DE2535489A1
DE2535489A1 DE19752535489 DE2535489A DE2535489A1 DE 2535489 A1 DE2535489 A1 DE 2535489A1 DE 19752535489 DE19752535489 DE 19752535489 DE 2535489 A DE2535489 A DE 2535489A DE 2535489 A1 DE2535489 A1 DE 2535489A1
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Description

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
(H 839) H 75/53
Ke/fl 7. Aug. 1975
Verfahren und Vorrichtung zur Zerlegung eines tiefsiedenden Gasgemisches
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zerlegung eines tiefsiedenden Gasgemisches durch zweistufige Tiefternperaturrektifikation.
,Bei bekannten Verfahren dieser Art ist es meist üblich, die
Drücke in beiden Stufen so einzurichten, daß die leichte
Fraktion der Druckstufe im Wärmekontakt mit der verdampfenden,
609886/0237
ORIGINAL INSPECTED
schweren Fraktion der Niederdruckstufe kondensiert. Nähere Ausführungen dazu finden sich in "Chemie-Ingenieur-Technik" Band 46, 1974, Seiten 881- 924. Der Druck in der Niederdruckstufe wird gerade so hoch gewählt, daß die am Kopf dieser Stufe abgezogenen Produkte gegen den Strömungswiderstand der Rohrleitungen die Anlage verlassen können. Vor allem bei Tieftemperaturzerlegungsanlagen mit sehr großen Durchsatzmengen, bei denen die Kälteverluste gering sind im Vergleich zur aufzuwendenden Verdichtungsenergie, wird der Gesamtenergieverbrauch zu einem erheblichen Teil durch die Energiemenge bestimmt, die notwendig ist, um das Eintrittsgas auf den Druck der Druckstufe zu verdichten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine VerfahrensfUhrung zu finden, die es gestattet, die Druckstufe bei einem niedrigeren Druck zu betreiben, um dadurch Verdichtungsenergie einzusparen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Gas aus dem unteren Teil der Niederdruckstufe abgesaugt und oberhalb einer den unteren Teil der Niederdruckstufe abgrenzenden Trennwand wieder in diese eingeblasen wird.
Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme wird der Druck im unteren Teil der Niederdrucksstufe gesenkt; Infolgedessen kann die schwere
H 839 ./.
609886/0237
Fraktion im Sumpf der Niederdruckstufe bei einer kleineren Temperatur verdampfen (Dampfdruckbeziehung). Da der Sumpf der Niederdruckstufe wie üblich im Wärmekontakt mit dem Kopf der Druckstufe steht, kann dort die leichte Fraktion wegen der gesenkten Temperatur bei einem niedrigeren Druck kondensieren. Der niedrigere Druck hat seinerseits die gewünschte Energieeinsparung zur Folge. Dadurch, daß erfindungsgemäß das Gas, das aus dem unteren Teil der Niederdruckstufe abgesaugt wurde, oberhalb eines Trennblechs wieder eingeblasen wird, sind nach wie vor die Druckverhältnisse so, daß die Produktgase die Anlage gegen den Strömungswiderstand in den Rohren verlassen können.
In besonders vorteilhafter W~ise wirkt sich die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens aus, wenn das Gas aus dem unteren Teil der Niederdruckstufe, mittels eines Ejektors (Strahlverdichter) abgesaugt wird, da in diesem Fall ein gewisser DruckÜberschuß in der Druckstufe sehr günstig zum Betrieb des Ejektors verwendet werden kann.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Anmeldungsgegenstandes wird zum Betrieb des Ejektors eine Rohfraktion der schweren Komponente verwendet, die durch fraktionierte Kondensation in einem Rücklaufkondensator gewonnen wird. Zur Sicherstellung des Kältebedarfs im Rücklaufkondensator wird die gewonnene Rohfraktion der schweren Komponente entspannt und im Wärmetausch mit dem im RUcklaufkondensator fraktioniert kondensierenden Gemisch verdampft.
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Der Druck nach der Entspannung wird so gewählt, daß er oberhalb des Druckes der Niederdruckstufe liegt und die verbleibende Druckdifferenz ausreicht, um den Ejektor in der erfindungsgemäßen Weise zu betreiben. Diese AusfUhrungsform führt zur größtmöglichen Energieeinsparung bei der erfindungsgemäßen VerfahrensfUhrung.
Bei einer anderen Ausbildungsform des Anmeldungsgegenstandes wird zum Betrieb des Ejektors Gas verwendet, das dem unteren Teil der Druckstufe als Flüssigkeit entnommen, nach einer Drasselentspannung in einem Kondensator im Kopf der Druckstufe verdampft und zum Ejektor geführt wird. Die entspannte Flüssigkeit dient also zur Kühlung des Kopfes der Druckstufe. Ihr Verdampfungsdruck liegt oberhalb des Druckes der Niederdruckstufe. Der verbleibende Drucküberschuß wird zum Betrieb des Ejektors ausgenutzt.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich eine zweistufige Rektifikationssäule, bei der der untere Teil der oberen Säule durch eine Trennwand abgetrennt ist und die eine Rohrleitung aufweist, die aus dem Raum unterhalb der Trennwand über einen Verdichter in den Raum oberhalb der Trennwand führt.
Zwei Ausführungsbelspiele des Anmeldungsgegenstandes werden anhand zweier schematischer Verfahrensskizzen näher erläutert. Hierbei ist lediglich der für die Erfindung wesentliche Teil einer zweistufigen Luftzerlegungsanlage dargestellt.
H 8^9 609886/0237
Es zeigen:
Figur 1 eine Luftzerlegungsanlage mit Rücklaufkondensator;
Figur 2 eine Luftzerlegungsanlage mit Plattenkondensator.
Gleiche Teile sind in beiden Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Bezugszeichen 1 und 2 kennzeichnen eine Druck- und eine Niederdrucksäule. Ein Ejektor trägt das Bezugszeichen J>.
In Figur 1 strömt bei h die gekühlte und komprimierte Luft zur Rektifikation in die Drucksäule 1 ein. Die in Rohsauerstoff und Stickstoff zerlegte Luft wird über Leitungen 5 und 6 in die Niederdrucksäule 2 eingedresselt. Die Zerlegungsprodukte Sauerstoff und Stickstoff werden über Leitungen 7 und 8 aus der Niederärueksäule abgezogen.
Erfindungsgemäß wird bei 9 der Drucksäule 1 Luft entnommen und in einem RUcklaufkondensator Io einer fraktionierten Kondensation unterworfen. Der bei der fraktionierten Kondensation gewonnene Stickstoff wird bei 11 in die Drucksäule eingeführt. Der im unteren Teil des RUcklaufkondensators Io sich ansammelnde flüssige Rohsauerstoff wird zur Kälteerzeugung in Ventil 12 bis auf einen Druck von 2,8 bar entspannt und dem im Rücklaufkondensator aufsteigenden Gas unter Wärmekontakt entgegengefUhrt. Er dient als
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Treibstrahl für den Ejektor J, der Gas unterhalb eines Trennbleches IJ über Leitung 14 ansaugt und oberhalb des Trennbleches IJ Über Leitung I5 wieder einbläst. Die in der Niederdrucksäule rücklaufende Flüssigkeit wird über die Ausgleichsleitung 16 am Trennblech vorbeigeführt. Der Druck unterhalb des Trennbleches IJ wird auf 1,1 bar gesenkt, während der Druck oberhalb des Trennbleches IJ auf 1,35 bar angehoben wird. Dadurch ist gewährleistet, daß die über Leitung 7 und 8 abgezogenen Zerlegüngsprodukte nach Berücksichtigung des Druckverlustes an den Böden der Niederdrucksäule immer noch einen genügend hohen Überdruck haben, um die Anlage verlassen zu können. So herrscht beispielsweise im Sumpf der Niederdrucksäule ein Druck von 1,2 bar. Aus der Dampfdruckbeziehung ergibt sich, daß die Drucksäule somit bei einem Druck von 4,6 bar betrieben werden kann.
In dem in Figur 2 dargestellten Verfahren wird auf die Verwendung des Rücklaufkondensators verzichtet. Statt dessen wird die Kälte des in Ventil IJ teilentspannten flüssigen Roh-Sauerstoffs im Plattenwärmetauscher 17 zur Kondensation des in der Drucksäule 2 aufsteigenden Stickstoffgases verwendet. Der nach der Teilentspannung und Verdampfung im Ventil 12 verbleibende Restdruck von 2,5 bar wird zum Betrieb des Ejektors J verwendet. Bei dieser Verfahrensführung kann der Druck unterhalb des Trennbleches IJ auf 1,2 bar gesenkt und oberhalb des Trennbleches auf I,j6 bar angehoben werden. Der Druck im Sumpf der Niederdrucksäule stellt sich, bedingt
H 8J9 ./.
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durch den Druckverlust an den Böden zwischen Trennblech und Sumpf, auf 1,33 bar ein. Mit der DampfdruckteZiehung ergibt sich daraus, daß die Niederdrucksäule bei einem Druck von 4,8 bar betrieben werden kann.
5 Patentansprüche
1 Blatt Zeichnungen
H 8^9 6 0 9 8 8 6/0237 ./·

