DE837106C

DE837106C - Verfahren zum Reinigen und Kuehlen zu zerlegender verdichteter Gasgemische

Info

Publication number: DE837106C
Application number: DEG363A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Ernst Karwat
Original assignee: Gesellschaft fuer Lindes Eismaschinen AG
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1949-11-11
Filing date: 1949-11-11
Publication date: 1952-04-21
Also published as: US2827776A; NL208164A; NL83726C; NL155603C; NL97632C; US2827775A

Description

Verfahren zum Reinigen und Kühlen zu zerlegender verdichteter Gasgemische Bei der Gaszerlegung durch Druck und Kälte gehen der Gemischtrennung die Verfahrensschritte der Vorreinigung und Kühlung voraus. In umschaltbaren Kältespeichern oder austauschbaren Gegenstromwärmeaustauschern werden die Schritte der Kühlung und Vorreinigung gleichzeitig ausgeführt. Die Wiederverdampfung ausgeschiedener Kondensate am kalten Ende wird behindert, wenn, was zunächst richtig erscheint, dem Austauscher gleiche Mengen von warmen, urzerlegten Gasgemischen und kalten Zerlegtuigsprodukten zugeführt werden. Der Grund dafür ist, daß das verdichtete Gas, namentlich bei tiefen Temperaturen, eine wesentlich größere spezifische Wärme hat als die drucklosen Zerlegungsprodukte. Demzufolge ist der Temperaturunterschied zwischen Ein- und Ausziehendem gleichen Gewichts am kalten Ende wesentlich größer als an den übrigen Teilen des Austauschers, was die Wiederverdampfung ausgeschiedener Kondensate auch dann behindert, wenn das für die Wiederverdampfung bei mittlerer oder hoher Temperatur erforderliche Verhältnis zwischen den Volumina der aus- und eintretenden Gase eingehalten wird. Die Technik der Gaszerlegung begegnet dem in verschiedener Weise, z. B. dadurch, daß ein Teil des zu zerlegenden Gasgemisches nicht durch die Kältespeicher 'herein, aber seine Zerlegungsprodukte durch sie herausgeführt werden. Ein Beispiel ist die Hochdruckluft beim Linde-Fränkl-Verfahren der Luftzerlegung. Sie wird nicht durch die Kältespeicher eingeführt, ein Teil ihrer Zerlegungsprodukte geht aber durch die Regeneratoren hinaus. Dabei steigt aber der Temperaturunterschied zwischen Luft und Zerlegungsprodukten am warmen Ende der Regeneratoren, was Kälteverlust bedeutet. Eine andern Arbeitsweise besteht darin, zwar die ganze zu zerlegende Gasmenge den Kältespeichern zuzuführen, vor dem Erreichen der kältesten Zone jedoch einen noch unvollendet gereinigten und gekühlten Teil abzuzweigen und diesen im Gegenstromwärmeaustausch zu kaltem Gasgemisch vollendet zu kühlen und zu reinigen. Im Geäenströmer lagern sich ausgefrorene Verunreinigungen ab, er wird durch Anwärmen von den Ablagerungen befreit, währenddessen übernimmt ein zweiter Gegenströmer die Kühlung und Reinigung des abgezweigten Gasstroms. Die Gegenströmer sind groß und teuer. Häufiger Wechsel der Gegenströmer ist erforderlich. Die Temperatur des in ihnen gekühlten Gasstroms pulsiert wie die des Teilstroms zum Nachteil seiner weiteren Verwendung.
Die vorliegende Erfindung zeigt einen neuen vorteilhaften Weg für die Lösung dieser Aufgabe. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Reinigen und Kühlen zu zerlegender verdichteter Gasgemische in Kältespeichern oder umschaltbaren Gegenstromwärmeaustauschern ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom des zu zerlegenden Gasgemisches im Kältespeicher abgezweigt wird, nachdem das gesamte Gas mit einem in den Kältespeicher eingebrachten Adsorptionsmittel praktisch vollständig von Verunreinigungen befreit wurde, woraufhin der Hauptstrom im Kältespeicher vollends gekühlt und die Zerlegungsprodukte beider Ströme unter Anwärrnung aus den Kältespeichern wieder herausgeführt werden und dabei das Adsorptionsmittel desorbieren. Bei Verwendung von umschaltbaren Gegenstromquerschnitten wird zur Unterbringung des :ldsorptionsmittels der umschaltbare Gegenströ mer unterteilt. Zwischen die Teile wird in den Weg des herunterzukühlenden Gases einerseits bzw. des anzuwärmenden Gases andererseits je ein Adsorber untergebracht. Der gereinigte Teilstrom des verdichteten Gasgemisches wird 'hinter den Adsorbern entnommen.
Der Erfolg dieser Maßnahme ist, daß am unteren kalten Ende der Kältespeicher eine um den abgezweigten Teilstrom größere Gasmenge angewärmt als abgekühlt wird, was zum Ausgleich des Kälteliaushalts der Kältespeicher auch am warmen Ende und zur Sicherung der Wiederverdampfung abgeschiedener Kondensate führt. Dabei wird dieses Ziel mit einer von keiner anderen Arbeitsweise erreichten Einfachheit sowohl der Apparatur als auch, der betrieblichen Maßnahmen erreicht. Es ist an sich bekannt, im Kältespeicher neben den kältespeichernden Massen noch ein Adsorptionsmittel unterzubringen, es im Umschaltwechselbetrieb des Kältespeichers mit den Verunreinigungen des Gases zu beladen und mit den abziehenden Zerlegungsprodukten zu desorbieren. Die Beladung des Adsorptionsmittels, z. B. Gel, schwankt dabei auf der Einströmseite des unreinen Gases zwischen Sättigung und wenig darunter liegenden Beladungsgrößen, während an der Austrittsseite der so gereinigten Luft die Beladung des Gels zwischen sehr kleinen und noch kleineren Werten schwankt.
