DE936752C - Gaszerlegungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gaszerlegungsanlage, die eine Zerlegungssäule enthält, wobei die aus der Säule aufsteigende dampfförmige Fraktion mit· dem niedrigsten Siedepunkt mittels einer Kaltgaskühlmaschine kondensiert wird, wie es bereits früher vorgeschlagen wurde.

Es ist bei solchen Anlagen möglich, die Säule als eine sogenannte Einzelsäule zu gestalten, dies im Gegensatz zu den bisher bekannten Anlagen, bei denen die Säule im allgemeinen zwecks Erhaltung der gewünschten Reinheit des Produktes als eine sogenannte Doppelsäule ausgebildet werden muß. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, eine Gaszerlegungsanlage mit einer Kaltgaskühlmaschine zu versehen. Hierbei wird unter einer Kaltgaskühlmaschine eine sogenannte nach dem umgekehrten Heißgasmotorprinzip wirkende Kühlmaschine verstanden. Solche Maschinen können bekanntlich auf verschiedene Weise ausgebildet werden, z. B. als Verdrängermaschine, als doppelt wirkende Maschine, als Maschine mit V-förmig angeordneten Zylindern oder als Maschine, deren Arbeitsraum mit demjenigen eines Heißgasmotors kombiniert ist. Wenn die Gaszerlegungsanlage eine Kaltgaskühlmaschine enthält, so kann die aus der Zerlegungssäule entweichende Fraktion mit dem

niedrigsten Siedepunkt von dieser Kühlmaschine kondensiert werden. Das Kondensat kann von der Kühlmaschine abgezapft werden, aber ein Teil des Kondensats muß dann wieder als Waschflüssigkeit nach der Säule zurückgeführt werden, während ein anderer Teil aus der Anlage abgeführt werden kann. Dies könnte dadurch erfolgen, daß die Kühlmaschine mit einer z. B. einen Hahn enthaltenden Abfuhrleitung versehen wird. Diese Bauart hat ίο aber den Nachteil, daß bei einer Änderung der Kälteleistung der Kühlmaschine der Hahn verlagert werden muß, so daß die Anlage einer ständigen Überwachung bedarf.

Die Erfindung bezweckt, die Anlage in einer Weise aufzubauen, daß eine ständige Überwachung nicht oder wenigstens- in geringerem Maße erforderlich ist.

Nach der Erfindung sind Mittel vorgesehen,

durch die das Kondensat in wenigstens zwei Teile aufgeteilt wird, wobei ein Teil als Waschflüssigkeit' für die Säule dient und ein anderer Te^l aus der Anlage abgeführt wird, in der Weise, daß zwischen diesen Teilen ein Verhältnis besteht, das von der Kälteleistung der Kühlmaschine nahezu unabhängig ist.

Die Erfindung kann auf verschiedene Weise verwirklicht werden. Nach einer Ausführungsform der Erfindung, bei der das Kondensat in einer Rinne aufgefangen wird, bestehen die Mittel zum Aufteilen des entstandenen Kondensats aus der Rinne, die für jede Menge mit einer Abfuhr versehen ist, und aus einer in der Rinne zwischen den beiden Abfuhren liegenden Trennwand.

Zum Einstellen des gewünschten Verhältnisses zwischen dem abzuführenden Kondensat und dem nach der Säule zurückzuführenden Kondensat (sogenanntes Rückflußverhältnis) ist die. Trennwand nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung verschiebbar.

Nach eine weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Rinne ringförmig und mit Abfuhröffnungen versehen.

Eine in.baulicher Hinsicht einfache Ausführungsform wird erhalten, wenn die Kaltgaskühlmaschine mit einer ringförmigen Rinne versehen ist und in dieser Rinne eine zwischen zwei Öffnungen liegende verschiebbare Trennwand angebracht ist, während in dem an der anderen Seite dieser öffnungen liegenden Teil oder Teilen der Rinne eine feste Trennwand vorgesehen ist.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bestehen die Mittel zum Aufteilen des Kondensats aus einem Behälter, der mit einer Zufuhrleitung für das Kondensat und mit wenigstens zwei in senkrechter Richtung sich erstreckenden Abfuhrleitungen versehen ist, wobei dem in den Abfuhrleitungen befindlichen Kondensat Wärme zugeführt wird, wodurch in diesen Leitungen eine Dampfblasenpumpwirkung entsteht. Da eine Dampf blasenpumpe einen verhältnismäßig schlechten Wirkungsgrad hat, kann die zum Verdampfen des Kondensats erforderliche Wärme am besten denjenigen Teilen der Anlage, entzogen werden, die infolge des sich in der Anlage vollziehenden Vorgangs eine höhere Temperatur als die Flüssigkeit aufweisen. Auf diese Weise kann die der zu verdampfenden Flüssigkeit entzogene Kälte verwertet werden.

. Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird der Isolierverlust der Anlage wenigstens teilweise zur Heizung der Flüssigkeit in den Abfuhrleitungen benutzt.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird für die Heizung der Flüssigkeit in den Abfuhrleitungen ein zu kühlendes Mittel verwendet. Dieses zu kühlende Mittel kann z.B. das zu zerlegende Gasgemisch sein.

Da es auch hier in gewissen Fällen erwünscht sein wird, daß das Rückflußverhältnis einstellbar ist, sind nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Abfuhrleitungen außerdem je mit einem elektrischen Heizelement versehen, mittels dessen dem Kondensat in diesen Leitungen ein zusätzlicher Wärmebetrag zugeführt werden kann.

Nach einer Ausführungsform der 'Erfindung ist vorzugsweise wenigstens eine der Abfuhrleitungen mit einer Verbindung mit der Kaltgaskühlmaschine versehen, wodurch der bei der Heizung des Kondensats entstandene Dampf zwecks erneuter Kondensation der Kaltgaskühlmaschine zugeführt werden kann.

Nach einer günstigen Ausführüngsform der Erfindung sind die Dampfblasenpumpen im Isoliermantel der Säule angebracht.

Die Erfindung wird an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den

Fig. ι und 2 ist eine Kaltgaskühlmaschine dargestellt, die Mittel enthält, durch die das von dieser Maschine gebildete Kondensat in zwei Teile geteilt wird. Dabei ist Fig. 2 ein Querschnitt gemäß der Linie H-II in Fig. 1;

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform einer Rinne, die zum Aufteilen des von der Kühlmaschine gebildeten Kondensats verwendet werden kann;

Fig. 4 und 5 veranschaulichen eine weitere Ausführungsform einer Rinne;

Fig. 6 zeigt eine Gaszerlegungsanlage, bei der die Mittel zum Aufteilen des Kondensats aus zwei Dampf blasenpumpen bestehen.

Die Kaltgaskühlmaschine nach Fig. 1 besitzt einen Zylinder i, in dem ein Verdränger 2 und ein Kolben 3 sich auf- und abbewegen. Der Verdränger ist mittels eines Triebstangensystems 4 mit einer Kurbel 5 einer Kurbelwelle 6 gekuppelt, während der Kolben 3 mittels der Triebstangen 7 mit Kurbeln 8 derselben Kurbelwelle 5 gekuppelt ist. Die Kurbeln 8 einerseits und die Kurbel 6 andererseits schließen einen Winkel ein, so daß sich der Verdränger und der Kolben mit einem konstanten Phasenunterschied auf- und abbewegen. Folglich ändert sich das Volumen eines Raumes 9 über dem Verdränger 1 nahezu harmonisch. Dieser Raum steht mittels eines Gefrierers 10, eines Regenerators ir und eines Kühlers 12 mit einem zwischen dem Verdränger und dem Kolben liegenden Raum 13 in

Verbindung, dessen Volumen sich gleichfalls nahezu harmonisch ändert. Der Raum 9 wird häufig als Gefrier raum und der Raum 13 als gekühlter Raum bezeichnet. Der Kopf der Kaltgaskühlmaschine ist von einer Wand 14 mit wärmeisolierenden Eigenschaften umgeben, die einen Raum 15 umschließt, in dem ein Mittel gekühlt werden kann. Der Raum 15 besitzt eine Zufuhröffnung 16 für das zu kühlende, z. B. aus Dampf bestehende Mittel, wobei das infolge der Abkühlung entstandene Kondensat in einer ringförmigen Rinne 17 aufgefangen werden kann. Diese Rinne ist mit zwei Abfuhrkanälen 18 und 19 versehen. Das Mittel wird auf die an der Seitenwand des Kopfes angebrachten Rippen 20 kondensiert, wobei die Kondensation bei dieser Ausführungsform über den ganzen Umfang des Kopfes stattfindet. Im ringförmigen Kanal 17 sind eine feste Trennwand 21 und eine verschiebbare Trennwand 22. angebracht. Infolge des Vorhandenseins dieser Trennwände wird die Rinne 17 in zwei Teile 23 und 24 aufgeteilt, die je eine eigene Abfuhrleitung 18 bzw. 19 besitzen. Die Größe jedes Teiles bedingt die Kondensatmenge, die durch die Leitungen abgeführt werden kann. Die Leitung 18 ist z.B. an eine Gaszerlegungsanlage angeschlossen, in der das Kondensat als Waschflüssigkeit dient. Das durch die Leitung 19 fließende Mittel kann als gewonnenes Produkt abgeführt werden.

