DE1092494B - Process and device for generating cold through work-performing expansion of a high-pressure gas - Google Patents

Process and device for generating cold through work-performing expansion of a high-pressure gas

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DE1092494B
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Kälteerzeugung durch arbeitsleistende Entspannung eines Hochdruckgases von überkritischem Druck zur Deckung des Kältebedarfs bei der Gaszerlegung und/oder bei der Gewinnung flüssiger Gase oder Gaszerlegungsprodukte.The invention relates to a method and a device for cold generation by work-performing Relaxation of a high-pressure gas from supercritical pressure to cover the cooling requirement gas separation and / or the production of liquid gases or gas separation products.

Es ist bekannt, nach dem Verfahren von Heylandt Hochdruckgase von beispielsweise 200 atü zum Teil durch arbeitsleistende Entspannung abzukühlen, die dabei gewonnene Kälte gegebenenfalls nach zwischengeschalteter Gaszerlegung auf den anderen Teil des Hochdruckgases zu übertragen und dieses durch Drosselung zu verflüssigen. Dabei tritt in der Entspannungsmaschine ein großes Druckgefälle auf, weshalb meist Kolbenmaschinen verwendet werden müssen. Bei der arbeitsleistenden Entspannung wird das Gas so weit abgekühlt, daß seine Temperatur wenig über der \rerflüssigungsgrenze liegt.It is known, according to Heylandt's method, to cool high-pressure gases of, for example, 200 atmospheres partly through work-performing relaxation, to transfer the cold obtained thereby to the other part of the high-pressure gas after intermediate gas decomposition and to liquefy it by throttling. A large pressure gradient occurs in the expansion machine, which is why piston machines usually have to be used. In the engine expansion, the gas is cooled so that its temperature is slightly above the \ r erflüssigungsgrenze.

Dem Gegenstand der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die arbeitsleistende Entspannung auf ein Teil-Druckgefälle im unterkritischen Druckbereich zu beschränken, aber bei erhöhter Temperatur vorzugsweise im überkritischen Temperaturbereich durchzuführen. The object of the invention is based on the task of the work-performing relaxation on a To limit partial pressure gradient in the subcritical pressure range, but preferably at elevated temperature to be carried out in the supercritical temperature range.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Hochdruckgas mit überkritischem Druck von Umgebungstemperatur durch Wärmeaustausch mit entspanntem Gas aligekühlt, auf unterkritischen Druck gedrosselt, von dem dabei verflüssigten Anteil getrennt, im Wärmeaustausch mit dem noch nicht gedrosselten Hochdruckgas weitgehend erwärmt, durch arbeitsleistende Entspannung gekühlt und dann in weiterem Wärmeaustausch mit dem noch nicht gedrosselten Hochdruckgas wieder auf Umgebungstemperatur erwärmt wird.This object is achieved in that the high pressure gas with supercritical pressure from ambient temperature alige-cooled by heat exchange with relaxed gas, throttled to subcritical pressure, separated from the liquefied part, in heat exchange with the not yet throttled High-pressure gas largely heated, cooled by work-performing relaxation and then further Heat exchange with the not yet throttled high-pressure gas warmed up again to ambient temperature will.

Der Gegenstand der Erfindung nutzt im überkritischen Druckbereich zur Kälteerzeugung nur den im Verhältnis zum Verdichtungsaufwand viel Kälte bringenden Joule-Thomson-Effekt aus; im Gebiet unterkritischer Drücke wird jedoch zusätzlich die dort bei hoher mittlerer Arbeitstemperatur gute Kälteleistung durch arbeitsleistende Entspannung ausgenutzt. Die bei hoher Arbeitstemperatur durch arbeitsleistende Entspannung erzeugte Kälte wird durch das gesamte Hochdruckgas also nicht nur durch den nicht arbeitsleistend zu entspannenden Teil desselben nach dem Prinzip der Verdampfungs-Kältemaschine auf die tiefer liegende Bedarfstemperatur transformiert.The subject of the invention uses only the in the supercritical pressure range for cold generation In relation to the compaction effort, the Joule-Thomson effect brings a lot of cold; in the area of However, subcritical pressures are also good there at a high mean working temperature Cooling capacity exploited by work-performing relaxation. Which through at high working temperature The cold generated by the work-performing relaxation is not only carried through by the entire high-pressure gas the part of it that is not work-performing to be relaxed according to the principle of the evaporative refrigeration machine transformed to the lower required temperature.