Das Gel wird zur Ausführung des Verfahrens der Erfindung oberhalb der Verzweigungsstelle der Gasströme über dem Querschnitt des Regenerators ausgebreitet. Die Verzweigungstelle wird so gewählt, daß der gewünschte Ausgleich des Wasserwertes von ein- und ausströmenden Gasen im unteren Teil des Regenerators eintritt.
In einem Ausführungsbeispiel, welches sich auf die Luftzerlegung bezieht, wird die Durchführung der neuen Arbeitsweise an Hand der Abbildung erläutert. Diese zeigt das Schema einer Luftzerlegungsanlage mit vier Kältespeichern i bis 4 für den Austausch von Luft, die durch Kältespeicher i und 3 einzieht, mit ihren Zerlegungsprodukten Sauerstoff und Stickstoff, die durch Speicher 2 und 4 abströmen. Die Speicher sind mit einer Füllmasse beschickt, an welcher Wasser kondensiert und wiederverdampft wird und in den schraffiert gezeichneten Räumen 11, 21, 31 und 41 mit einem Adsorptionsmittel (Silicagel oder Tonerdegel) versehen, welches Kohlendioxyd und Acetylen aus der Luft aufnimmt. Unter der Schicht des Adsorptionsmittels wird dem Regenerator ein Teil der Luft seitlich bei 12 bzw. 32 entnommen, die Hauptmenge der Luft wird im Kältespeicher vollends tiefgekühlt und dann über 13 bzw. 33 der Vorzerlegung in der Drucksäule 14 zugeführt. Der warm über Ventil g geführte Teilstrom wird, eventuell gemischt mit kalter, dem Hauptstrom nach den Regeneratoren über Ventil 8 entnommener Luft, der Turbine 15 zur arbeits- und kälteleistenden Entspannung zugeführt und dann in die obere Säule 5 eingeblasen. Die Zerlegungsprodukte Stickstoff und Sauerstoff werden in ganzer Menge über 7 bzw. 6 durch die Regeneratoren 2 bzw. 4 herausgeführt, wobei die Verunreinigungen der Luft vom Gel desorbiert bzw. von der Speichermasse verdampft werden. Durch den kalten Teil der Speicher, dort, wo der Mengenunterschied von Druckluft und entspannten Gasen besonders groß ist, strömt nunmehr eine wesentlich größere Gasmenge aus als ein. Der Unterschied ist die Menge des warm entnommenen Teilstroms. Seine Menge bemißt sich nach den Erfordernissen der Zerlegung. Zur Herstellung 8o- bis goo/oigen Sauerstoffs kann ein größerer Teilstrom in die obere Säule eingeblasen werden als zur Herstellung von g8o/oigem Sauerstoff.
Das Verfahren der Erfindung ist auch auf andere Gasgemische als Luft und andere Verunreinigungen des Gasgemisches als Kohlendioxyd und Acetylen anwendbar. Auch kann das Verfahren der Erfirn dung bei der Reinigung brennbarer Gase durch Tiefkühlung mittels Kältespeichern für die Entfernung aller für Synthesezwecke schädlichen Verunreinigungen angewandt werden. Zur Zerlegung des Gasgemisches können statt der in den Beispielen er%%,iili»ten Rektifikation auch andere Verfahren, z. 1i. die Trennung mit Waschmitteln, im Rahmen des Verfahrens der Erfindung angewandt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Reinigen und Kühlen zu zerlegender verdichteter Gasgemische in Kältespeichern oder austauschbaren Gegenstromwärmeaustauschern, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom des zu, zerlegenden Gasgemisches im Kältespeicher abgezweigt wird, nachdem das gesamte Gas mit einem in den Kältespeicher eingebrachten Adsorptionsmittel praktisch vollständig von Verunreinigungen befreit wurde, woraufhin der Hauptstrom im Kältespeicher vollends gekühlt und die Zerlegungsprodukte beider Ströme unter Anwärmung aus den Kältespeichern wieder herausgeführt werden und dabei das Adsorptionsmittel desorbieren. a. Verfahren zum Reinigen und Kühlen zu zerlegender Luft in Kältespeichern oder umschaltbaren Gegenstromquerschnitten nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom der zu zerlegenden Luft im Kältespeicher abgezweigt wird, nachdem die gesamte Luftmenge mit einem in den Kältespeicher eingebrachten Adsorptionsmittel (Silicagel oder Tonerdegel) praktisch vollständig von Kohlendioxyd befreit wurde, woraufhin der Hauptstrom im Kältespeicher vollends gekühlt, beide Teilströme gemeinsam durch Rektifikation in Sauerstoff und Stickstoff zerlegt und die Zerlegungsprodukte unter Anwärmung wieder aus den Kältespeichern herausgeführt werden und dabei das Adsorptionsmittel desorbieren.