DE932019C - Verfahren zur Erweiterung des Anwendungsbereiches von Entspannungsturbinen in Luftzerlegungsanlagen - Google Patents
Verfahren zur Erweiterung des Anwendungsbereiches von Entspannungsturbinen in LuftzerlegungsanlagenInfo
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- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
- F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
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- F25J3/04406—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
- F25J3/04412—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
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Description
AUSGEGEBEN AM 22. AUGUST 1955
G8338Ia/17g
Es ist bekannt, daß die Anwendbarkeit von Turbinen, welche die für den Zerlegungsvorgang
benötigte Kälte liefern, dadurch begrenzt ist, daß ein bestimmtes Mindestvolumen für den rationellen
Betrieb einer Turbine erforderlich ist. Ein Verfahren, welches Turbinen auch für kleinere Durchsatzleistungen
des Luftzerlegungsapparates verwendbar macht, würde daher kältetechnisch einen Vorteil bringen, da der Wirkungsgrad der Turbinen
sehr hoch ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die gesamte zu zerlegende Luft in der
Drucksäule eines Doppelrektifikators vorzerlegt und der dabei entstehende unreine Sauerstoff, der
am Boden der Drucksäule flüssig entnommen wird, zunächst auf einen Mitteldruck entspannt wird,
der so hoch gewählt ist, daß der unreine Sauerstoff unter Beheizung durch gasförmigen Stickstoff, der
am Kopf der Drucksäule kondensiert, verdampfen kann. Dieser so gebildete Dampf wird anschließend,
wie üblich, durch Austausch mit einem wärmeren Gas teilerwärmt und arbeitsleistend, z. B. durch
eine Turbine, in die obere Säule des Luftzerlegungsapparates entspannt. Es ist z. B. möglich,
den unreinen Sauerstoff der Drucksäule eines normalen Apparates bereits bei einem Druck von
2,6 bis 2,8 ata im Wärmeaustausch mit kondensierendem Drucksäulenstickstoff zu verdampfen.
Für den Wärmeübergang vom kondensierenden Drucksäulenstickstoff auf den verdampfenden
Sauerstoff steht hierbei ein Temperaturgefälle von mindestens 2,5° zur Verfügung. Der Unterschied
zu dem üblichen Verfahren besteht darin, daß in die obere Säule kein oder nur wenig unreiner
Sauerstoff flüssig entspannt wird und dadurch die Rektifikation in dem unteren Teil der Säule etwas
ungünstiger verläuft. Dagegen ist die Berieselung mit flüssigem Stickstoff im oberen Teil der Säule
wesentlich erhöht. Einer etwas ungünstigeren Rektifikation
im Säulenunterteil stehen also günstigere Rektifikationsbedingungen im Säulenoberteil gegenüber.
Wie eine Rechnung zeigt, bleibt trotz dieser nicht unwesentlichen Veränderungen der
Rektifikationsbedingungen der gleiche Trenneffekt gegenüber den bisher üblichen Verfahren erhalten.
Dagegen arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren wirtschaftlicher als das frühere Verfahren.
Wie die Rechnung zeigt, beträgt die Kälteleistung • der Entspannung von 2,7 auf 1,3 ata bei einem angenommenen
Turbinenwirkungsgrad von 70%) pro Nm3 durch den Apparat durchgesetzter Luft
ao 1,88 kcal, vorausgesetzt, daß 48,4^/0 der Luftmenge
in Form unreinen Sauerstoffs durch die Turbine entspannt werden.
Bei der bisher üblichen Arbeitsweise, bei der ein wesentlich geringerer Luftanteil von 23,6%
der Gesamtluftmenge von 5,5 auf 1,3 ata entspannt wird, ergibt sich eine spezifisch geringere Kälteleistung
der Turbine pro Nm3 Gesamtluftmenge von nur 1,82 kcal. Dabei ist der günstigere Wert
der spezifischen Kälteleistung bei der Entspannung von unreinem Sauerstoff eher noch an der unteren
Grenze, da bei einem Druckgefälle, das im vorliegenden Fall geringer ist als bei der üblichen
Arbeitsweise, mit einem günstigeren Turbinenwirkungsgrad gerechnet werden kann. Der Grund
für das günstige rechnerische Ergebnis ohne Verschlechterung des Trenneffektes ist darauf zurückzuführen,
daß im Gegensatz zur Lufteinblasung die gesamte Luftmenge einer Vorzerlegung unterzogen
wird und die Menge des auf die obere Säule aufgegebenen Waschstickstoffs um den aus der Einblaseluft
des üblichen Verfahrens gewinnbaren Anteil größer ist. Es ist nicht immer erforderlich
bzw. möglich, den gesamten unreinen Sauerstoff zu verdampfen und arbeitsleistend zu entspannen,
sondern es genügt unter Umständen, wenn der größere Teil so behandelt, der kleinere Teil unter
Umgehung von Verdampfer und Turbine direkt flüssig in die obere Säule eingeführt wird.
Die Erfindung sei an Hand eines Ausführungsbeispieles beschrieben.
Die zu zerlegende Luft tritt bei 3 unter einem Druck von etwa 5,5 ata in die Drucksäule 1 eines
Doppelrektifikators 1, 2 ein und wird hier in unreinen Sauerstoff und reinen Stickstoff vorzerlegt.
