DE69228443T2

DE69228443T2 - Methode und einrichtung zur automatischen herstellung von blöcken festen kohlendioxids bei niedrigem druck

Info

Publication number: DE69228443T2
Application number: DE69228443T
Authority: DE
Inventors: Emilio Fernandez; Roger Gyger; Jose Izquierdo; George Rhoades
Original assignee: Liquid Carbonic Corp
Current assignee: Liquid Carbonic Corp
Priority date: 1991-12-12
Filing date: 1992-12-11
Publication date: 1999-09-16
Anticipated expiration: 2012-12-12
Also published as: TR27551A; DE69228443D1; AU3249893A; WO1993012395A1; CA2125292A1; BR9206913A; MX9205096A; JPH07502247A; EP0619866B1; EP0619866A4; EP0619866A1; JP3428642B2; CN1074032A; ATE176818T1; US5257503A; ES2130245T3; AR247944A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfestigung von Kohlendioxid (CO&sub2;) und im besonderen auf ein erfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Herstellung von Blöcken aus festem Kohlendioxid mit einer Dichte von 1,1 bis 1,50 g/cm³ oder größer bei niedrigem Druck.

Hintergrund der Erfindung

Der Prozeß der Verfestigung von flüssigem zu festem CO&sub2;, üblicherweise "Trockeneis" genannt, ist gut bekannt wobei das Erzeugnis kommerziell für den Transport und die Lagerung von Medikamenten oder bereits gefrorenen oder frischen Nahrungsmitteln, zur Erzeugung künstlichen Regens, zum Feuerlöschen, zum Abschrecken von Metall usw. eingesetzt wird. Typischerweise umfassen die herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von festem CO&sub2; zunächst die Erzeugung einer Masse von CO&sub2;-Schnee bei einem dem atmosphärischen ähnlichen Druck und dann das Komprimieren dieser Masse, wobei sie eine bestimmte Form und Dichte erhält. Die durchschnittliche Leistung der herkömmlichen Ausrüstung zur Herstellung fester CO&sub2;-Würfel mit Standardabmessungen (25,4 cm · 25,4 cm · 25,4 cm) liegt bei ca. 5-6 Minuten oder mehr je Würfel. Die Ausrüstung umfaßt im Grunde: a) geschlossene Kammern zur Aufrechterhaltung der für die Bildung des Kohlendioxidschnees notwendigen Bedingungen; b) Ausrüstung zur Gasrückgewinnung; c) hydraulische Kompressionssysteme; d) CO&sub2;-Lagertanks, in die das Gas zurückkehrt, und e) Verflüssigungssysteme.
Diese Ausrüstung arbeitet im Grunde dahingehend, daß flüssiges CO&sub2; auf einen Druck von etwa 5 kg/cm² expandiert wird, um eine Masse von Kohlendioxidschnee zu erzeugen, aus dem Gas mittels eines Kompressionselementes extrahiert wird, um dadurch einen etwa dem atmosphärischen entsprechenden Druck zu erhalten. Später wird diese Masse mittels eines Hydrauliksystems mit einem Druck von 125 kg/cm² in eine Form gepreßt, so daß die resultierende komprimierte Masse Trockeneis später mit einer maximalen Dichte von 1,55 g/cm³ ausgetrieben werden kann. Wegen der für die Komprimierung des Kohlendioxidschnees zur Bildung eines Blockes von relativ hoher Dichte erforderlichen hohen Drücke sind Bau und Betrieb der erforderlichen Ausrüstungen teuer.
Andere, vom oben beschriebenen und traditionell bereits angewandten Verfahren abweichende Verfahren wurden in vielen Patenten offenbart, die generell von den thermodynamischen Eigenschaften des CO&sub2; ausgehen.
Die Konzepte und Einzelheiten der bekannten Verfahren und Ausrüstungen werden in folgenden US-Patentschriften offenbart: 1,925,041; 1,925,619; 1,870,691; 1,950,180; 1,795,772; 2,738,658; 4,033,736; 3,817,045 und 4,780,119.