Dies hat den Vorteil, daß bei der arbeitsleistenden Entspannung bei geringem Durckgefälle und höherer mittlerer Arbeitstemperatur ein höherer thermischer Wirkungsgrad erreicht wird als bei größerem Druckgefälle. Das gegenüber der Entspannung mit großem Verfahren und EinrichtungThis has the advantage that in the case of work-performing relaxation with a low pressure gradient and a higher one A higher thermal efficiency is achieved at an average working temperature than at a greater pressure gradient. The opposite of relaxation with great process and facility

zur Kälteerzeugung durch arbeitsleistende Entspannung eines Hochdruckgasesfor cold generation through work-performing expansion of a high-pressure gas

Anmelder:Applicant:

Gesellschaft für Linde's EismaschinenSociety for Linde's ice machines

Aktiengesellschaft,Corporation,

Zweigniederlassung Höllriegelskreuth,
Höllriegelskreuth bei MünchenBranch office Höllriegelskreuth,
Höllriegelskreuth near Munich

Max Seidel, München-Solln,
ist als Erfinder genannt wordenMax Seidel, Munich-Solln,
has been named as the inventor

Druckgefälle vergrößerte Entspannungsvolumen gestattet es, als Entspannungsmaschinen größere Turbinen zu verwenden, von denen kein Schmieröl in das entspannte Hochdruckgas kommen kann, die weniger störanfällig sind als Kolbenmaschinen und geringere Anlagekosten erfordern.Pressure gradient increased expansion volume allows larger turbines than expansion machines to use, of which no lubricating oil can get into the relaxed high-pressure gas, the less Are more prone to failure than piston engines and require lower system costs.

Die arbeitsleistende Entspannung ergibt trotz des verminderten Druckgefälles wegen der erhöhten mittleren Arbeitstemperatur keine geringere Kälteausbeute als die Hochdruckentspannung über das gesamte Druckgefälle. Zu dem einfacheren Aufbau und geringeren Raumbedarf der als Turbinen ausgeführten Entspannungsmaschinen kommt also eine der Hoch-The work-performing relaxation results despite the reduced pressure gradient due to the increased mean Working temperature no lower cold yield than the high pressure relaxation over the entire Pressure gradient. In addition to the simpler structure and smaller space requirements of the turbines Relaxation machines are therefore one of the

druckentspannung mindestens gleichwertige Kälteerzeugung hinzu.pressure release to add at least equivalent refrigeration.

Bei Anwendung des Verfahrens auf einen an eine Gaszerlegungsanlage angeschlossenen Hochdruckkreislauf wird in einer Ausführungsform mit geschlossenem Kreislauf die Entspannungsturbine mit der gesamten Kreislaufmenge betrieben, wogegen bei gekannten Verfahren mit Hochdruckexpansionsmaschinen nur bis zu etwa 60 °/o des Gases zur arbeitsleistenden Entspannung zur Verfügung stehen.When applying the method to a high pressure circuit connected to a gas separation plant is in an embodiment with a closed circuit, the expansion turbine with operated with the entire circulation volume, whereas with known processes with high-pressure expansion machines only up to about 60% of the gas is available for work-performing expansion.

Die erzeugte Kälte wird in diesem Falle durch Wärmeaustausch an das trocken verdichtete Hochdruckgas übertragen und durch letzteres der Zerlegungsanlage zugeführt.The generated cold is in this case by heat exchange to the dry compressed high pressure gas transferred and fed through the latter to the cutting plant.

Beim Verfahren nach der Erfindung wird Hochdruckgas von überkritischem Druck, beispielsweise zwischen 100 und 300 kg/cm2, einem ersten Wärmeaustauscher zugeführt, in dem das Hochdruckgas durch Wärmeaustausch mit kaltem, von der Entspannungsturbine kommendem Gas abgekühlt wird. An-In the method according to the invention, high-pressure gas of supercritical pressure, for example between 100 and 300 kg / cm 2 , is fed to a first heat exchanger in which the high-pressure gas is cooled by heat exchange with cold gas coming from the expansion turbine. At-

009 647/110009 647/110

schließend wird das Hochdruckgas in zwei Teilströme aufgeteilt, die in je einem weiteren Wärmeaustauscher weiter abgekühlt werden. Den einen Teilstrom kühlt dabei das von der Entspannungsturbine kommende Gas, den anderen das zur Turbine gehende. Nach diesen Wärmeaustauschern gehen beide Teilgasströme getrennt oder vereinigt durch einen Wärmeaustauscher, in dem sie durch das vom Entspannungsgefäß zur Turbine zurückströmende Gas weiter gekühlt werden. Anschließend werden beide Teilgasströme in das Entspannungsgefäß auf unterkritischen Druck zwischen 10 und 30 kg/cm2 gedrosselt, wobei sich ein Teil des Gases verflüssigt. Der verflüssigte Teil kann entnommen werden, während der gasförmige Teil durch die vor die Entspannungsturbine geschalteten Wärmeaustauscher zurückströmt, dabei angewärmt und dann in der Entspannungsturbine entspannt wird. Nach der Entspannung strömt das Gas durch Wärmeaustauscher zurück und wird von dem ankommenden Hochdruckgas erwärmt. Es wird ein Hochdruckkreislauf verwendet, bei dem das zurückströmende Gas durch einen Kompressor verdichtet wird und die als Flüssigkeit abgezogene Menge durch Zuführung von frischem Gas vor oder nach der Verdichtung in den warmen Teil oder aus dem Hochdruckteil einer zweistufigen Rektifikationssäule stammenden Gas in den kalten Teil des Kreislaufes ersetzt wird.The high-pressure gas is then divided into two partial flows, each of which is further cooled in a further heat exchanger. One part of the flow is cooled by the gas coming from the expansion turbine and the other by the gas going to the turbine. After these heat exchangers, the two partial gas flows go either separately or combined through a heat exchanger in which they are further cooled by the gas flowing back from the expansion vessel to the turbine. Subsequently, both partial gas flows are throttled in the expansion vessel to subcritical pressure between 10 and 30 kg / cm 2 , with part of the gas liquefied. The liquefied part can be removed while the gaseous part flows back through the heat exchangers connected upstream of the expansion turbine, is heated in the process and then expanded in the expansion turbine. After the expansion, the gas flows back through the heat exchanger and is heated by the incoming high-pressure gas. A high-pressure circuit is used in which the gas flowing back is compressed by a compressor and the amount withdrawn as liquid by supplying fresh gas before or after compression into the warm part or from the high-pressure part of a two-stage rectification column into the cold part of the Cycle is replaced.

