DE227100C

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Publication number: DE227100C
Application number: DENDAT227100D
Authority: DE

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE Ug. GRUPPE

RUDOLF MEWES in BERLIN.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 29. Januar 1909 ab.

Die bisher bekannt gewordenen Methoden der Trennung permanenter Gasgemische, mögen denselben noch leichter kondensierbare Gase oder Dämpfe beigemischt sein oder nicht, beruhen auf der Verflüssigung und Wiederverdampfung (Destillation, Rektifikation usw.) der erhaltenen Flüssigkeiten. Insbesondere ist dies bisher bei den technisch wichtigsten permanenten Gemischen, wie Luft, ferner

ίο Wasserstoff und Kohlenoxyd (Wassergas), Sauggas, Gichtgas, Auspuffgasen usw. geschehen.

Alle diese Verfahren leiden an dem Nachteil, daß die gesamte Gasmasse verflüssigt und dann nur der leichter verdampfende Bestandteil wieder verdampft und somit eine ganz bedeutende Kälteleistung bei sehr niedrigen Temperaturen geleistet werden muß. Hierdurch wird aber bekanntlich der Wirkungsgrad sehr beeinträchtigt.

Zur Vermeidung dieser Nachteile soll das nachstehende Verfahren dienen, das den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet. Das Wesen desselben besteht darin, daß man das zu trennende Gasgemisch, z. B. atmosphärische Luft zweckmäßig nach Reinigung von Wasserdampf und Kohlensäure, in ein auf geeigneten Unterdruck zu erhaltendes Gefäß eintreten läßt, dessen innere Wandungen, Rippen, Kühlröhren, Prellflächen usw. auf einer so niedrigen Temperatur gehalten werden, daß bei Luft deren Stickstoff mit Sauerstoff übersättigt wird und der letztere sich flüssig niederschlägt, während der Stickstoff gasförmig bleibt und abgesaugt, der Sauerstoff aber durch Flüssigkeitsabscheider entfernt wird.

. Das Verfahren stützt sich darauf, daß mit sinkender Temperatur der gasförmige Stickstoff genau so wie mit Wasserdampf gesättigte Luft bei sinkender Temperatur weniger Wasserdampf behält, immer weniger Sauerstoff aufnehmen und bei der Verdampfungsgrenze des Sauerstoffs überhaupt nicht mehr behalten kann. Daß diese Ansieht über die Sättigung von Stickstoff mit Sauerstoffdampf zutrifft, ergibt sich ohne weiteres aus der Verlängerung der Diagramme , der Lind eschen Versuche in Richtung der Temperaturen unter 200 ° C. (s. die technische Ausnutzung des atmosphärischen Stickstoffs von E. Donath und Dr. K. Frenzel, S. 16,. 1907, Leipzig).

Nach den Versuchen von Linde hat die Flüssigkeit beim Beginn der Verdampfung genau die Zusammensetzung wie die Atmosphäre, also einen Sauerstoffgehalt von 21 v. H. (Volumenprozente), während die entweichenden Gase nur einen Sauerstoffgehalt von 7 v. H. aufweisen. Läßt man nun diese flüssige Luft weiter verdampfen, so nimmt der Stickstoffgehalt der Flüssigkeit ab und der Sauerstoffgehalt des entweichenden Gases zu. Eine physikalisch haltbare Erklärung für diesen eigenartigen Vorgang fehlte bisher, da man die allein maßgebende Mischungsverwandtschaft des Stickstoffs und Sauerstoffs nicht in Rechnung gezogen hat.

Aus Versuchen von Natterer, Regnault und Amagat besteht auch für Gasgemische das Prinzip der Gleichheit des Druckes wie bei den Flüssigkeiten. Man kann somit zu einer physikalisch richtigen Erklärung des obigen Vorganges gelangen, wenn man auf die Zunahme der Temperatur der abdampfenden . Flüssigkeit sein Augenmerk richtet und bedenkt, daß der Stickstoff mit steigender

ίο Temperatur auch mehr Sauerstoff zur Sättigung bedarf und demgemäß beim Verdampfen mit fortzunehmen vermag.

