Verfahren zur Zerlegung von Gasgemischen, insbesondere von Luft, in ihre Bestandteile. Der Gegenstand der vorliegenden Erfin dung ist ein Verfahren zur Zerlegung von Gasgemischen, insbesondere v an Luft, in ihre Bestandteile, wobei das zu zerlegende kom primierte Gasgemisch in zwei Teile geteilt wird, von denen der eine Teil, von Atmo sphärentemperatur ausgehend, in einer Ent spannungsmaschine entspannt, durch einen Teil eines von einem abziehenden Zerlegungs produkt gekühlten Wärmeaustauschers ge leitet und in die Drucksäule eines Zwei- s5.ulentrennapparates eingeführt wird,
wäh rend der andere Teil des komprimierten Gas gemisches nach Durchgang durch den von einem abziehenden Zerlegungsprodukt ge kühlten Wärmeaustauscher und den Ver dampfer der Drucksäule in letztere mittelst eines Drosselventils entspannt wird.
In der Zeichnung ist ein zur Ausführung des Verfahrens dienender Apparat in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Der von Atmosphärentemperatur ausge hend in einer Entspannungsmaschine g ent spannte Teil des zu zerlegenden Gasgemi sches, zum Beispiel komprimierter'Luft, geht von 1 durch .2 in einen Teil 7 des Wärme austauschers und, nachdem er gegebenenfalls noch die Rohrschlange 3 des Verdampfers 16 passiert hat und dort verflüssigt worden isl, bei 4 in die Drucksäule 5 des Zweisäulen apparates,
während der andere Teil der kom primierten Frischluft nach Durchgang durch die Leitung 6 durch den ganzen vom abzie henden Stickstoff gekühlten Wärmeaustau- scher 7a, 7 und durch die Rohrschlange 3a des Verdampfers 16 der Drucksäule in letz tere mittelst eines Drosselventils 8 entspannt wird. Dieser Teil der Luft wird vor seiner Entspannung in der Rohrschlange 3a eben falls verflüssigt. Bei 9 geht diese entspannte Luft in die Drucksäule 5.
Der weitere Verlauf des Verfahrens ist so, dass der sich mit Hilfe des Kondenstors 10 bildende flüssige Stickstoff sich in der Schale 1.1 sammelt, dann durch Rohr 12, Ventil 1-3 und Rohr 14 oben bei 15 in die Niederdruckkolonne geschickt wird.
Ebenso wird der im Vendampfungsgefäss 16 'am Bo den sich ansammelnde zirka 40 %ige flüssige Sauerstoff durch Rohr 17 und Ventil 18 durch die Brause 19 an geeigneter Stelle in die obere Säule übergeführt. - - B ist ein Trocknungsaustauscher, in wel chem die überschüssige, vom Tiefkühlaus tauscherteil 7 herrührende Kälte für das Ausgefrieren und Abscheiden der in der Hochdruckluft enthaltenen Feuchtigkeit und 1%ohlensäure verwendet wird.
Das Trocknen tmd Reinigen; der frischen Hochdruckluft von Feuchtigkeit und Kohlensäure kann da bei nur an einer bestimmten Stelle des Aus- tauschers geschehen, denn nicht. jeder Tem peraturbereich eignet sich dafür. Deshalb wird dies mit dem aus.
Teil 7 des Wärmeaus- tauschers durch Rohr 20 ausströmenden Stickstoffstrom, der unten bei 21 in den Trockniuigsaustauscher B geht und oben bei 22 durch Rohr 23 in den Austäuscherteil 7a wieder zurückkommt, bewerkstelligt. Schliess lich entweicht dieser Stickstoffstrom, dessen gälte nunmehr in vollkommener Weise aus- ,-enutzt ist, bei 24 aus dem Apparat. .
Bei 25@ geht die das Rohr 26 durchströ mende Hochdruckluft, die vom Kompressor C kommt, in das Rohrsystem- des Trock- nungsaustauschers B und verlässt dieses bei 274 durch das Rohr 28, das in den Austau- scherteil 7 führt. Es wird also hier so verfahren, dass man durch Ausnutzung der adiabatischen Ent spannung von Luft den Trennapparat dauernd in einem Kälteüberschuss hält, in dem man einen Teil der an sieh für die Tren nung benötigten komprimierten Luft in der Entspannungsmaschine A direkt verarbeitet.