Wird das Verfahren im Zusammenhang mit einer Gaszerlegungsanlage verwendet, beispielsweise einer solchen, die zum Wärmeaustausch Regeneratoren benützt, so kann das Entspannungsgefäß, in dem sich das verflüssigte Hochdruckgas sammelt, mit der Rektifikationssäule verbunden werden. Durch Rückführung einer äquivalenten Gasmenge aus dem Hochdruckteil der Rektifikationssäule in den kalten Teil des Hochdruckkreislaufes nach der arbeitsleistenden Entspannung wird der Druck hinter der Entspannungsmaschine auf dem Druck des Hochdruckteils gehalten. Man kann beispielsweise dem Hochdruckteil der Rektifikationssäule den gasförmigen tiefersiedenden Bestandteil des Gasgemisches entnehmen und damit den Hochdruckkreislauf betreiben.If the method is used in connection with a gas separation plant, for example a those that use regenerators for heat exchange, so can the expansion vessel in which collects the liquefied high pressure gas, connected to the rectification column. Through repatriation an equivalent amount of gas from the high pressure part of the rectification column into the cold part of the high-pressure circuit after the work-performing relaxation is the pressure behind the relaxation machine kept on the pressure of the high pressure part. You can, for example, the high pressure part remove the gaseous lower-boiling component of the gas mixture from the rectification column and operate the high pressure circuit with it.

Der in den Hochdruckteil entspannte tiefersiedende Bestandteil kann durch den den Hochdruckkreislauf ergänzenden gasförmigen, tiefersiedenden Bestandteil unterkühlt werden, bevor dieses Ergänzungsgas dem Kreislauf zugeführt wird. Es ist auch möglich, das zu erwärmende Ergänzungsgas für den Kreislauf im Wärmeaustausch mit zu zerlegendem Gas, insbesondere durch Rohrschlangen, die in die Hauptwärmeaustauscher der Gaszerlegungsanlage, vorzugsweise in die Speichermasse von Regeneratoren eingebettet sind, zu erwärmen und im warmen Zustand vor der Verdichtung dem Kreislauf zuzuführen.The low-boiling component relaxed in the high-pressure part can pass through the high-pressure circuit supplementary gaseous, lower-boiling component are supercooled before this supplementary gas the Circulation is supplied. It is also possible to use the supplementary gas to be heated for the circuit in the Heat exchange with the gas to be separated, in particular by means of pipe coils which are fed into the main heat exchanger of the gas separation plant, preferably Are embedded in the storage mass of regenerators, to be heated and in the warm state before Add compression to the circuit.

Das im Entspannungsgefäß verflüssigte Gas kann auch durch Wärmeaustausch mit einem anderen Gas wieder verdampft werden. Damit steht das gesamte Hochdruckgas für die arbeitsleistende Entspannung zur Verfugung. Dabei kann sich dieses andere Gas verflüssigen. In diesem Falle kann das gesamte entspannte Hochdruckgas im geschlossenen Kreislauf wiederholt verdichtet und entspannt werden.The gas liquefied in the expansion vessel can also be exchanged with another gas be vaporized again. The entire high-pressure gas thus stands for the work-performing expansion available. This other gas can liquefy in the process. In this case, the whole can be relaxed High-pressure gas can be repeatedly compressed and relaxed in a closed circuit.

Dieses andere Gas kann dabei auf einen Druck verdichtet werden, bei dem es durch Verdampfen des verflüssigten Teils des gedrosselten Hochdruckgases selbst verflüssigt wird. Dabei kann das zu verflüssigende andere Gas ganz oder teilweise im Wärmeaustausch mit dem zu erwärmenden Hochdruckgas oder einem Teil desselben vorgekühlt werden.This other gas can be compressed to a pressure at which it evaporates liquefied part of the throttled high pressure gas is liquefied itself. This can be liquefied other gas wholly or partly in heat exchange with the high-pressure gas to be heated or a part of it can be pre-cooled.