Das US-Patent Nr. 1,925,041 (Auerbach) beschreibt einen zweistufigen Prozeß, bei dem zunächst eine Schicht aus festem CO&sub2; am Boden einer Form erzeugt wird, die zum Abdichten und Halten dient und ausreichend dicht ist, um das Durchdringen von gasförmigem CO&sub2; durch diese Schicht zu verhindern. Danach wird flüssiges CO&sub2; bei einem hohen Druck von 20 at (21,9 kg/cm²) eingespritzt. Das flüssige CO&sub2; verdampft langsam und bildet einen dichten CO&sub2;-Block mit einem spezifischen Gewicht von ca. 1,4.
Andererseits geht es im US-Patent Nr. 2,925,619 (Zumbra) darum, eine zylindrische Kammer bei atmosphärischem Druck mit CO&sub2;-Schnee zu füllen und dann flüssiges CO&sub2; in den Schnee zu injizieren, um eine Masse von CO&sub2;-Schnee zu erzeugen, die mit kaltem flüssigem CO&sub2; unter hohem Druck (oberhalb des Dreifachpunktes), zum Beispiel 5,47 kg/cm = , gesättigt ist, wobei es in dieser Form zum Verfestigen gebracht wird, indem es dadurch gefroren wird, daß eine ringförmige Umgebungskammer mit CO&sub2;-Schnee mit einer Temperatur von -77,2 ºC gefüllt wird.
Das US-Patent Nr. 1,870,691 (Rust u. a.) zeigt eine für die Erzeugung von festem CO&sub2; modifizierte Extrusionsvorrichtung, die eine Zwischenzone verwendet, in der eine Masse von CO&sub2;-Schnee mit flüssigem CO&sub2; bei einem Druck von 21,9 kg/cm = gesättigt wird, die man dann langsam verdampfen läßt. Im allgemeinen gleicht die von Rust u. a. beschriebene Vorrichtung der oben erwähnten Vorrichtung, die im US-Patent Nr. 1,925,041 (Auerbach) offengelegt wurde.
Das US-Patent Nr. 1,950,180 (Jones u. a.) offenbart verschiedene Vorrichtungen zur Herstellung von festen CO&sub2;-Blöcken, die eine im allgemeinen einheitliche Dichte von über 1,5 g/cm aufweisen. Das Patent offenbart das Konzept, eine Kammer bei etwa atmosphärischenm Druck mit Schnee zu füllen und dann flüssiges CO&sub2; mit einem Druck über dem Dreifachpunkt in die Kammer einzufüllen, so daß eine Sättigung eintritt und der Schnee in der Flüssigkeit liegt, wobei später bei etwa atmosphärischem Druck die Flüssigkeit langsam verdampft, um durchschnittlich große CO&sub2;-Kristalle zu erhalten, die dann zu hochdichtem festem CO&sub2; gepreßt werden.
Das US-Patent Nr. 1,795,772 (Goosman) bezieht sich im allgemeinen auf ein Kompressions- und Extrusionsverfahren. Das US-Patent Nr. 2,738,658 (Bronson) zeigt die Herstellung von Schnee, der einem herkömmlichen Trockeneisdruck zugeführt wird.
Das US-Patent Nr. 4,033,736 (Cann) betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Stangen oder Kugeln unter Verwendung einer Kompressions-/Extrusionskammer und zur Anwendung von Drehkraft gegen den von einer Feder ausgeübten Druck.
Aus den Offenlegungen der oben genannten Patente wird deutlich, daß einige der Verfahren des Standes der Technik für die Herstellung von festen CO&sub2;-Würfeln durch Kompression auf Erzeugnisdichten von 1,4 bis 1,5 g/cm³ ausgelegt sind und daß mit anderen Ausrüstungen feste CO&sub2; Würfel mit durchschnittlichen Dichten unter 0,6 bis 0,8 g/cm³ erzeugt werden. Die weniger dichte Form des Kohlendioxids kann dem Bedarf der Industrie an Trockeneis nicht gerecht werden, zumal seine Verwendung auf weniger anspruchsvolle Anwendungen beschränkt ist.
