DE20205751U1 - Vorrichtung zur Tieftemperatur-Zerlegung von Luft - Google Patents

Vorrichtung zur Tieftemperatur-Zerlegung von Luft

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Description

iP01239gm-DE/AVA
&Lgr;1.04.2002 - lmhof
Beschreibung Vorrichtung zur Tieftemperatur-Zerlegung von Luft
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs Ein derartiger Apparat ist aus DE 19609490 A1 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung des eingangs genannten Art anzugeben, die energetisch besonders günstig zu betrieben ist.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Schutzanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Jeder "Kondensator-Verdampfer" weist einen Verflüssigungsraum und einen Verdarnpfungsraum auf. In dem Verflüssigungsraum Wird die Kondensation eines ersten Fluidstroms durchgeführt, in dem Verflüssigungsraum die Verdampfung eines zweiten Fluidstroms. Die beiden Fluidströme stehen dabei in indirektem Wärmeaustausch. Verdampfungs- und Verflüssigungsraum werden durch Gruppen von Passagen gebildet, die untereinander in Wärmeaustauschbeziehung stehen.
Bei einem "Fallfilmverdampfer" strömt das zu verdampfende Fluid von oben nach unten durch den Verdampfungsraum und wird dabei teilweise verdampft. Bei einem "Umlaufverdampfer" (auch Flüssigkeitsbadverdampfer) genannt steht der Wärmetauscherblock in einem Flüssigkeitsbad des zu verdampfenden Fluids. Dieses strömt mittels des Thermosiphon-Effekts von unten nach oben durch die Verdampfungspassagen und tritt oben als Zwei-Phasen-Gemisch wieder aus. Die verbliebende Flüssigkeit strömt außerhalb des Wärmetauscherblocks in das Flüssigkeitsbad zurück. (Bei einem Umlaufverdampfer kann der Verdampfungsraum sowohl die Verdampfungspassagen als auch den Außenraum um den Wärmetauscherblock umfassen.)
Als "sauerstoffangereichert" wird ein Fluid bezeichnet, das eine höhere Sauerstoffkonzentration als Luft aufweist. Bei der "sauerstoffreichen" Flüssigkeit der
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· iy a
Erfindung ist die Sauerstoffkonzentration höher als bei der sauerstoffangereicherten Flüssigkeit. Es kann sich dabei um unreinen oder reinen Sauerstoff handeln. Die Sauerstoffreiche Flüssigkeit wird vorzugsweise durch Sumpfflüssigkeit der Niederdrucksäule gebildet.
5
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Verdichtete und gereinigte Luft 1 wird in einen ersten Teilstrom 2 und einen zweiten Teilstrom 33 aufgeteilt. Der erste Teilstrom 2 wird in einem Hauptwärmetauscher 3 auf etwa Taupunktstemperatur abgekühlt und strömt mindestens zu einem Teil 5 durch den Verflüssigungsraum eines ersten Kondensator-Verdampfer 6, der als Fallfilmverdampfer ausgebildet ist. Die Luft kondensiert dabei teilweise oder vollständig. Das dabei gebildete Kondensat beziehungsweise Zwei-Phasen-Gemisch 7 wird über Ventil 8 einer Hochdrucksäule 9 an einer Zwischenstelle zugespeist. Die Hochdrucksäule 9 ist Teil eines Destilliersäulen-Systems, das außerdem eine Niederdrucksäule 10 aufweist. Ein anderer Teil 11 des abgekühlten ersten Teilstroms der Luft 4 wird gegebenenfalls direkt der Hochdrucksäule 10 zugeleitet und strömt gasförmig vorzugsweise unmittelbar oberhalb des Sumpfs dieser Säule ein.
Der zweite Teilstrom 33 wird bei einer Zwischentemperatur aus dem Hauptwärmetauscher 3 entnommen und über Leitung 41 einer Turbine 42 zugeführt und dort arbeitsleistend auf etwa den Betriebsdruck der Niederdrucksäule 10 entspannt. Die entspannte Luft 43, 44 wird in die Niederdrucksäule 10 eingeblasen. Die Turbine 42 kann durch jede bekannte Methode gebremst werden. In dem Ausführungsbeispiel wird hierzu ein Nachverdichter 37 eingesetzt, der mechanisch mit der Turbine 42 gekoppelt ist und zur weiteren Verdichtung des zweiten Teilstroms 33, 36 dient. Ebenfalls optional kann ein zusätzlicher Wärmetauscher 35 eingesetzt
30 werden.
Die beiden Säulen 9, 10 und der Unterkühlungs-Gegenströmer 15 sind auf die übliche Weise miteinander verknüpft. Rücklaufflüssigkeit für beide Säulen wird durch Kondensation von gasförmigem Stickstoff 32, 12 im Verflüssigungsraum eines zweiten Kondensator-Verdampfers 26 erzeugt, der ebenfalls als Fallfilmverdampfer ausgebildet