Es ist weiterhin möglich, den höhersiedenden Bestandteil aus einer Gaszerlegungsanlage zu entnehmen und ihn auf einen solchen Druck zu verdichten, daß er im Wärmeaustausch das verflüssigte Hochdruckgas verdampft und selbst dabei verflüssigt wird. Der verflüssigte höhersiedende Bestandteil wird dann in den Niederdrucktejl der Rektifikationssäule entspannt. Dabei kann der Entspannungsdruck der arbeitsleistenden Entspannung des Hochdruckkreislaufs durch Verbindung mit einen konstanten Druck aufweisenden Teilen der Zerlegungsainlage konstant gehalten werden. Der beim Wärmeaustausch mit dem verdampfenden, verflüssigten Hochdruckgas verflüssigte höhersiedende Bestandteil kann vor seiner Verdichtung ganz oder teilweise durch Wärmeaustausch mit in den Hauptwärmeaustauschern der Gaszerlegungsanlage, bei Regeneratoren durch in die Speichermasse eingelegte Rohrschlangen, ganz oder teilweise erwärmt werden, während gegebenenfalls ein Teil des höhersiedenden Bestandteiles im Wärmeaustausch mit sich selbst vor der Verdichtung angewärmt wird. Die Verdichtung des zu verflüssigenden höhersiedenden Bestandteiles erfolgt gemeinsam mit der Verdichtung des zum Verbrauch bestimmten höhersiedenden Bestandteiles.It is also possible to take the higher-boiling component from a gas separation plant and to compress it to such a pressure that it exchanges heat with the liquefied high-pressure gas is evaporated and liquefied in the process. The liquefied higher boiling component is then in relaxed the low pressure part of the rectification column. The pressure to relax the work-performing Relaxation of the high pressure circuit by connection with a constant pressure Parts of the decomposition system are kept constant. The heat exchange with the evaporating, Liquefied high-pressure gas, liquefied higher-boiling component can be used before its compression in whole or in part by heat exchange with in the main heat exchangers of the gas separation plant, in the case of regenerators, by means of pipe coils inserted into the storage mass, fully or partially heated while possibly a part of the higher-boiling component in heat exchange with it is heated even before compaction. The compression of the higher-boiling component to be liquefied takes place together with the compression of the higher-boiling water intended for consumption Component.

Zur Erhaltung des Temperaturgleichgewichts in den Regeneratoren kann eine von Hand oder selbsttätig einstellbare Teilmenge des arbeitsleistend entspannten kalten Hochdruckgases durch die in die Regeneratoren eingebetteten Rohrschlangen geleitet und dem warmen Teil des Hochdruckkreislaufs wieder zugeführt werden. Das in den in die Regeneratoren eingelegten Rohrschlangen zu erwärmende Hochdruckgas kann vor der Erwärmung in den Rohrschlangen von der Entspannungstemperatur der arbeitsleistenden Entspannung auf die Zerlegungstemperatur abgekühlt werden oder ohne vorherige weitere Abkühlung nur durch im wärmeren Teil der Regeneratoren liegende Rohrschlangen geführt} werden.To maintain the temperature equilibrium in the regenerators, one can either manually or automatically adjustable subset of the cold high-pressure gas, which is relaxed at work, through the into the Regenerators embedded pipe coils and the warm part of the high pressure circuit again are fed. The high-pressure gas to be heated in the coils placed in the regenerators can be cooled from the expansion temperature of the work-performing expansion to the decomposition temperature before heating in the pipe coils or without prior further cooling can only be carried out through pipe coils in the warmer part of the regenerators}.

Bei der Anwendung des Verfahrens in Luftzerlegungsanlagen wird die Entspannungsmaschine mit Luft oder Stickstoff vorzugsweise zwischen 35 und 5 atü betrieben. Zur Verdampfung des verflüssigten Stickstoffes kann Sauerstoff benutzt werden, der auf 15 bis 30 atü verdichtet ist. Das Verfahren kann auch für andere Gase bzw. Gasgemische als Luft verwendet werden.When the process is used in air separation plants, the expansion machine is also used Air or nitrogen preferably operated between 35 and 5 atmospheres. To evaporate the liquefied Nitrogen, oxygen compressed to 15 to 30 atmospheres can be used. The procedure can also can be used for gases or gas mixtures other than air.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dar.The drawing represents an embodiment of the subject matter of the invention.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird das Gas durch den Kompressor 1 auf überkritischen Druck verdichtet und über die Leitung 11 dem Wärmeaustauscher 2 zugeleitet. In diesem wird das Gas durch entgegenströmendes kaltes Gas abgekühlt.In the embodiment of FIG. 1, the gas by the compressor 1 is supercritical Pressure is compressed and fed to the heat exchanger 2 via line 11. In this one will Gas cooled by cold gas flowing in the opposite direction.