Mit Blick auf die oben angesprochenen Patente kann man zusammenfassend feststellen, daß die im US-Patent Nr. 1,925,041 offengelegte Erfindung von besonderem Interesse ist, da sie ein Verfahren ohne Komprimierung einschließt, das bei einem Druck oberhalb des Dreifachpunktes des flüssigen CO&sub2; abläuft, das sofort in eine Kammer fließt, dort eine der Abdichtung dienende Schneeschicht bildet, woraufhin die Kammer mit flüssigem CO&sub2; gefüllt wird. Das ,041-Patent schließt ein Verfahren ein, bei dem das flüssige CO&sub2; mit einem wesentlich höheren Druck als im Falle des Verfahrens der vorliegenden Erfindung eingefüllt wird.
Wie aus den US-Patenten 1,925,619 und 1,925,041 bekannt ist, erfolgte die dem Stand der Technik entsprechende Herstellung von festem CO&sub2; in Formen nicht auf der Grundlage ständigen Einfrierens und Entlüftens unter Einsatz von zyklischen Phasen geringen und mittleren Druckes des flüssigen zugeführten CO&sub2; zur Bildung und Sättigung von CO&sub2;- Schnee, gefolgt von dem genannten ständigen Einfrieren.
Alle weiteren Patente beschreiben diverse Verfahren zur Herstellung festen Kohlendioxids und sind für das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kaum von Belang.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung umfaßt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Blöcken aus hochdichtem Kohlendioxid, wobei flüssiges CO&sub2; bei einem ersten, eine bestimmte Zeitspanne bestehenden niedrigen Druck in eine Form eingegeben wird, woraufhin für eine zweite Zeitspanne ein mittlerer Druck angewandt wird.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht demnach darin, ein verbessertes Zwei-Stufen- Verfahren und eine modular aufgebaute Vorrichtung zur automatischen Herstellung von festen CO&sub2;-Blöcken bei niedrigem Druck mit einer Dichte von 1,1 bis 1,5 g/cm³ oder höher zu bieten.
Dies wird durch die in Anspruch 1 bzw. Anspruch 8 aufgeführten Merkmale erreicht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt schematisch die Vorrichtung zur automatischen Herstellung fester CO&sub2;-Blöcke bei niedrigem Druck gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt eine Perspektivansicht eines Formkeiles, der zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung gehört;
Fig. 3 zeigt eine Perspektivansicht einer Form, die zu der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung gehört; und
Fig. 4 zeigt als Ausschnitt eine Schnittansicht, auf der der Primärpfropfen im Detail in einem Abschnitt des in Fig. 2 dargestellten Formkeiles zu sehen ist.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Wie in Fig. 1 dargestellt, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung 11 zur Herstellung von Kohlendioxidblöcken bei niedrigem Druck. Die Vorrichtung 11 weist ein Paar von Formen 13 und 15 auf, die abwechselnd arbeiten, um Blöcke aus festem CO&sub2; herzustellen, die in einer konstruierten Ausführungsform Würfel mit einer Kantenlänge von 24,5 cm darstellten. Es ist naheliegend, daß die Vorrichtung auch mit nur einer Form betrieben werden könnte, doch wird durch den Einsatz von zwei Formen eine höhere Effizienz erzielt, weil die Herstellung in einer Form fortgesetzt werden kann, während die andere geleert wird. Die Vorrichtung 11 weist weiterhin ein CO&sub2;-Beschickungssystem 17 und ein System 19 zur Rückgewinnung des CO&sub2;-Dampfes auf.
Da die Formen 13 und 15 von gleicher Bauart sind, wird unter Bezug auf Fig. 2 bis 4 nur die Form 13 ausführlich beschrieben. Die Form 13 weist eine obere Wand 21, zwei in einem Abstand voneinander verlaufende Seitenwände 23 sowie Vorder- und Rückwände 25 auf, die aus einer kryogenen Aluminiumlegierung mit einer Wanddicke von 38,1 mm gefertigt und miteinander verschweißt sind, um einen nach unten gerichteten Aufnahmebehälter 27 zu bilden. Die nach unten gerichtete Öffnung wird durch eine bewegliche Bodenwand 29 verschlossen, die aus mit Polyethylen von großem Molekulargewicht beschichtetem Kohlenstoffstahl besteht und gleitbar zwischen einer geschlossenen und einer offenen Stellung montiert ist, wie in Fig. 3 dargestellt. Die Bodenwand 29 ist im allgemeinen keilförmig und wird bei ihrer Gleitbewegung von Schienen 31 gehalten, die auf Seitenplatten 33 ruhen, so daß sich die Wand 29 nach unten und gleichzeitig zur Seite bewegt, um das Ablösen der Wand 29 von der Unterseite des aus festem CO&sub2; geformten Blockes zu erleichtern.