Nimmt die Kälteleistung der Maschine ab, so verringert sich die entstandene Kondensatmenge, aber das Verhältnis der in den Teilen der ringförmigen Rinne aufgefangenen Kondensatmengen bleibt gleich, so daß bei dieser Ausführungsform das Verhältnis zwischen den Teilen, in die das Kondensat aufgeteilt ist, unabhängig von der Kälteleistung der Kühlmaschine ist. Sollte es erwünscht sein, die Aufteilung etwas zu ändern, so kann die Trennwand 22 durch die Drehung eines Knopfes 25, der mittels einer Stange 26 mit dieser Trennwand verbunden ist, verschoben werden.

Fig. 3 ist eine Draufsicht auf eine Rinne 30, in der das von einer Kaltgaskühlmaschine gebildete Kondensat aufgefangen werden kann. Die Rinne 30, die gegebenenfalls auch als Leitung ausgebildet sein kann, ist mit zwei Abfuhren 31 und 32 und einer zwischen diesen befindlichen Trennwand 33 versehen.

Die durch die Rinne 30 fließende Flüssigkeit wird infolge des Vorhandenseins der Abfuhren 31 so und 32 in zwei Teile geteilt. Sollte die Kälteleistung zunehmen, so erhält sich der Flüssigkeitspegel in der Rinne 30, aber das Verhältnis zwischen den abgeführten Mengen bleibt gleich. Eine Änderung dieses Verhältnisses kann gewünschtenfalls durch eine Schwenkung der Trennwand 33 erzielt werden. Fig. 4 ist eine Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und Fig. 5 ist eine Draufsicht derselben. Die Mittel bestehen hier aus einer Rinne 40, aus der das gebildete Kondensat nach Art eines Wasserfalles herabströmt. Das Kondensat wird in einer Rinne 41 aufgefangen, die mittels einer Trennwand 42 in zwei Teile, nämlich die Teile 43 und 44, aufgeteilt ist. Sollte sich die Kälteleistung der Kühlmaschine ändern, so ändert sich der Flüssigkeitspegel in der Rinne 40, aber das Verhältnis zwischen den von der Trennwand geteilten Mengen bleibt gleich. Eine etwaige Änderung des Verhältnisses zwischen den abgeführten Mengen kann dadurch erzielt werden, daß die Trennwand nach links oder nach rechts verschoben wird, was mittels der Stange 45 erfolgen kann.

Die Gaszerlegungsanlage nach Fig. 6 besteht aus einer Säule 50, die mit einem Kochgefäß 51 versehen ist, das einen Wärmeaustauscher 52 enthält. Der Wärmeaustauscher 52 besitzt eine Zuführungsleitung 53, die an einen Kompressor 54 anschließt und ferner einen Wärmeaustauscher 55 enthält. Der Kompressor besitzt eine Saugleitung 54', die an die mit Chemikalien gefüllten Gefäße 56 und 57 anschließt, so daß das angesaugte Gasgemisch in diesen Gefäßen gereinigt werden kann. Der Wärmeaustauscher 52 besitzt eine Abfuhrleitung 58, die an die Säule anschließt. Der Druck des Kompressors ist so niedrig, daß der Widerstand der Gefäße 56 und 57 und derjenige der Wärmeaustauscher 52 und 55 überwunden wird, das Gemisch aber trotzdem mit atmosphärischem oder nahezu atmosphärischem Druck der Säule zugeführt wird. In dieser Säule wird das Gasgemisch zerlegt. Die Fraktion mit dem niedrigsten Siedepunkt wird von der Oberseite der Säule mittels einer Leitung 59 einer Kaltgaskühlmaschine 60 zugeführt, durch die sie kondensiert wird. Sowohl der Kompressor 54 als auch die Kühlmaschine 60 werden von einem Elektromotor 61 angetrieben. Das von der Kühlmaschine gebildete Kondensat wird mittels einer Leitung 62 einem Behälter 63 mit zwei Aufstiegröhren 64 und 65 zugeführt. Die Leitung 64 besitzt ferner einen Leitungsteil 71, der in die Dampfleitung 59 mündet, und die Leitung 65 besitzt einen Leitungsteil 72, der gleichfalls in die Dampfleitung mündet. Der Behälter 63 und die Aufstiegröhren befinden sich in einem Isoliermantel 67 der Säule, in dem auch ein Metallschirm 66 angebracht ist. Die Aufstiegrohre 64 und 65 sind mit diesem Metallschirm verlötet. Der Metallschirm liegt an einer solchen Stelle im Isoliermantel, daß er ohne den Wärmeaustauschkontakt mit den Rohren 64, 65 eine Temperatur aufweisen würde, die den Siedepunkt der in diesen Rohren enthaltenen Flüssigkeit übersteigt. Die Aufstiegrohre 64 und 65 besitzen ferner ein elektrisches Heizelement 68 bzw. 69. Das Aufstiegrohr 64 besitzt einen sich in der Abwärtsrichtung erstreckenden Teil 73 mit einem Flüssigkeitsschloß 74. Dieser Teil mündet außerhalb der Isolierwand aus, so daß durch diese Leitung ein Teil des entstandenen Kondensats abgeführt werden kann. Das Rohr 65 mündet an der Oberseite in die Säule aus, und das durch dieses Rohr fließende Kondensat kann als Waschflüssigkeit in der Säule dienen.