Anschließend wird der Gasstrom bei 13 geteilt, der eine Teilstrom geht durch den Wärmeaustauscher 4 und wird dort durch von der Turbine 3 kommendes, über Leitung 14 zugeführtes kaltes Gas abgekühlt, während der andere Teilgasstrom im Wärmeaustauscher S von dem zur Turbine 3 strömenden Gas gekühlt wird. Anschließend werden beide Teilgasströme in den Leitungen 16 und 17 getrennt durch den Wärmeaustauscher 6 geleitet, wo sie durch den nicht verflüssigten Anteil des über Leitung 19 zurückströmenden Gases weitergekühlt werden, um anschließend über die Ventile 7 und 8 getrennt in das Entspannungsgefäß 9 auf unterkritischen Druck entspannt zu werden. Dabei wird ein Teil des Gases verflüssigt und sammelt sich im Entspannungsgefäß 9, während der nicht verflüssigte Teil durch die Leitung 19, den Wärmeaustau-The gas flow is then divided at 13, one partial flow going through the heat exchanger 4 and is cooled there by cold gas coming from the turbine 3 and fed in via line 14, while the other partial gas flow in the heat exchanger S is cooled by the gas flowing to the turbine 3. Subsequently, the two partial gas flows in lines 16 and 17 are separated by the heat exchanger 6, where it is passed through the non-liquefied portion of the gas flowing back via line 19 are further cooled in order to then separately into the expansion vessel 9 via the valves 7 and 8 to be relaxed to subcritical pressure. Part of the gas is liquefied and collected in the expansion vessel 9, while the non-liquefied part through the line 19, the heat exchange

scher 6, die Leitung 18, den Wärmeaustauscher 5 und die Leitung 15 zur Turbine 3 geleitet wird. Die Leitung 14 führt das entspannte Gas zum Wärmeaustauscher 4, von diesem geht es zum Wärmeaustauscher 2 und von hier über Leitung 12 wieder zum Kompressor 1. Das verflüssigte Gas kann über Leitung 22 und Ventil 23 durch trockenes Niederdruckgas oder über die gestrichelt gezeichnete Leitung 21 durch trockenes Hochdruckgas ersetzt werden. Es ist auch möglich, den Kompressor 1 wegzulassen und das Hochdruckgas über Leitung 21 von außen der Anlage zuzuführen. Die im Entspannungsgefäß 9 angesammelte Flüssigkeit kann über das Ventil 10 durch die Leitung 20 abgelassen werden.shear 6, the line 18, the heat exchanger 5 and the line 15 to the turbine 3 is passed. The administration 14 leads the expanded gas to heat exchanger 4, from which it goes to heat exchanger 2 and from here via line 12 back to the compressor 1. The liquefied gas can via line 22 and Valve 23 through dry low-pressure gas or through the dashed line 21 through dry High pressure gas to be replaced. It is also possible to omit the compressor 1 and the high pressure gas to be fed to the system from the outside via line 21. The accumulated in the expansion vessel 9 Liquid can be drained off via the valve 10 through the line 20.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird das kondensierte Hochdruckgas durch indirekten Wärmeaustausch mit einem kondensierenden Hilfsgas verdampft. Das Hilfsgas wird durch die Leitung 24 zugeführt. Ein Teil strömt durch die Leitung 26 und den Wärmeaustauscher 29 in die Rohrschlangen 31 im Entspannungsgefäß 9, während ein anderer Teil über die Leitung 25 dem Wärmeaustauscher 27, anschließend dem Wärmeaustauscher 28 und über die Leitung 30 ebenfalls den Rohrschlangen 31 zugeleitet wird. Das Hilfsgas wird anschließend über das Ventil 32 in ein Gefäß 34 entspannt. Hier sammelt sich das kondensierte Hilfsgas und kann über das Ventil 33 abgelassen werden. Der nicht kondensierte Anteil strömt durch die Leitung 35 zum Wärmeaustauscher 29 und verläßt bei 36 die Anlage.In the embodiment of Fig. 2, the condensed high pressure gas is through indirect heat exchange evaporated with a condensing auxiliary gas. The auxiliary gas is supplied through line 24. A part flows through the line 26 and the heat exchanger 29 into the coils 31 in the expansion vessel 9, while another part via the line 25 to the heat exchanger 27, then the heat exchanger 28 and, via line 30, likewise fed to the coils 31 will. The auxiliary gas is then released into a vessel 34 via the valve 32. This is where it gathers condensed auxiliary gas and can be discharged via valve 33. The uncondensed portion flows through line 35 to heat exchanger 29 and leaves the system at 36.