Wie in Fig. 1 dargestellt, wird jede der Bodenwände 29 der Formen 13 und 15 von Kolben 35 gesteuert, die durch CO&sub2;-Gas betätigt werden und die Bodenwände 29 zwischen ihren offenen und geschlossenen Stellungen bewegen. Am Ende des Herstellungszyklus jedes festen CO&sub2;-Blockes öffnen sich die Formen automatisch, wie es unten ausführlicher erläutert wird. Das CO&sub2;-Beschickungssystem 17 ist in Figur t dargestellt und weist eine Flüssig-CO&sub2;-Quelle 37 auf, die typischerweise einen Tank aufweist, der flüssiges CO&sub2; mit einem Druck von 21,0 kg/cm² und einer Temperatur von -17,7ºC enthält. Die Quelle 37 ist über eine Leitung 39 an einen CO&sub2;-Konditionierer 41 angeschlossen. Der Konditionierer 41 stellt vorzugsweise ein Druckgefäß aus Edelstahl dar, das durch einen Vakuummantel isoliert ist, um das flüssige CO&sub2; von der Umgebungswärme zu isolieren. Der Konditionierer 41 weist einen Flüssigkeits- Füllstandsregler 43 und einen Strömungsregler 45 in der Leitung 39 auf. Der Strömungsregler 45 weist ein Magnetventil auf, das der automatischen Auswahl verschiedener Strömmengen durch das Magnetventil oder durch eine Bypassanordnung dient. Der Konditionierer 41 wird betrieben, um eine erste Ausdehnung des flüssigen CO&sub2; von der Quelle 37 zu bieten, um den Druck auf einen mittleren Wert zwischen 9,5 kg/cm = und 12,4 kg/cm = zu senken. Um den CO&sub2;-Dampf aus dem Konditionierer 41 abzusaugen, ist eine Leitung 47 vorhanden, die den Konditionierer 41 mit einem Impulstank 49 verbindet. Es ist eine Quelle 51 für CO&sub2;- Gas vorhanden, bei dem es sich typischerweise um das Gas oberhalb des flüssigen CO&sub2; im Tank 37 handelt; die über die Leitung 53 mit einem Druckregler 57 verbunden ist, um den für die Betätigung des Ventils nötigen Druck zu liefern. Ein Druckregelventil 55 befindet sich in der Leitung 53, während der Druckregler 57 den Strom durch die Leitung 47 zum Impulstank 49 steuert, um den Druck im Konditionierer 41 zu regulieren. Bei der Ausdehnung des unter hohem Druck stehenden flüssigen CO&sub2; bis zum mittleren Druck im Konditionierer 41 beträgt das resultierende Flüssigkeit-Gas-Verhältnis etwa 8 : 2. Dieses bei der Ausdehnung entstehende CO&sub2;-Gas stellt eine beträchtliche Menge dar, die durch die Zirkulation durch die Leitung 47 zum Impulstank 49 vollständig zurückgewonnen wird.
Die Formen 13 und 15 sind über Leitungen 59 bzw. 61 mit dem Konditionierer 41 verbunden, um flüssiges CO&sub2; vom Konditionierer 41 zu den Formen 13 bzw. 15 zu befördern. Ein Zeitgeber und Zyklusregler 63 ist vorhanden, um die Ventile in der Vorrichtung 11 zu öffnen und zu schließen, wodurch ein Pfropfen 75 aus CO&sub2;-Schnee entsteht, um zu verhindern, daß das flüssige CO&sub2; unten aus den Formen 13 und 15 austritt.