Claims (7)

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT (H 839) - 8 - H 75/53 Ke/fl 7. August 1975 Patentansprüche
1. Verfahren zur Zerlegung eines tiefsiedenden Gasgemisches durch zweistufige Tieftemperaturrektifikation, dadurch gekennzeichnet, daß Gas aus dem unteren Teil der Niederdruckstufe (2) abgesaugt und oberhalb einer den unteren Teil der Niederdruckstufe (2) abgrenzenden Trennwand (13) wieder in diese eingeblasen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Gas aus dem unteren Teil der Niederdruckstufe (2) mittels eines Ejektors (3) abgesaugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Betrieb des Ejektors (3) eine Rohfraktion der schweren Komponente des zu zerlegenden Gasgemisches verwendet wird, die durch fraktionierte Kondensation in einem RUcklaufkondensator (lO) gewonnen und nach einer Drosselentspannung gegen eine Rohfraktion der leichten Komponente verdampft wird.
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LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Betrieb des Ejektors (3) eine Rohfraktion der schweren Komponente verwendet wird, die dem unteren Teil der Druckstufe (l) flüssig entnommen, nach einer Drosselentspannung in einem Kondensator (17) im Kopf der Druckstufe (l) verdampft und danach zum Ejektor (3) geführt wird.
5. Zweistufige Rektifikationssäule zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine waagrechte Trennwand (13) in der oberen Säule (2) sowie eine Rohrleitung (l4,l5), die aus dem Raum unterhalb der Trennwand (13) über einen Verdichter (3) in den Raum oberhalb der Trennwand (13) führt.
609886/0237
Leerseite
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