Dieser wird am Kopf der Säule im Wärmeaustausch, teilweise mit verdampfendem reinen
Sauerstoff teilweise mit verdampfendem unreinen Sauerstoff, kondensiert. Der am Boden der Drucksäule
gesammelte unreine Sauerstoff wird bei 8 entnommen, durch Ventil 7 auf Verdampfungsdruck entspannt, im Verdampfer 4 vollständig verdampft,
im Austauscher 9 durch wärmeres Gas 16 teilerwärmt, in Turbine 10 auf den Druck der
oberen Säule. 2 arbeitsleistend entspannt und bei 11
in diese eingeführt. Die Anwärmung des arbeitsleistend zu entspannenden unreinen Sauerstoffs
kann z. B. mit einem Luftanteil vorgenommen werden, der an einer wärmeren Stelle des Wärmeaustauschers
(Regenerator) entnommen wurde. Eine andere Möglichkeit der Anwärmung des zur Entspannung gelangenden Sauerstoffs besteht
darin, daß derselbe in Rohren in dem kälteren Teil des nicht dargestellten Regenerators im Austausch
mit zu zerlegender Luft teilerwärmt und der Expansionsturbine zugeführt wird. Der gewonnene
flüssige Stickstoff wird bei 5 entnommen und nach Unterkühlung im Austausch mit bei 12
entnommenem reinen Stickstoff im Unterkühlungsgegenströmer
6 durch Ventil 13 auf den Druck der oberen Säule entspannt und bei 14 als Waschstickstoff
aufgegeben. Der produzierte Sauerstoff wird, wie üblich, bei 15 entnommen. Die Zerlegungsprodukte werden in nicht gezeichneten Wärmeauistauisdhern
im Austausch mit zu zerlegender Luft wieder auf Umgebungstemperatur erwärmt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist natürlich nicht allein mit Turbinen, sondern mit jeder Art
von hierzu geeigneten Entspannungsmaschinen ausführbar.
Claims (4)
1. Verfahren zur Erweiterung des Anwendungsbereiches
von Entspannungsturbinen in Luftzerlegungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte zu verarbeitende Luft in
der Drucksäule eines Doppelrektifikators vorzerlegt, der erzeugte unreine, flüssige Sauerstoff
zunächst auf einen Mitteldruck entspannt, unter diesem Druck im Wärmeaustausch mit
kondensierendem Stickstoff der Drucksäule iOo
verdampft, durch einen wärmeren Gasstrom teilerwärmt und arbeitsleistend in die obere
Säule des Doppelrektifikators entspannt und der gewonnene flüssige Stickstoff als Waschflüssigkeit
aufgegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der unreine Sauerstoff von einem Druck von etwa 5,5 ata zunächst auf 2,6 bis 2,8 ata entspannt, verdampft und anschließend
arbeitsleistend weiter auf den Druck in der oberen Säule (z. B. 1,3 ata) entspannt ■
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch·
gekennzeichnet, daß ein kleinerer Teil des unreinen Sauerstoffs unter Umgehung des Verdampfers
und der Expansionsturbine etwa in die Mitte der oberen Säule flüssig entspannt wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet
durch eine zweistufige Rektifiziersäule (1, 2) für Luft, einen Verdampfer (4), in dem im
Wärmeaustausch mit kondensierendem Drucksäulenstickstoff der aus der Drucksäule entnommene
unreine Sauerstoff verdampft, einen Teilanwärmer (9) für den arbeitsleistend zu
entspannenden unreinen Sauerstoff — nach dessen Verdampfung — und eine Entspannungsturbine
(io) für den teilangewärmten unreinen Sauerstoff, der in die Niederdrucksäule
(2) etwa in deren Mitte eingeblasen und dort in reinen Sauerstoff und Stickstoff zerlegt
wird, während ein Unterkühlungsgegenstromwärmeaustauscher
(6) den auf die obere Säule (2) aufzugebenden, in der Drucksäule (1) erzeugten
flüssigen Stickstoff im Austausch gegen abziehenden gasförmigen Stickstoff
unterkühlt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 509536 8.55
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEG8338A DE932019C (de) | 1952-03-05 | 1952-03-06 | Verfahren zur Erweiterung des Anwendungsbereiches von Entspannungsturbinen in Luftzerlegungsanlagen |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1072169X | 1952-03-05 | ||
DEG8338A DE932019C (de) | 1952-03-05 | 1952-03-06 | Verfahren zur Erweiterung des Anwendungsbereiches von Entspannungsturbinen in Luftzerlegungsanlagen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE932019C true DE932019C (de) | 1955-08-22 |
Family
ID=25978002
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEG8338A Expired DE932019C (de) | 1952-03-05 | 1952-03-06 | Verfahren zur Erweiterung des Anwendungsbereiches von Entspannungsturbinen in Luftzerlegungsanlagen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE932019C (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1234747B (de) * | 1962-02-27 | 1967-02-23 | L Air Liquide Sa Pour L Expl D | Verfahren zur Herstellung von mit Sauerstoff angereicherter Luft |
-
1952
- 1952-03-06 DE DEG8338A patent/DE932019C/de not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1234747B (de) * | 1962-02-27 | 1967-02-23 | L Air Liquide Sa Pour L Expl D | Verfahren zur Herstellung von mit Sauerstoff angereicherter Luft |
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