Im zweiten oder Mitteldruckteil des Zyklus verfestigt sich das CO&sub2; weiter, bis die Form mit einem festen Block aus hochdichtem CO&sub2; gefüllt ist. Damit der Verfestigungsprozeß des flüssigen CO&sub2; mit kommerziell brauchbarer Geschwindigkeit abläuft, müssen die Formen 13 und 15 mit Mitteln zur Ableitung größerer Mengen von CO&sub2;-Dampf ausgestattet sein. Die Verfestigung des flüssigen CO&sub2; muß durch Kühlen des flüssigen CO&sub2; erreicht werden. Um die Ausrüstungskosten zu verringern, nutzt die vorliegende Erfindung das Verdampfen oder Verdunsten des flüssigen CO&sub2;, um die Kühlung für die Verfestigung des CO&sub2; zu erzielen, das bei einer verminderten Temperatur von -40ºC in die Formen gelangt. Bei diesem Verdampfungsprozeß ist etwa ein Kilogramm flüssiges CO&sub2; für die Herstellung von ¹/&sub2; kg festem CO&sub2; und ¹/&sub2; kg CO&sub2;-Dampf erforderlich. Wegen der sehr großen Menge an bei diesem Prozeß anfallenden CO&sub2;-Dampf ist es wichtig, diesen zurückzugewinnen und erneut zu nutzen. Die Rückgewinnung des CO&sub2;-Dampfes erfolgt über die Leitungen 69 und 71, die mit den Oberteilen der Formen 13 bzw. 15 verbunden sind. Diese Leitungen führen zum Dampfrückgewinnungssystem 19, wobei letztlich der zurückgewonnene Dampf in den Impulstank 49 geleitet wird, wie weiter unten ausführlicher erläutert. Obgleich die Leitungen 69 und 71 nur den zurückzugewinnenden CO&sub2;-Dampf transportieren sollen, ist es ohne ausgeklügelte Einrichtungen, die aus wirtschaftlicher Sicht nicht zu rechtfertigen sind, unmöglich, die Formen 13 und 15 so optimal zu füllen, daß sich das gesamte flüssige CO&sub2; verfestigt, wenn es in die Formen gelangt Dementsprechend werden im Mitteldruckteil des Zyklus Fälle auftreten, in denen flüssiges CO&sub2; bis zum oberen Rand der Formen reicht und gemeinsam mit dem zurückzugewinnenden CO&sub2;-Dampf abgesaugt wird. Zum Teil wegen dieses Vorhandenseins von flüssigem CO&sub2; in den Leitungen 69 und 71 sind diese nicht direkt an den Impulstank 49 angeschlossen. Um flüssiges CO&sub2; in den Leitungen 69 und 77 zu verdampfen, sind diese an Wärmetauscher 83 und 85 angeschlossen, deren Funktion weiter unten umfassender dargestellt werden wird.
Der zweite Teil des Zyklus kann entweder zeitgesteuert oder anhand des Druckabfalls in der Form beendet werden, wenn der Block die Form ausfüllt. Die Druckschalter 77 und 79 an den Oberseiten der Formen 13 bzw. 15 sind mit dem Regler 63 gekoppelt, um den Zustrom von flüssigem CO&sub2; in die formen 13 und 15 zu beenden, wenn dieser Druckabfall erkannt wird.
Dann wird die Form über die Leitung 70 entlüftet und die Bodenwand 29 durch einen der Zylinder 35 verschoben, damit der fertiggestellte CO&sub2;-Block entnommen werden kann. Es ist zu beachten, daß der CO&sub2;-Dampf aus der Zuführung 51 durch die Leitung 93 beiden Zylindern 35 zugeführt wird, wobei geeignete Magnetventile vorhanden sind, die unter Kontrolle des Reglers 63 der geeigneten Seite eines Zylinders 35 Gas zuführen, um das Öffnen oder Schließen einer der beiden Formen zu bewirken.