Zwischen der Säule 50 und dem Kochgefäß 51 ist eine Zwischenwand 75 vorhanden mit einem Rohr 76, das sich bis unterhalb des Flüssigkeitspegels im Kochgefäß erstreckt, und mit einem Rohr TJ solchen Widerstandes, daß im Kochgefäß

über dem Flüssigkeitspegel ein Druck herrscht, der ausreicht, einen Teil des im Kochgefäß gebildeten Dampfes über eine Abfuhr leitung 78 und den Wärmeaustauscher 55 abzuführen. Die Wirkungsweise der Anlage ist wie folgt. Das zu zerlegende Gasgemisch, z. B. Luft, wird mittels des Kompressors 54 durch die Gefäße 56 und 57 hindurchgesaugt, in denen die Luft von Wasserdampf und Kohlensäure gereinigt und dann über die Leitung 53, den Wärmeaustauscher 55, den Wärmeaustauscher 52 und die Leitung 58 nach der Säule zurückgeführt wird. Im Wärmeaustauscher 52 ist das Gasgemisch in Wärmeaustauschkontakt mit der in diesem befindlichen Flüssigkeit mit dem höchsten Siedepunkt, die folglich verdampft. Die in der Säule gebildete Fraktion mit dem niedrigsten Siedepunkt,, z. B. Stickstoff, strömt durch die 'Leitung 59 zur Kaltgaskühlmaschine und wird folglich kondensiert, das Kondensat fließt durch die Leitung 62 zum Behälter 63. Den Aufstiegrohren 64 und 65 wird mittels des Metallschirmes 66 Wärme 'zugeführt, so daß in den Aufstiegrohren eine Dampfblasenpumpwirkung entsteht und ein Teil des Kondensats über die Leitung 65 der Säule zugeführt und ein anderer Teil über die Leitung 64, die Leitung 73 und das Flüssigkeitsschloß 74 aus der Anlage abgeführt wird. Der in den Leitungen 64 und 65 gebildete Dampf kann über die Leitungen 71 und 72 der Leitung 59 zwecks erneuter Kondensation mittels der Kaltgaskühlmaschine zugeführt werden. Bei der dargestellten Bauart sind die den Aufstiegrohren zugeführten Wärmebeträge einander gleich. Befinden sich in der Anlage mehrere konzentrisch liegende Isolierschirme, so könnte jedem Aufstiegrohr ein eigener Wärmebetrag zugeführt werden, so daß die Dampf blasenpump wirkung in jeder Leitung verschieden sein kann. Eine etwaige Änderung der Verteilung bei der dargestellten Anlage kann mittels der Heizelemente 68 und 6g erzielt werden. Auch in dieser Ausführungsform ist die Verteilung der von der Kaltgaskühlmaschine gebildeten Flüssigkeit unabhängig von der Kälteleistung. Aus dem Kochgefäß 51 kann ein Teil der in diesem befindlichen Fraktion mit dem höchsten Siedepunkt, z.B. Sauerstoff, dampfförmig durch die Leitung 78 abgeführt werden. Es wäre auch möglich, die Dampfblasenpumpwirkung dadurch zu erreichen, daß die Flüssigkeit in Wärmeaustauschkontakt mit einem zu kühlenden Mittel gebracht wird. Dies könnte z. B. dadurch erfolgen, daß die Leitungen 64 und 65 mit der Leitung 58 für das zu zerlegende Gasgemisch verlötet werden. Dies wird insbesondere günstig sein, wenn das zu zerlegende Gasgemisch unter atmosphärischem Druck der Säule zugeführt wird, da es dann im allgemeinen erwünscht ist, das Mittel bei seiner Strömung durch die Leitung 58 noch weiter abzukühlen, was mittels der Flüssigkeit in den Leitungen 64 und 65 erfolgen kann.