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird das Verfahren nach der Erfindung zur Kälteerzeugung für eine Gastrennanlage verwendet. Von der Gastrennanlage ist nur eine zweistufige Rektifikationssäule 39, 40 schematisch dargestellt. Als Kreislaufgas wird der Rektifikationssäule 39 der tiefersiedende Bestandteil des zerlegten Gasgemisches durch die Leitung 41 entnommen und über einen Unterkühlungsgegenstrom-Wärmeaustauscher 47 dem Wärmeaustauscher 4 zugeführt. Von dort gelangt der tiefersiedende Bestandteil durch den \Värmeaustauscher 2 und die Leitung 12 zum Kompressor 1. Auf den bereits beschriebenen Wegen werden die beiden Teilströme des tiefersiedenden Bestandteiles in das Entspannungsgefäß 9 entspannt und dabei teilweise verflüssigt. Die Flüssigkeit wird über die Leitung 37 entnommen, durch den Unterkühlungs-Wärmeaustauscher 47 geführt, im Ventil 38 entspannt und der Rektifikationssäule 39 wieder zugeleitet.In the embodiment according to FIG. 3, the method according to the invention is used for generating cold used for a gas separation plant. There is only a two-stage rectification column of the gas separation plant 39, 40 shown schematically. The rectification column 39 is the lower-boiling one as the cycle gas Part of the decomposed gas mixture is taken through line 41 and via a subcooling countercurrent heat exchanger 47 supplied to the heat exchanger 4. From there, the lower-boiling component passes through the heat exchanger 2 and the line 12 to the compressor 1. In the ways already described, the two partial flows of the lower-boiling component in the expansion vessel 9 relaxed and thereby partially liquefied. The liquid is withdrawn via line 37, through the subcooling heat exchanger 47 out, relaxed in the valve 38 and fed back to the rectification column 39.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 wird der höhersiedende Bestandteil des zerlegten Gasgemisches in einem vom Entspannungskreislauf getrennten Kreislauf verflüssigt. Der höhersiedende Bestandteil wird der Rektifikationssäule 40 durch die Leitung 42 entnommen und durch die Rohrschlangen 49, die in hier nicht gezeichnete Regeneratoren eingelegt sind, zum Kompressor 43 geleitet. Hier wird der höhersiedende Bestandteil auf den Druck verdichtet, bei dem er im Wärmeaustausch mit dem im Entspannungsgefäß 9 befindlichen, verdampfenden tiefersiedenden Bestandteil kondensiert. Durch die Leitung 45 wird der höhersiedende Bestandteil dem Wärmeaustauscher 27 und anschließend dem Wärmeaustauscher 28 zugeleitet, bevor er in den Rohrschlangen 31 verflüssigt wird. Anschließend wird der höhersiedende Bestandteil durch die Leitung 46 zum Wärmeaustauscher 47 geführt und über das Ventil 48 wieder in die Rektifikationssäule 40 entspannt. Über da? Ventil 44 kann der Anlage der verdichtete, gasförmige höhersiedende Bestandteil entnommen werden. Außerdem können bei entsprechender Bemessung der Kälteerzeugung der Gastrennanlage flüssige Produkte entnommen werden, beispielsweise durch die Leitung 50 der flüssige, höhersiedende Bestandteil.In the exemplary embodiment according to FIG. 4, the higher-boiling component of the decomposed gas mixture is used liquefied in a circuit separate from the relaxation circuit. The higher boiling component is removed from the rectification column 40 through line 42 and through the coils 49, which in Regenerators (not shown here) are inserted, passed to the compressor 43. Here is the higher boiling one Component compressed to the pressure at which it exchanges heat with that in the expansion vessel 9 located, evaporating lower-boiling component condensed. Through the line 45 becomes the higher-boiling component of the heat exchanger 27 and then the heat exchanger 28 before it is liquefied in the coils 31. Then the higher-boiling one Component passed through line 46 to heat exchanger 47 and via valve 48 relaxed again in the rectification column 40. Over there? Valve 44 can plant the compressed, gaseous higher-boiling component can be removed. In addition, if dimensioned accordingly liquid products are removed from the refrigeration of the gas separation system, for example by the Line 50 is the liquid, higher boiling component.