Man ist dadurch imstande, -dem Trenn apparat stets - sofort nach der Inbetriebset zung grosse Mengen tiefgekühlter Luft zuzu führen, was gegenüber dem bisher- gebräuch- liehen Abdrosselungsverfahren den Vorteil bietet, dass man, statt wie sonst graduell (zum Beispiel von + 20 bis - 140 ) und sehr langsam, sofort und ohne Zeitverlust unmit telbar den gältetiefpunkterreicht.
Bisher benutzte man derartig arbeitende Entspannungsmaschinen nur für die Luft verflüssigung in sogenannten Einsäulen- a.pparaten, wo es sich nicht um die Herstel lung hochprozentigen Sauerstoffes handelte. Es ist aber unmöglich; den zur Erzielung eines günstigen Kälte- beziehungsweise Ver- flü.ssigungseffektes benötigten grossen Gas anteil durch die Entspannungsmaschine lau fen zu lassen, ohne dabei die beabsiehtigte Trennung der Gase wesentlich zu stören.
Diese Übelstände lassen sich jedoch gemäss vorliegender Erfindung vermeiden, und es ist erwiesen, dass die Anwendung der Ent spannungsmaschine für die Trennung der Luft in Trennapparaten mit mehrfacher Rektifikation, von beträchtlichen kraftwirt schaftlichen und thermodynamischen Erfol gen begleitet ist.
Die Erklärung dafür fin det sich darin, dass die adiabatisch in der Entspannungsmaschine A entspannte Luft in die erste Trennungssäule 5 (Vorreini- güngs- beziehungsweise Destillatiönssäule) eingeblasen wird, und zwar gelangt dabei die Druckfrischluft ohne irgend welche we sentliche Vorkühlung direkt in die Entspan nungsmaschine. So erzielt man die bestmög liche Verflüssigung der Luft und .erhält in der ersten Säule ein Vorprodukt, das einem Gehalt an Sauerstoff von etwa 40 bis 50 entspricht.
Dadurch, dass man zur Vorküh- lung der entspannten Luft kleinere Wärme mengen benötigt, erhält man das flüssige Produkt auf bedeutend wirtschaftlicherem Wege als früher. Erst diese sauerstoffreiche Flüssigkeit wird dann zwecks weiterer Rek tifikation bei 15 in die Niederdrücksäule in gebräuchlicher Weise weiter geleitet, um dort auf die gewünschte Reinheit des Sauer stoffes von 99 % und mehr verarbeitet zu werden. Dieser Sauerstoff kann als Flüssig keit- aus dem untern Teil der Niederdruck säule entnomrrien werden. Die Vorteile sind folgende: Die Anf ahrzeit des Trennapparates wird wesentlich verringert.
Die Verringerung ist mit etwa 50 % bewertet. Die Kraftersparnis während der Anfahrzeit fällt ebenso ins Ge wicht, um so mehr, als die Entspannungs maschine Kraft abgibt. Die Kraftersparnis wurde mit 10 % .ermittelt, so dass neben der Verringerung der Anfahrzeit noch ein Ener giegewinn resultiert.
Das vorbeschriebene Verfahren ermög licht auch, die Abmessungen des Wärme- austauschers bedeutend kleiner zu wählen als gewöhnlich, da der Austauscher nicht. für die vollständige Vorkühlung der ganzen Luftmenge, sondern nur eines kleineren Teils derselben zu dimensionieren ist.
Da ferner durch den sich abspielenden isentro- pen Prozess mehr Kälte erzeugt wird als für die Kühlung des Hochdruckgasgemi sches dauernd erforderlich ist, so ergibt sich im Trennapparat ein sehr erheblicher Kälte überschuss, der dazu ausgenutzt wird, um dem einen Teil des Druckfrischluftgemi- sches im Trocknungsäustauscher B die ganze Feuchtigkeit und andere Verunreinigungen (Kohlensäure) zu entziehen. Die überschüs sige Kälte kann für anderweitige, neben industrielle Zwecke, zum Beispiel zu Eis erzeugung oder Kühlung angewendet wer den.