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Verfahren zum Zerlegen von Gasgemischen, insbesondere von Luft.
Der Kraftbedarf für die Zerlegung der Luft in ihre Hauptbestandteile hängt ab von den
Kälteverlusten, ferner von dem Druck, der erforderlich ist, um die als Waschflüssigkeit benötigte
Luft bei gleichzeitiger Verdampfung des flüssigen Sauerstoffes zu verflüssigen und von der
Luftmenge, welche verdichtet werden muss, um die erforderliche Menge Waschflüssigkeit zu erhalten. Da die Luft sich unter atmosphärischem Druck bekanntlich bei etwa - 1930 ver. flüssigt, der Sauerstoff aber schon bei etwa-182', so kann man Luft durch Verdampfen von Sauerstoff nur verflüssigen, wenn sie auf 4-5 Atm. Überdruck verdichtet wird. Wenn also die gesamte zu zerlegende Luft verflüssigt wird, muss die gesamte Luft auf 4-5 Atm. verdichtet werden.
Der Nachteil des grossen Kraftbedarfs dieser Totalverflüssigung wird durch das Verfahren
Lachmann (D. R. P. Nr. 167.931) beseitigt. Bei diesem wird von der zu behandelnden Luft nur so viel verdichtet als Waschflüssigkeit benötigt wird. Der andere Teil der Luft wird nur mit Gebläsedruck eingeblasen. Die verdichtete Luft wird dann im Kondensator durch Ver- dampfen von Sauerstoff verflüssigt. Die eingeblasene Luft dagegen dient zur Rektifikation.
Dieses Verfahren leidet unter dem Übelstand, dass die zur Zeit gebräuchlichen Gegen- stromröhrenkältetauscher für den Kältetausch unverdichteter oder nur wenig verdichteter Luft unzulänglich sind, weil sehr grosse Austauschflächen erforderlich werden, wenn sowohl die am Kältetausch beteiligten Zerlegungsprodukte als auch die zu zerlegende Luft keine nennenswerte Verdichtung aufweisen. Diese grossen Flächen sind in Rohrenkältetauschern aber nicht unterzubringen, ohne dass deren Abmessungen unzulässig gross werden.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren des Kältetausches bei der Zerlegung von Gasgemischen, nach dem das bisher bei der Zerlegung von Gasgemischen übliche ununter- brochene Kältetauschverfahren mittels Röhrenkältetauscher durch den Kältespeicherumschalt- wechselbetrieb (Regenerativverfahren) ersetzt wird, bei dem die Kälte der Zerlegungsprodukte an eine Speichermasse übertragen und nachfolgend wieder von dem zu zerlegenden Gasgemisch aufgenommen wird.
Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht nach der Zeichnung aus dem Kältespeicher At, All und Bl, mit der Umschalteeinrichtung e, dem Luftkondensator bzw. Sauerstoffverdampfer b, dem Rektifikator c. mit dem Regulierventil d für die Waschflüssigkeit.
Die als Kältespeicher ausgebildeten Kältetauscher A' und A" nehmen die Wärme der verdichteten Luft und nach erfolgter Umschaltung die Kälte des gewonnenen Sauerstoffes auf, während die Kältespeicher BI Lind B"zur Aufnahme der Wärme der eingeblasenen Luft auf dem Hinweg und zur Aufnahme der Kälte des ausgeschiedenen Stickstoffs auf dem Rückweg dienen,
Durch den Kältespeicher wird verdichtete Luft eingeleitet, im Kondensator b verflüssigt und durch das Regulierventil cl auf den Kopf der Rektifikationskolonne c geleitet, wo sie als Waschflüssigkeit dient um den Sauerstoff aus der eingeblasenen Luft auszuwaschen. Dabei reichert sich die Flüssigkeit mit Sauersoff an.
Diese sauerstoffreiche Flüssigkeit wird dann im
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Verdampfer unter erneuter Verflüssigung von Luft wieder verdampft und durch den Kältespeicher A abgeleitet, während der ausgeschiedene Stickstoff durch Kältespeicher BI ! abge-
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Sauerstoff und B'Stickstoff. Der Wärmeinhalt der auf dem Rückweg durch die Kältespeicher geleitete Gasmenge muss sich in jedem Kältespeicher mit dem der vorher in umgekehrter
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durchziehende Sauerstoffmenge muss mindestens so gross sein als die vorher durchgeleitete Luftmenge und die durch den Kältespeicher B' zurückkehrende Stickstoffmenge muss ebenfalls mindestens gleich der Luftmenge sein, welche vorher durchgeleitet wurde.
Da zur Herstellung von Sauerstoff mit 470/0 Reinheit annähernd eine gleichgrosse Menge Luft wie die des gewonnenen Sauerstoffs als Waschflüssigkeit erforderlich ist, wird der thermische Gleichgewichtszustand erreicht, wenn vorher ein der gewonnenen Sauerstoffmenge annähernd entsprechender Betrag an verdichteter Luft durch Kältespeicher A' eingeleitet wurde und da die ausgeschiedene Stickstoffmenge sich ebenfalls annähernd mit der einzublasenden Luftmenge deckt, so kehrt durch Kältespeicher B'gerade soviel Stickstoff zurück als vorher an Luft eingeblasen wurde.