Um die Effizienz der Vorrichtung 11 zu erhöhen, sind Mittel einschließlich des Dampfrückgewinnungssystems 19 vorhanden, um den Verlust von CO&sub2;-Dampf so gering wie möglich zu halten. Indem auf diese Weise die Effizienz erhöht wird, verringert sich die Nutzung von flüssigem CO&sub2;, was zu niedrigeren Herstellungskosten der festen CO&sub2;-Blöcke in der Vorichtung 11 führt. Wie oben beschrieben, wird durch die Leitungen 47, 69, 71, 72 und 74 der CO&sub2;-Dampf aus dem Konditionierer 41 und aus den Formen 13 und 15 zurückgewonnen und in den Impulstank 49 des Dampfrückgewinnungssystems 19 geleitet. Weiterhin verbindet eine Leitung 78 die CO&sub2;-Dampfzuführung 51 mit dem Impulstank 49.
Der Impulstank 49 weist einen Tank 49a aus Kohlenstoffstahl und einen Stoßfänger 49b auf. An den Impulstank 49 ist über die Leitung 80 ein Kompressor 81 angeschlossen. Der komprimierte Dampf aus dem Kompressor 81 wird durch eine Leitung 82 den Wärmetauschem 83 und 85 zugeführt, bei denen es sich um Röhrenwärmetauscher handelt. Die Leitungen 69 und 71 verbinden die Formen 13 und 15 mit den Wärmetauschem 83 und 85, so daß etwaiges flüssiges CO&sub2;, das aus den Formen 13 und 15 zurückgewonnen wurde, verdampft und durch die Leitungen 97 und 89 zum Impulstank 49 geleitet werden kann. Die Wärmetauscher 83 und 85 arbeiten vorzugsweise mit dem heißen, komprimierten CO&sub2;-Gas aus dem Kompressor 81, das durch die Röhren der Wärmetauscher strömt, während sich im Mantelteil der Tauscher das flüssige CO&sub2; sowie CO&sub2;-Gas von niedriger Temperatur befinden. Nach dem Durchgang durch die Wärmetauscher 83 und 85 wird das komprimierte Gas aus dem Kompressor 81 über die Leitung 91 wieder dem CO&sub2;-Gasversorgungssystem zugeleitet. Kühlschlangen 37a sind in der Quelle oder dem Tank 37 vorhanden, um den zurückgeführten CO&sub2;-Dampf zu kondensieren; derartige Schlangen werden in herkömmlicher Weise von Kälteeinrichtungen (nicht dargestellt) zur Verfügung gestellt. Der Impulstank 49 erfüllt eine wichtige Funktion beim Lastausgleich des Kompressors 81 und führt der Saugseite des Kompressors CO&sub2;-Gas von konstantem Druck zu. Während bestimmter Zeitspannen des Betriebszyklus der Formen 13 und 15 gelangt nur wenig CO&sub2;-Dampf durch die Dampfrückgewinnungsleitungen 47; 69, 71, 72 und 74 in den Impulstank 49. Während dieser Zeitspannen hält der CO&sub2;-Dampf aus der Dampfzuführung 51 über die Leitung 78 den Zustrom zum Kompressor 81 über den Impulstank 49 aufrecht und bietet damit eine geregelte Druckquelle für CO&sub2;-Gas, ohne daß es erforderlich ist, den Kompressor 81 während dieser Zeitspannen abzuschalten.