Wenn die Länge des Leitungsteiles 73 groß genug ist, so ist der Kompressor 54 völlig' entbehrlich, da dann der mittels dieser Leitung und des Flüssigkeitsschlosses entstandene Druckunterschied dazu ausreicht, das Gasgemisch durch die Gefäße 56 und 57 und die Wärmeaustauscher 55 und 52 hindurch anzusaugen.

Bei der oben beschriebenen Bauart ist es möglich, daß die Kaltgaskühlmaschine auf derselben Grundplatte' wie die Säule aufgesetzt wird, und die Abfuhrstelle der flüssigen Fraktion mit dem niedrigsten Siedepunkt trotzdem hoch liegt, so daß es für das Bedienungspersonal nicht notwendig ist, die Abzapfung der Flüssigkeit an der niedrig angebrachten Kaltgaskühlmaschine vorzunehmen.

Claims (11)

1. Patentansprüche:

   i. Gaszerlegungsanlage, die eine Zerlegungssäule besitzt, wobei die aus der Säule aufsteigende dampfförmige Fraktion mit dem niedrigsten Siedepunkt mittels einer Kaltgaskühlmaschine kondensiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorhanden sind, durch die das Kondensat in wenigstens zwei Teile aufgeteilt wird, wobei ein Teil als Waschflüssigkeit für die Säule dient und ein anderer Teil aus der Anlage abgeführt wird, in der Weise, daß zwischen diesen Teilen ein Verhältnis besteht, das von der Kälteleistung der Kühlmaschine im wesentlichen unabhängig ist.
2. 2. Gaszerlegungsanlage nach Anspruch 1, bei der das Kondensat in einer Rinne aufgefangen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Aufteilen des gebildeten Kondensats aus der Rinne, die für jede Menge mit einer Abfuhr versehen ist, und aus einer in der Rinne zwischen den beiden Abfuhren liegenden Trennwand bestehen.
3. 3. Gaszerlegungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand verschiebbar ist. -
4. 4. Gaszerlegungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinne ringförmig ist und mit Abfuhröffnungen versehen ist.
5. 5. Gaszerlegungsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltgaskühlmaschine mit einer ringförmigen Rinne versehen ist und in dieser Rinne eine zwischen zwei öffnungen liegende verschiebbare Trennwand angebracht ist und in dem an der anderen Seite dieser Öffnungen liegenden Teil bzw. Teilen der Rinne eine feste Trennwand vorhanden ist.
6. 6. Gaszerlegungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Aufteilen des Kondensats aus einem Behälter bestehen, der mit einer Zufuhrleitung für das Kondensat und mit wenigstens zwei in senkrechter Richtung sich erstreckenden Abfuhrleitungen versehen ist, wobei dem in den Abfuhrleitungen befindlichen Kondensat Wärme zugeführt wird, wodurch in jeder Leitung eine Dampfblasenpumpwirkung entsteht.
7. 7· Gaszerlegungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierverlust der Anlage wenigstens teilweise für die Heizung der Flüssigkeit in den Abfuhrleitungen benutzt wird.
8. 8. Gaszerlegungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Heizung der Flüssigkeit in den Abfuhrleitungen ein zu kühlendes Mittel benutzt wird.
9. 9. Gaszerlegungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Abfuhrleitung außerdem ein elektrisches Heizelement enthält, mittels dessen ein zusätzlicher Wärmebetrag dem Kondensat in diesen Leitungen zugeführt werden kann.
10. 10. Gaszerlegungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Abfuhrleitung eine Verbindung mit der Kaltgaskühlmaschine besitzt, durch die der bei der Erhitzung des Kondensats entstandene Dampf zwecks erneuter Kondensation der Kühlmaschine zugeführt werden kann.
11. 11. Gaszerlegungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfblasenpumpen im Isoliermantel der Säule angebracht sind.

    Hierzu ι Blatt Zeichnungen

    1 509 606 12.55