P01239gm-DE/AVA
11.04.2002 - lmhof
ist. Der dabei erzeugte flüssige Stickstoff strömt über Leitung 13 zum Kopf der Hochdrucksäule 9 zurück. Ein Teil dieser Flüssigkeit oder eine etwas weiter unten aus der Hochdrucksäule abgezogene Flüssigkeit 15 wird als Rücklauf auf die Niederdrucksäule 10 aufgegeben (Leitung 16 und Drosselventil 17). 5
Flüssiger Sauerstoff ("sauerstoffreiche Flüssigkeit") 18 wird mittels einer Pumpe 19 vom Sumpf der Niederdrucksäule 10 abgezogen und über Leitung 34 beziehungsweise Flüssigadsorber 20 auf die Verdampfungspassagen des ersten Kondensator-Verdampfers 6 aufgegeben. Vom unteren Ende des ersten Kondensator-Verdampfers 6 fließt ein Zwei-Phasen-Gemisch 21 zurück in die Niederdrucksäule 10.
Über Leitung 22 wird eine Zwischenflüssigkeit der Niederdrucksäule ("sauerstoffangereicherte Flüssigkeit") abgenommen und über einen Abscheider (Phasentrenner) 23, eine Pumpe 24 und Leitung 25 auf die Verdampfungspassagen des zweiten Kondensator-Verdampfers 26 aufgegeben. Vom unteren Ende des zweiten Kondensator-Verdampfers 26 fließt ein Zwei-Phasen-Gemisch 27 zurück in den Abscheider 23. Der im zweiten Kondensator-Verdampfer 26 erzeugte Dampf strömt über Leitung 28/29 zurück in die Niederdrucksäule 10. Er wird vorzugsweise an einer Zwischenstelle eingespeist, die einige theoretische Böden unterhalb des Abzugs der sauerstoffangereicherten Flüssigkeit 22 angeordnet ist. Beide Kondensator-Verdampfer 6, 26 weisen jeweils eine Spülleitung 30 beziehungsweise 31 auf, über die schwererflüchtige Bestandteile kontinuierlich oder intermittierend abgezogen werden können.
Die Anordnung der Kondensator-Verdampfer ist in der Zeichnung nicht maßstabsgerecht dargestellt. Der erste Kondensator-Verdampfer 6 ist so angeordnet, dass die darin kondensierte Flüssigkeit allein auf Grund ihres hydrostatischen Drucks über Leitung 7 in die Hochdrucksäule 9 fließt. Analog dazu strömt das Kondensat 13 ebenfalls allein auf Grund des geodätischen Gefälles von Verflüssigungsraum des zweiten Kondensator-Verdampfers 26 zum Kopf der Hochdrucksäule 9. In den entsprechenden Leitungen werden keine Pumpen benötigt.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Tieftemperatur-Zerlegung von Luft mit
- einem Destilliersäulen-System, das eine Hochdrucksäule, eine Niederdrucksäule, einen ersten Kondensator-Verdampfer und einen zweiten Kondensator-Verdampfer aufweist,
- mit einer ersten Einsatzluftleitung, die durch den Verflüssigungsraum des ersten K-Vs führt und mit mindestens einer der Säulen des Destilliersäulen-Systems verbunden ist,
- mit einer Stickstoffleitung zur Einführung gasförmigen Stickstoffs vom Kopf der Hochdrucksäule in den Verflüssigungsraum des zweiten Kondensator- Verdampfers,
- einer Zwischenflüssigkeitsleitung zur Einführung einer sauerstoffangereicherten Flüssigkeit von einer Zwischenstelle der Niederdrucksäule in die Verdampfungspassagen des zweiten Kondensator-Verdampfers,
- einer Sumpfflüssigkeitsleitung zur Einführung einer eine sauerstoffreichen Flüssigkeit aus dem unteren Bereich der Niederdrucksäule in die Verdampfungspassagen des ersten Kondensator-Verdampfers und mit
- einer Produktleitung zur Entnahme eines sauerstoffreichen Produkts aus dem unteren Bereich der Niederdrucksäule,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kondensator-Verdampfer und/oder der zweite Kondensator-Verdampfer als Fallfilmverdampfer ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kondensator-Verdampfer und der zweite Kondensator-Verdampfer als Fallfilmverdampfer ausgebildet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kondensator-Verdampfer als Fallfilmverdampfer und der zweite Kondensator- Verdampfer als Umlaufverdampfer ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kondensator-Verdampfer als Umlaufverdampfer und der zweite Kondensator- Verdampfer als Fallfilmverdampfer ausgebildet ist.
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