Ohne im Detail beschrieben worden zu sein, ist klar, daß der Regler 63 mit den verschiedenen Ventilen an unterschiedlichen Stellen der Vorrichtung zu verbinden ist, um den Strom von der Quelle 37 zum Konditionierer 41, im Konditionierer 41 den gewünschten mittleren Druck zwischen 9,5 kg/cm = und 12,4 kg/cm = bei einer Temperatur von etwa -40ºC sowie geeignete Druckniveaus im Impulstank und Rückdrücke zu den Formen 13 und 15 aufrechtzuerhalten. Zum besseren Verständnis des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist unten Tabelle I aufgeführt, die ein Materialgleichgewicht für einen typischen Lauf einer konstruierten Ausführungsform der Erfindung in einer Gestaltung gemäß Fig. 1 darstellt. Tabelle I
Verfahren und Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wurden oben in Verbindung mit einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, die die Herstellung eines Würfels aus festem CO&sub2; mit einer Kantenlänge von 24,5 cm mit einer Dichte von ca. 1,3 g/cm³ innerhalb von 12 bis 14 Minuten ermöglicht, die Vorrichtung ist relativ kostengünstig herstellbar, da sie keinen hohen Kompressionskräften standhalten muß, um hochdichtes Trockeneis zu erzielen, die Geschwindigkeit der Verfestigung des flüssigen CO&sub2; wird durch das effiziente Entlüftungssystem erreicht, das den CO&sub2;-Dampf aus den Formen 13 und 15 zurückgewinnt und der erneuten Nutzung zuführt. Das Verfahren, das einen zweistufigen Prozeß einschließt, in dessen zweiter Stufe flüssiges CO&sub2; bei mittlerem Druck und verringerter Temperatur genutzt wird, ist neuartig und wird bei keinem der Prozesse des Standes der Technik vorgeschlagen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Blöcken aus hochdichtem, festem CO&sub2; bei niedrigem Druck, das die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellung einer bestimmten Menge von konditioniertem Flüssig-CO&sub2; aus einem Konditionierer (41) bei einem mittleren Druck zwischen 9,5 kg/cm² und 12,4 kg/cm² und bei einer niedrigen Temperatur von etwa -40ºC; Zuführung des Flüssig-CO&sub2; durch einem Kanal (65) mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit bei niedrigem Druck zwischen 3, 6 und 5,1 kg/cm² in eine Form (13) für einen derartigen Zeitraum und bei einer derartigen Strömungsgeschwindigkeit daß die Form teilweise mit CO&sub2;- Schnee gefüllt wird; Zuführung von Flüssig-CO&sub2; aus dem Konditionierer (41) in die Form (13) mit einer derartigen Strömungsgeschwindigkeit, dem genannten mittleren Druck bei der genannten niedrigen Temperatur, so daß das Flüssig-CO&sub2; den CO&sub2;-Schnee in der Form (13) sättigt und durch Verdampfen des Flüssig-CO&sub2; das verbleibende Flüssig-CO&sub2; während der Zugabe des Flüssig-CO&sub2; ständig kühlt um einen hochdichten Block aus festem CO&sub2; zu schaffen; ständige Dampfableitung aus der Form (13) durch einen Dampfkanal (72) während der Bildung der Blöcke aus festem CO&sub2;, wobei der Dampf durch die Verdampfung des genannten Teiles des Flüssig-CO&sub2; erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Druck im Bereich zwischen 9,8 kg/cm² und 10,9 kg/cm² liegt und die Temperatur ca. -40ºC beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Quelle für Flüssig-CO&sub2; (37) geschaffen wird, dessen Druck etwa 21 kg/cm² beträgt und daß dieser Druck mittels des Konditionierers (41) auf den genannten mittleren Druck vermindert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß verdampftes CO&sub2; über die Dampfableitung (69, 72) aus der Form (13) zu einem Vibrationstank (49) geleitet, mittels eines Kompressors (81) verdichtet und als verdichtetes CO&sub2; der CO&sub2;-Gasversorgung (51) zugeführt wird, wo es mittels einer Kühlschlange (37a) wieder kondensiert wird, um in flüssigem Zustand der Flüssig-CO&sub2;-Quelle (37) zugeführt zu werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trockeneisblock mit einer ungefähren Dichte von 1,28 bis 1,5 kg/cm² geformt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das verdichtete CO&sub2; als Treibstoff für die Automatisierung der Ausdehnungsstufen verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Flüssig-CO&sub2; bei mittlerem Druck in die Form automatisch durch eine Steuereinrichtung (63) beendet wird, wenn der Block die Form (13) ausfüllt.