Die nachstehenden Zahlen geben die Zusammensetzung des Luftdampfes für — 183 bis 193⁰C. wieder.

N 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800,

C 900, 8oO; 700, 600, 500, 400, 300, 200,

N 900, 930.

C 100, 70.
'

Wie aus vorstehenden Zahlen, die aus den Lindeschen Versuchen erhalten sind, deutlich zu ersehen ist, nimmt der Stickstoffgehalt der Luftdämpfe mit sinkender Temperatür nach einer Exponentialfunktion der Temperatur zu, derjenige des Sauerstoffs dagegen ab. Daraus folgt aber, daß bei weiter abnehmender Temperatur der Sauerstoffgehalt des Luftdampfes sich der Grenze Null rasch nähert, daß also nur ,Stickstoff und kein Sauerstoff verdampft.

Aus den Lind eschen Beobachtungen folgt durch Extrapolation, daß dies bei etwa — 250° C. vollständig der Fall ist. Degegen folgt aus den Versuchen von Baily, daß der .Sauerstoffgehalt des Luftdampfes bei sinkender Temperatur noch viel rascher abnimmt, als Linde angibt, also bereits bei Temperaturen von etwa ■—'210⁰ C. schon unmerklich

ist. .

Es muß also, wenn man Luft von so niedrigen Temperaturen unter einem so niedrigen Druck erhält, daß der Stickstoff noch gasförmig bleiben kann, sich der größte Teil des in der Luft enthaltenen Sauerstoffs als Flüssigkeit absondern und der Stickstoff mit "den seiner Sättigung entsprechenden Spuren von Sauerstoff dampfförmig bleiben. Bei der Temperatur von etwa — 210 ° beträgt die Spannung des Stickstoffs noch etwa 100 mm, diejenige des Sauerstoffs aber nur noch einige Millimeter nach den gesichertsten Versuchen von Baily, Olzewski und Estreicher. Dies spricht also für die Durchführbarkeit des beanspruchten Verfahrens.

Zur Durchführung des Gegenstromprinzips führt man die gasförmigen Produkte (Stickstoff mit Spuren von Sauerstoff) durch Züge in den Wandungen der Kammer und schließlich in den üblichen Wärmeaustauschern zur Vorkühlung der zuströmenden Frischluft; entgegen in einen Gasometer oder zur Vefwendungsstelle, eventuell natürlich in getrennten Leitungen, den flüssigen Sauerstoff und nach dessen Wiederverdampfung den gasförmigen Sauerstoff in gleicher Weise im Gegenstrom ab. .

Die Vorkühlung des Gemisches erfolgt durch eine besondere Luftkühlmaschine oder durch Verdampfen von irgendwie erhaltener flüssiger Luft, flüssigem Stickstoff .usw.,, aber nicht durch Mischung mit dem zu trennenden Gemisch, sondern durch Überleitung der Wärme auf Gefäßwände, Röhren usw.

Die abziehenden getrennten Bestandteile des permanenten Gasgemisches werden im Gegenstrom durch besondere Leitungen zu dem in den Kühler eintretenden Gemisch geführt, um möglichst wirtschaftlich zu arbeiten.

Das vorliegende Arbeitsverfahren kann sowohl einstufig als auch mehrstufig durchgeführt werden, was wohl für den Fachmann keiner besonderen Erläuterung bedarf.

Claims

Patent-Anspruch: ' _g

Gastrennungsverfahren ,.für permanente Gase mit oder ohne Beimischung leichter kondensierbarer Gase, dadurch gekennzeichnet, daß man das zu trennende Gasgemisch in einen auf Unterdruck Und einer diesem Drucke entsprechenden Temperatur zu erhaltenden Raum einströmen und darin durch die gekühlten Wandungen (Rippen, Röhren usw.)·. hindurch, so weit abkühlen läßt, bis die Kondensationstemperatur und Spannung des leichter kondensierbaren Bestandteils des Gasgemisches erreicht ist, so daß eine Übersättigung des schwerer kondensierbaren Teiles eintritt und ersterer sich niederschlägt.