DE2402246A1 - Verfahren zur gewinnung von sauerstoff mittlerer reinheit - Google Patents

Verfahren zur gewinnung von sauerstoff mittlerer reinheit

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Description

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
(H 7^ H 74/noP
El/gr I6.I.I974
Verfahren zur Gewinnung von Sauerstoff mittlerer
Reinheit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Sauerstoff mittlerer Reinheit durch zweistufige Tieftemperatur-Rektifikation von Luft in zwei räumlich getrennten Rektifiziersäulen., Dei dem eine sauerstoffreiche Fraktion flüssig aus dem Sumpf der Niederdrucksäule entnommen, mit einer Pumpe zum Kopf der Drucksäule gefördert und dort im Wärmetausch mit kondensierendem Stickstoff verdampft wird.
Ein derartiges Verfahren ist bereits aus der DT-PS 827 j564 oekannt.. Dort wird auf lj bar komprimierte, vorgekiihlte Luft in die D-.mcksäule geleitet, wo die erste
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LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
Stufe der Rektifikation stattfindet. Die dabei im Sümpf der Säule anfallende sauerstoffreiehe flüssige Fraktion wird üDer ein Expansionsventil in die Niederdrucksäule entspannt und hier einer weiteren Rektifikation unterzogen. Der dazu benötigte Stickstoff wird aus dem Kopf der Drucksäule gasförmig entnommen, in dem im Sumpf der Niederdrucksäule befindlichen Kondensator verflüssigt und über ein Entspannungsventil dem Kopf ,der Niederdr-ucksäule zugeführt. Die Kondensation des Stickstoffs findet unter Wärmetausch mit der auf der Niederdruckseite des Kondensators sich ansammelnden, stark angereicherten flüssigen Sauerstoff-Fraktion statt, die dabei zum Teil wieder verdampft, zum anderen Teil aber mit einer Pumpe in den Kopf der Drucksäule gefördert wird, wo sie ihrerseits in einem Kondensator unter Wärmetaüsch mit kondensierendem Stickstoff verdampft. Dieser im Kopfkondensator der Drucksäule entstehende, stark angereicherte Sauerstoffdampf wird zum Teil als Produktsauerstoff abgezogen, zum anderen Teil aber in den Verdampfungsraum über dem Kondensator der Niederdrucksäule zurückgeführt, um dort weiter an der Rektifikation teilzunehmen.
Wenn das bekannte Verfahren bei der Gewinnung von Sauerstoff von lediglich mittlerer Reinheit angewandt wird, so 1st von Nachteil, daß die Prozeßluft auf einen relativ hohen Druck, bestimmt durch die Sauerstoff-Konzentration im
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Produkt und den Druck im Sumpf der Niederdrucksäule komprimiert werden muß und damit eine im Hinblick auf den geforderten Reinheitsgrad des Produktsauerstoffs relativ hohe Leistung aufzuwenden ist.
■ Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren so zu modifizieren, daß seine Anwendung bei der Gewinnung von Sauerstoff nur mittlerer Reinheit in wirtschaftlicher Weise möglich wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die im Kopf der Drucksäule verdampfende Fraktion vollständig als Produktsauerstoff abgezogen wird.
Danach wird im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren keine dampfförmige Fraktion in die Niederdrucksäule zurückgeführt. Die Verbindung zwischen den Dampfräumen über den Kondensatoren braucht nicht länger aufrechterhalten zu werden und es wird möglichj den Dt'uck des abgezogenen Produktsauersteffs unabhängig von dem in der Mederdrucksäule herrschenden Druck zu wählen. Die Temperatur der im Kopfkondensator der Drucksäule siedenden flüssigen Fraktion ist vom Druck und der Zusammensetzung abhängig: Je mehr der Druck des abgepumpten Produktsauerstoffs vermindert wird, und je geringer sein Sauerstoffgehalt ist, umso tiefer sinkt die Siedetemperatur der flüssigen Phase.
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LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
Dies hat zur Folge, daß auch auf der Stickstoffseite dieses Kondensators die- Kondensation bei tieferer Temperatur und damit bei niedrigerem Druck erfolgt. Die Temperatur der im Sumpf der Niederdrucksäule anfallenden Flüssigkeit ist tiefer, weil ihre,Sauerstoffkonzentration nur der des gasförmigen Produktsauerstoffs entsprechen muß, und nicht der höheren Sauerstoffkonzentration der unter dem gasförmigen Produktsauerstoff siedenden flüssigen Fraktion. Dadurch wird auch auf der Stickstoffseite des in der Niederdrucksäule befindlichen Kondensators der zur Kondensation nötige Druck gesenkt.
Damit kann auch der Gesamtdruck der in die