8. Vorrichtung zur Herstellung von Blöcken aus hochdichtem festem CO&sub2; bei niedrigem Druck, die folgendes aufweist: eine geschlossene Form (13) mit einem Flüssig-CO&sub2;-Einlaß (65) und Mitteln zur kontinuierlichen Dampfableitung (73), wobei die Form (13) eine begehbare Kammer (27) aufweist, um aus ihr einen Block aus festem CO&sub2; zu entnehmen; einen Flüssig-CO&sub2;-Konditionierer (41) zur Zuführung von Flüssig-CO&sub2; bei einem mittleren Druck zwischen 9,5 kg/cm² und 12,4 kg/cm² und bei einer niedrigen Temperatur von etwa -40ºC in die Form (13); Mittel zum ständigen Kühlen des Flüssig-CO&sub2; durch Verdampfung in der Form (13), wobei diese Mittel eine erste Strömungssteuerung (45, 65) für die Zuführung von Flüssig-CO&sub2; bei niedrigem Druck zwischen 3,6 und 5,1 kg/cm² aus dem Konditionierer (41) zum Flüssigkeitseinlaß (65) über einen bestimmten Zeitraum zur Erzeugung von CO&sub2;- Schnee in der Form sowie eine zweite Strömungssteuerung (63, 67) für die Zuführung von Flüssig-CO&sub2; bei dem genannten mittleren Druck aus dem Konditionierer (41) zum Flüssigkeitseinlaß (65) in einem solchen Maße aufweist, daß der CO&sub2;-Schnee gesättigt wird und durch Verdampfen des Flüssig-CO&sub2; eine ständige Kühlung des Flüssig-CO&sub2; bewirkt wird, um hochdichtes, festes CO&sub2; zu schaffen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (13) eine abnehmbare Wand aufweist, die einen keilförmigen Unterbau (29) aufweist und mit einem Kolben (35) verbunden, um zwecks Entnahme des Blockes seitlich aufgeklappt zu werden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der keilförmige Unterbau (29) aus Kohlenstoffstahl, bedeckt mit einer Schicht aus Polyethylen mit hohem Molekulargewicht, besteht, um die Luftdichtigkeit der Form zu gewährleisten.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der keilförmige Unterbau (29) eine CO&sub2;-Ableitung (73) bildet und einen Wollfilter (75) aufweist, der diese Ableitung (73) absperrt, wobei der Filter (75) unter der Polyethylenschicht mit hohem Molekulargewicht gehalten wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (13) würfelförmig ist und einen Unterbau (29), der zwischen einer geöffneten Stellung zum Entnehmen eines Würfels aus festem CO&sub2; und einer geschlossenen Stellung beweglich ist, wobei im letzteren Fall ein würfelförmiger Hohlraum (27) gebildet wird, der das Flüssig-CO&sub2; aufnimmt, einen mit dem Unterbau verbundenen gasbetriebenen Zylinder (35) zum Bewegen der einen Wand (27) zwischen ihrer geöffneten und geschlossenen Stellung, sowie mit dem CO&sub2;- Gasaufbereitungssystem verbundene Mittel zur Zuführung von aufbereitetem CO&sub2; zum Zylinder zum Zweck von dessen Betätigung aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (13) eine Würfelform mit einer Kantenlänge von 25,4 cm aufweist und aus einer kryogenen Aluminiumlegierung mit einer Wanddicke von 38,1 mm gefertigt ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Druck des Flüssig-CO&sub2; aus der zweiten Strömungssteuerung (63, 67) zur Form (13) zwischen 9,8 kg/cm² und 10,9 kg/cm liegt:

15. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin ein Gasaufbereitungssystem (19) für die Aufbereitung von CO&sub2;-Dampf aufweist, das Ableitungen (69, 72) zwischen der Form (13) und dem Kompressor (81) aufweist, um den CO&sub2;-Dampf aus der Form (13) über eine Flüssig-CO&sub2;-Quelle (37) wieder dem Konditionierer (41) zuzuführen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine Flüssig- CO&sub2;-Quelle (37), die durch Ausdehnungsmittel (45) mit dem Flüssig-CO&sub2;-Konditionierer verbunden ist, ein Gasaufbereitungssystem (19), das einen Kompressor (81) aufweist, der mit der Form (13) und dem CO&sub2;-Konditionierer (41) verbunden ist und der Aufbereitung und Verdichtung des CO&sub2;-Gases dient, eine mit dem Kompressor (81) verbundene Leitung (91), eine CO&sub2;-Gaszuführung (51) zur Zirkulation des verdichteten CO&sub2;-Gases sowie Kühlschlangen (37a) zur Kondensation des zurückgeführten CO&sub2;-Gases zu Flüssig-CO&sub2; aufweist.