Claims (21)

Patentansprüche.·Patent claims. 1. Verfahren zur Kälteerzeugung durch arbeitsleistende Entspannung eines Hochdruckgases von überkritischem Druck zur Deckung des Kältebedarfs bei der Gaszerlegung und/oder bei der Gewinnung flüssiger Gase oder Gaszerlegungsprodukte, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochdruckgas mit überkritischem Druck von Umgebungstemperatur durch Wärmeaustausch mit entspanntem Gas abgekühlt, auf unterkritischen Druck gedrosselt, von dem dabei verflüssigten Anteil getrennt, im Wärmeaustausch mit dem noch nicht gedrosselten Hochdruckgas weitgehend erwärmt, durch arbeitsleistende Entspannung gekühlt und dann in weiterem Wärmeaustausch mit dem noch nicht gedrosselten Hochdruckgas wieder auf Umgebungstemperatur erwärmt wird.1. Process for generating cold by work-performing expansion of a high-pressure gas from supercritical pressure to cover the refrigeration requirement for gas separation and / or for Extraction of liquid gases or gas separation products, characterized in that the high pressure gas with supercritical pressure from ambient temperature through heat exchange with relaxed Gas cooled, throttled to subcritical pressure, separated from the liquefied part, largely heated in the heat exchange with the not yet throttled high-pressure gas, cooled by work-performing relaxation and then in further heat exchange with the still non-throttled high-pressure gas is reheated to ambient temperature. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das entspannte Hochdruckgas im Kreislauf wiederholt verdichtet und entspannt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the relaxed high pressure gas in the Cycle is repeatedly compressed and relaxed. 3. \rerfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verflüssigte Anteil aus dem Kreislauf entnommen und aus dem Tieftemperaturteil einer Gaszerlegungsanlage laufend durch kaltes trockenes Gas oder Gaszerlegungsprodukte ersetzt wird.3. \ r experience according to claim 1, characterized in that the liquefied fraction is removed from the circuit and continuously replaced by cold dry gas or gas separation products from the low-temperature part of a gas separation plant. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verflüssigte Anteil dem Kreislauf entnommen und durch Gas ersetzt wird, das im Hauptwärmeaustauscher der Gaszerlegungsanlage, bei Regeneratoren mittels in die Speichermasse eingebetteten Rohrschlangen, erwärmt und in warmem Zustand vor der Verdichtung dem Kreislauf zugeführt wird.4. The method according to claim 1, characterized in that that the liquefied portion is removed from the cycle and replaced by gas, the in the main heat exchanger of the gas separation plant, in regenerators by means of the storage mass embedded pipe coils, heated and in a warm state before compaction Circulation is supplied. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verflüssigte Anteil vom unterkritischen Zwischendruck auf den Entnahmedruck gedrosselt und entnommen tind im warmen Teil des Kreislaufs durch frisches, zu verflüssigendes Gas ergänzt wird.5. The method according to claim 1, characterized in that the liquefied portion of the subcritical Intermediate pressure throttled to the withdrawal pressure and withdrawn in the warm part of the circuit is supplemented by fresh gas to be liquefied. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verflüssigte Anteil durch indirekten Wärmeaustausch mit einem sich dabei verflüssigenden Gas verdampft und dann gemeinsam mit dem nicht verflüssigten Anteil erwärmt und arbeitsleistend entspannt wird.6. The method according to claim 1, characterized in that the liquefied portion by indirect Heat exchange with a liquefied gas and then evaporated together is heated with the non-liquefied portion and relaxed while performing work. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Gaszerlegung der tiefersiedende Bestandteil verdichtet und als Hochdruckgas verwendet wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that in the gas separation the lower-boiling component is compressed and used as a high-pressure gas. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung von Stickstoff als Hochdruckgas dieses auf einen überkritischen Druck von 100 bis 300 kg/cm2 komprimiert und vor der arbeitsleistenden Entspannung auf einen unterkritischen Druck von 10 bis 30 kg/cm2 gedrosselt wird.8. The method according to claim 7, characterized in that when using nitrogen as high pressure gas this is compressed to a supercritical pressure of 100 to 300 kg / cm 2 and throttled to a subcritical pressure of 10 to 30 kg / cm 2 before the work-performing relaxation will. 9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Gasverflüssigung das zu verflüssigende Gas auf einen zur Verdampfung des verflüssigten Teils des auf unterkritischen Druck gedrosselten Hochdruckgases ausreichenden Druck verdichtet und ganz oder teilweise im Wärmeaus-9. The method according to claim 6, characterized in that the liquefied gas to be liquefied Gas on a to vaporize the liquefied part of the subcritical pressure throttled high-pressure gas compresses sufficient pressure and completely or partially in the heat exhaust tausch mit dem zu erwärmenden Hochdruckgas oder einem Teil desselben vorgekühlt und durch Verdampfen des verflüssigten Teils des gedrosselten Hochdruckgases verflüssigt wird.Exchange with the high-pressure gas to be heated or a part of it precooled and through Evaporation of the liquefied part of the throttled high pressure gas is liquefied. 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Gaszerlegungsanlagen das nur auf den Zerlegungsdruck verdichtete zu zerlegende Gas in Regeneratoren im Gegenstrom zu den Zerlegungsprodukten abgekühlt wird und das entspannte Hochdruckgas in Verbindung mit einem Teil des Zerlegungsapparates auf konstantem Entspannungsdruck gehalten wird.10. The method according to claim 1, characterized in that the gas separation plants The gas to be separated is only compressed to the decomposition pressure in regenerators in countercurrent the decomposition products is cooled and the expanded high pressure gas in connection with a part of the dismantling apparatus is kept at constant expansion pressure. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei Gaszerlegungsanlagen mit einer zweistufigen Rektifikationssäule der Hochdruckkreislauf mit dem Hochdruckteil der Rektifikationssäule verbunden und das verflüssigte Hochdruckgas in den Hochdruckteil entspannt wird, wobei der Hochdruckkreislauf mit einem Bestandteil des zerlegten Gasgemisches aus dem Hochdruckteil, vorzugsweise dem tiefersiedenden, gespeist wird.11. The method according to claim 10, characterized in that that in gas separation plants with a two-stage rectification column, the high pressure circuit connected to the high pressure part of the rectification column and the liquefied high pressure gas expanded into the high pressure part is, the high pressure circuit with a component of the decomposed gas mixture from the High-pressure part, preferably the lower-boiling one, is fed. 12. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Gaszerlegungsanlagen der höhersiedende Bestandteil des zerlegten Gasgemisches auf einem zur Verdampfung des verflüssigten gedrosselten Hochdruckgases ausreichenden Druck verdichtet und durch Verdampfung des verflüssigten Hochdruckgases verflüssigt und in den Niederdruckteil der Rektifikationssäule entspannt wird.12. The method according to claim 6, characterized in that the gas separation plants higher-boiling component of the decomposed gas mixture on a to evaporate the liquefied throttled high-pressure gas compresses sufficient pressure and by evaporation of the liquefied high pressure gas liquefied and expanded in the low pressure part of the rectification column will. 13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Hochdruckteil der Rektifikationssäule entspannte tiefersiedende Bestandteil durch den den Hochdruckkreislauf ergänzenden gasförmigen tiefersiedenden Bestandteil unterkühlt wird, bevor dieser dem Hochdruckkreislauf zugeführt wird.13. The method according to claim 11, characterized in that that the low-boiling component relaxed in the high pressure part of the rectification column by the gaseous lower-boiling component that supplements the high-pressure circuit is subcooled before it is fed to the high pressure circuit. 14. Verfahren nach Anspruch 6 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der durch Verdampfen des \-erflüssigten Hochdruckgases zu verflüssigende höhersiedende Bestandteil vor seiner Verdichtung ganz oder teilweise durch Rohrschlangen erwärmt wird, die in die Hauptwärmeaustauscher der Gaszerlegungsanlage, vorzugsweise in die Speichermasse von Regeneratoren eingebettet sind, während gegebenenfalls ein Teil im Wärmeaustausch mit sich selbst vor der Verdichtung angewärmt wird.14. The method according to claim 6 or 12, characterized in that the by evaporation of the liquefied high-pressure gas, the higher-boiling component to be liquefied prior to its compression wholly or partially heated by coils entering the main heat exchanger the gas separation plant, preferably embedded in the storage mass of regenerators are, while possibly a part in heat exchange with itself prior to compression is warmed up. 15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtung des zu verflüssigenden höhersiedenden Bestandteiles gemeinsam mit der Verdichtung des zum Verbrauch bestimmten höhersiedenden Bestandteiles trocken und ölfrei erfolgt.15. The method according to claim 1, characterized in that the compression of the to be liquefied higher-boiling component together with the compression of that intended for consumption The higher-boiling component takes place dry and oil-free. 16. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch in die Regeneratoren eingebettete Rohrschlangen eine von Hand oder selbsttätig einstellbare Teilmenge des arbeitsleistend entspannten kalten Hochdruckgases zur Erhaltung des Temperaturgleichgewichts der Regeneratoren erwärmt und im warmen Teil dem Hochdruckkreislauf wieder zugesetzt wird.16. The method according to claim 4, characterized in that embedded in the regenerators Tubular coils a manually or automatically adjustable subset of the work-performing relaxed cold high pressure gas to maintain the temperature equilibrium of the Regenerators are heated and added back to the high pressure circuit in the warm part. 17. Verfahren nach Anspruch 4 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Erhaltung des Temperaturgleichgewichts der Regeneratoren durch Rohrschlangen im Regenerator erwärmte Hochdruckgas vor der Erwärmung in den Rohrschlangen von der Entspannungstemperatur der arbeitsleistenden Entspannung auf Zerlegungstemperatur abgekühlt wird oder ohne vorherige weitere Abkühlung durch nur im wärmeren Teil der Regeneratoren angeordnete Rohrschlangen geführt wird.17. The method according to claim 4 or 14, characterized in that the maintenance the temperature equilibrium of the regenerators is heated by coils in the regenerator High pressure gas before the heating in the coils from the expansion temperature of the work-performing relaxation is cooled to the decomposition temperature or without prior further cooling by means of pipe coils only in the warmer part of the regenerators to be led. 18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Luftzerlegungsanlagen die Entspannungsmaschine mit Luft oder Stickstoff von unterkritischem Druck betrieben wird und verdichteter Sauerstoff zur Verdampfung des verflüssigten Stickstoffes benutzt wird.18. The method according to claim 1, characterized in that the air separation plants Expansion machine is operated with air or nitrogen at subcritical pressure and compressed oxygen is used to vaporize the liquefied nitrogen. 19. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die arbeitsleistende Entspannung eine Turbine (3) verwendet wird.19. Device for performing the method according to claim 1, characterized in that that a turbine (3) is used for the work-performing relaxation. 20. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anwärmung des arbeitsleistend zu entspannenden Gases durch das Hochdruckgas zwischen Entspannungsgefäß (9) und Turbine (3) Wärmeaustauscher geschaltet sind.20. Device for performing the method according to claim 6, characterized in that that to warm the work to be expanded gas by the high pressure gas between Expansion vessel (9) and turbine (3) heat exchangers are connected. 21. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in das Entspannungsgefäß (9) Verdampfungsheizflächen (31) eingebaut sind. 21. Device for performing the method according to claim 6, characterized in that that in the expansion vessel (9) evaporation heating surfaces (31) are built. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings ® 009 647/110 11.60® 009 647/110 11.60
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