Es werden beispielsweise eingeführt : 3000 m3 eingeblasene Luft durch Kältespeicher B' und 1500 m3 verdichtete Luft durch Kältespeicher und es kehren zurück 3000 m3 aus-
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Luft vermindern sich um die daraus gewonnene Sauerstoffmenge, dafür aber zieht eine entsprechende Stickstoffmenge die aus der Waschflüssigkeit ausgeschieden wird, durch den Kältespeicher B'ab.
Ausserdem wird durch Entspannen einer auf hohen Druck verdichteten Luftmenge in einer Expansionsmaschine ein Zusatz an flüssiger Luft von etwa 50 kg, der zur Deckung der Kälteverluste dient, dem Kondensator unmittelbar zugeführt.
Die Kältetauscher sind als Kältespeicher (Regeneratoren) ausgeführt und für Umschaltwechselbetrieb eingerichtet. Sie sind mit etwa 25 mm hohen gewellten Blechlamellen von 1 mm Stärke gefüllt, die so eingesetzt sind, dass sich die einzelnen Lagen nur durch einige eingelegte Eisenstäbe berühren um die metallische Kälteleitung zu unterbinden. (An Stelle der Blechstreifen können auch gelochte Bleche oder Blechringe als Füll- und Speichermasse dienen. )
Die eingeblasene, bzw. die verdichtete Luft kann so ohne zu grossen Widerstand durch die Speicher geleitet werden und bei dem engen Abstand der gewellten Blechlamellen entsteht eine innige Berührung der Luft mit den Flächen.
Bei diesem Lamellenkältespeicher können bis zu 1000 m2 Austauschfläche in einem Kubikmeter Behälterraum mit nur 5 m2 Manteloberfläche untergebracht werden. Damit verringern sich die Kälteverluste auf ein Mindestmass und dementsprechend sinkt auch der Kraftbedarf für die Deckung der Kälteverluste.
Die auf 1'5 Atm. Überdruck verdichtete Luft tritt bei m'in den Kältespeicher Al ein, kühlt sich in diesem auf - 1850 (d. h. bis nahe an die Verflüssigungstemperatur) ab und wird durch Leitung l'in den Verdampfer b geführt und dort durch den verdampfenden Sauerstoff verflüssigt um dann durch Leitung 2 auf dem Kopf der Rektifikationssäule ausgegossen zu werden.
Gleichzeitig mit der Zuleitung von verdichteter Luft in den Kältespeicher A wird bei
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Leitung 31 bei t' in der Mitte in die Rektifikationssäule c eingeführt, um im Gegenstrom zu der herabrieselnden flüssigen Luft nach oben abzuziehen, wobei der Sauerstoff der eingeblasenen gasförmigen Luft durch den in der flüssigen Luft enthaltenen Stickstoff bis zu 47 ()/0 ausgewaschen wird, welch letzterer durch Leitung 4" nach dem Kältespeicher B" abzieht, in dem er seine Kälte wieder nahezu restlos abgibt und bei y aus der Vorrichtung entlassen wird, während der Sauerstoff als Flüssigkeit in den Verdampfer fliesst, dort unter Verflüssigung einer gleichgrossen Luftmenge wieder verdampft und durch Leitung 5" in den Kältespeicher All gelangt,
aus dem er bei s"aus der Anlage entnommen wird.
Nunmehr wird umgeschaltet und die auf Überdruck verdichtete Luft in den Kältespeicher A" bei m" eingeleitet. Desgleichen wird bei n" Luft in den Kältespeicher Bts einge- blasen, worauf alle Gase den bereits vorgeschriebenen Weg durch die Apparatur in umgekehrter Richtung nehmen.
So wird immer nach einigen Minuten umgeschaltet damit die Kältespeicher die aufgenommene Kälte oder Wärme an das nachfolgende Gas wieder abgeben können. Lediglich der
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Verdampfer und Rektifikator arbeiten ununterbrochen. Die Umschaltung wird selbsttätig durch Dreiwegumschaltventile mit Druckluftzeitschaltung bewerkstelligt.
Der Sauerstoff tritt abwechselnd durch Leitung 5'oder 5" aus dem Verdampfer in die Kältetauscher über und wird bei Si und s" aus der Anlage abgeleitet, während der Stickstoff durch Leitung 4'bzw. 4" aus dem Rektifikator in die Kältetauscher geleitet wird und bei y' und y" abzieht.
An Stelle der zwei Kältespeicher mit je zwei Abteilungen, wie auf der Zeichnung angegeben, können auch 4 einzelne Kältespeicher aufgestellt und der Gasein-und-austritt kann sowohl oben als unten vorgesehen werden.
In den Leitungen die den Rektifikator und den Luftkondensator mit den Kältelauschern verbinden, sind selbsttätige Absperrorgane in Form von Rückschlagklappen o', p', u', c', o".
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Weg entspricht, den die Luft und die Zerlegungsprodukte durch die Vorrichtung zu nehmen haben.