Drucksäule eingespeisten Prozeßluft gesenkt werden. Die zur Komprimierung der Prozeßluft aufgewandte Energie hängt also im Ergebnis davon ab, wie weit die Trennung der Luft in ihre K mponenten Sauerstoff und Stickstoff vorangetrieben wird, und unter welchem Druck das Produktgas entnommen werden soll. Das Verfahren ist damit für den Fall der Gewinnung von Sauerstoff mittlerer Reinheit anpassungsfähiger und wirtschaftlicher als das in der DT-PS 827 364 beschriebene.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann überflüssiger flüssiger Stickstoff aus dem oberen Teil der Drucksäule durch eine besondere Leitung auf den Kopf der Niederdrucksäule aufgegeben werden.
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In einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Vorteil verwendbaren Vorrichtung ist im Kopf der D -ucksäule und im Fuß der Niederdrucksäule ,je ein Kondensator vorgesehen, in denen im Wärmetausch mit kondensierendem Stickstoff jeweils unterschiedlich mit Oi angereicherte Fraktionen verdampft werden. Dabei besteht als einzige Verbindung zwischen den S merstoffseiten der Kondensatoren eine Pumpleitung für die flüssige Fraktion.
Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Abbildung schematisch dargestellt und wird im folgenden * . beschrieben.
Die komprimierte und vorgekühlte Luft wird durch Leitung 1 in eine Drucksäule 2 eingegeben. Dort bildet sich im Laufe der Rektifikation am Boden eine sauerstoffreiche Sumpfflüssigkeit, die über Leitung 3 und Entspannungsventil 4 in eine Niederdrucksäule 5 gelangt, um dort einer weiteren Rektifikation unterzogen zu werden. Der dazu benötigte Stickstoff wird gasförmig bei 6 aus der Drucksäule entnommen und über Leitung 7 in einen im Fuß der Niederdrucksäule befindlichen Kondensator 8 eingebracht, wo er im Wärmetausch mit verdampfendem, mehr oder weniger stark angereichertem, unter niedrigem Druck stehendem Sauerstoff kondensiert und anschließend durch Leitung 9 und Drosselventil 10 in den
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LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
Niederdruckteil der Säule 5 entspannt wird. Die auf der Niederdruckseite des Kondensators 8 sich ansammelnde, stark mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit wird zum Teil im Wärmetausch mit zu kondensierendem Stickstoff verdampft, zum Teil mit einer Pumpe 11 in einen im Kopf der Drucksäule befindlichen Kondensator 12 gefördert. Hier verdampft sie im Wärmetausch mit kondensierendem Stickstoff und wird über Leitung 13 als Produktsauerstoff vollständig abgeführt. Aus Leitung 14 kann gasförmiger Produktstickstoff, aus Leitung unreiner Stickstoff als Röstgas entnommen werden, der zum Beispiel zum Spülen von Regeneratoren verwandt werden kann. Überflüssiger flüssiger Stickstoff kann durch Leitung 16 und Regelventil 17 aus der Drucksäule auf den Kopx' aar Niederdrucksäule aufgegeben werden.
Anschließend werden einige Werte aufgeführt, die einen Eindruck'davon vermitteln sollen, wie weit der Druck p. der komprimierten Prozeßluft in Abhängigkeit von der Konzentration des Produktsauerstoffs gesenkt werden kann.
Der Druck, unter dem der Prozeßsauerstoff abgesaugt wird, beträgt dabei konstant-1,2 bar. Mit p? sei der Druck auf der Stickstoffseite des Kondensators 12 bezeichnet, der sich infolge des Säulenwiderstandes etwas vom Druck der eingegebenen Luft unterscheidet.
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3 Patentansprüche 1 Blatt Zeichnungen
LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
Konzentration
des Prod.-O2 {%) 		80 70 59,3-
P1 (bar) 4,5 4,15 3,8
P? (bar) 4,2 3,85 3,5
5 09831/0 047 *

Claims (2)

  1. LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
    ( H 763) H 74/002
    El/gr
    16.1.1974
    Patentansprüche
    Θ. Verfahren zur Gewinnung von Sauerstoff mittlerer Reinheit durch zweistufige Tieftemperatur-Rektifikation von Luft in zwei räumlich getrennten Rektifiziersäulen, bei dem eine sauerstoffreiche Fraktion flüssig aus dem Sumpf der Niederdrucksäule entnommen, mit einer Pumpe zu einem am Kopf der Drucksäule befindlichen Krndensator gefördert und dort im Wärmetausch mit kondensierendem Stickstoff verdampft wird, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Kondensator im Kopf der D.^ucksäule verdampfende Fraktion vollständig als Produktsauerstoff abgezogen wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß überschüssiger Stichstoff aus der Drucksäule auf den Kopf der Niederdrucksäule aufgegeben wird.
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    LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
    3· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mittels zweier Kondensatoren, von denen einer im Kopf der Drucksäule, der andere im Sumpf der Niederdrucksäule angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß als einzige Verbindung zwischen den Sauerstoffseiten der beiden Kondensatoren eine Pumpleitung vorgesehen ist.
    509831/0047
    Leerseite
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