DE647625C

DE647625C - Verfahren zur Zerlegung von Luft mit hohem Feuchtigkeitsgehalt durch Verfluessigung und Rektifikation

Info

Publication number: DE647625C
Application number: DEG93449D
Authority: DE
Original assignee: Gesellschaft fuer Lindes Eismaschinen AG
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1936-05-19
Filing date: 1936-07-30
Publication date: 1937-07-09

Description

Verfahren zur Zerlegung von Luft mit hohem Feuchtigkeitsgehalt durch Verflüssigung und Rektifikation . Im Hauptpatent ist ein Verfahren zur Zerlegung von Luft mit hohem Feuchtigkeitsgehalt durch Verflüssigung und Rektifikation unter Verwendung periodisch gewechselter Kältespeicher für den Wärmeaustausch beschrieben, bei dem zur Beseitigung der durch die zeitlich ungleichmäßige Verdampfung des Kondensatwassers in der Kaltperiode bedingten Schwierigkeiten dem warmen Ende der Regeneratoren ein Kälteüberschuß, insbesondere durch Verdunstungskühlung zugeführt wird.
Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Abwandlung dieser Arbeitsweise. Erfindungsgemäß wird der Kälteüberschuß dem warmen Ende der Regeneratoren nicht unmittelbar zugeführt, sondern dadurch, daß die Luft vor Eintritt in den Speicher mit Wasser berieselt wird, welches durch den aus der Zerlegungsanlage abziehenden Stickstoff gekühlt wurde. Die Wassermenge; welche vom Stickstoff verdampft wird, entspricht bei der neuen Arbeitsweise der zwecks Verdunstungskühlung in den Speicher eingespritzten Wassermenge, während der übrige Teil des Wassers die gleiche Wirkung wie die Speichermasse ausübt. Die neue Arbeitsweise ist also der im Hauptpatent beschriebenen äquivalent mit dem Unterschied, daß -bei der Arbeitsweise des Hauptpatentes bei feststehender Speichermasse der Gasstrom umgeschaltet wird, während bei der neuen Arbeitsweise das Gas kontinuierlich strömt und das als Speichermasse dienende Wasser abwechselnd mit den verschiedenen Gasströmen in Berührung gebracht wird.
Die neue Arbeitsweise wird nachstehend an Hand der Abbildungen für einige Ausführungsbeispiele näher erläutert.
In Abb. i stellt i den Luftkühler und a den zur Rückkühlung des in i angewärmten Wassers dienenden Wasserkühler dar. Die auf den Zerlegungsdruck, z. B. 5 ata verdichtete, etwa q.5° warme und mit Wasserdampf gesättigte Luft wird bei 3 in den Turm i eingeführt und bei ihrem Aufsteigen gekühlt, wobei die Hauptmenge des in ihr enthaltenen Wassers niedergeschlagen wird. Sie verläßt den Turm x bei q.. Das durch die Abkühlung der Luft erwärmte Wasser wird bei 6 abgezogen- und durch das Ventil 7 auf den Turm :2 entspannt und dort mittels des Verteilers 8 zerstäubt. Bei i i wird in Turm 2 der aus der Zerlegungsanlage kommende entspannte Stickstoff eingeführt. Obwohl die Menge des Stickstoffes höchstens 8o % der in i abgekühlten Luftmenge beträgt, ist sein Volumen infolge der zur Zerlegung notwendigen Druckdifferenz ein Vielfaches desjenigen der Luft. Infolgedessen ist der Stick- Stoff, obwohl er in dein zum Wärmeaustausch dienenden periodisch gewechselten Kältespeicher den Feuchtigkeitsgehalt der Luft aufgenommen hatte, weitgehend an Wasser:-, dampf ungesättigt. Er kann also in Turtr@,2 eine beträchtliche Menge Wasser verdampfefl, und neben seinem Kälteinhalt eine Kältemenge an das Wasser abgeben, welche im allgemeinen die Kältemenge übersteigt, die zur Kühlung der verdichteten Luft und zur Kondensation des in ihr enthaltenen Wassers notwendig ist. Der Stickstoff verläßt Turm bei 12, während das rückgekühlte Wasser bei 9 entnommen und durch die Pumpe io auf den Turm i zurückgefördert wird, in den es mittels des Verteilers 5 eingeführt wird.
Die Temperatur, auf welche die Luft bei dieser Arbeitsweise vor Eintritt in die Speicher abgekühlt wird, stellt sich automatisch als thermisches Gleichgewicht zwischen den Regeneratoren und der Vorkühlung ein. Sie richtet sich hauptsächlich nach der Menge des Stickstoffes, seinem von dem Druckverhältnis Luft zu Stickstoff abhängigen Sättigungsgrad, der Eintrittstemperatur der Luft, der umlaufenden Wassermenge und den bei der Vorkühlung auftretenden Kälteverlusten. Selbst bei Lufteintrittstemperaturen von q.5° und mehr ist bei einem Druckverhältnis Luft : Stickftoff von etwa 5 eine Kühlung der Luft auf etwa 5° und damit eine .weitgehende Abscheidung des in ihr entltaltenenWassers möglich, da bis zu diesenTemperaturen die durch die Aufsättigung des Stickstoffes mit Nasser frei werdende Kältemenge die zur Abkühlung der verdichteten Luft und zur Kondensation des in ihr enthaltenen Wassers in diesem Temperaturgebiet notwendige Kälte übersteigt. Voraussetzung hierfür ist jedoch, daß die zwischen Luftkühler undWasserkühler uinlaufendeWassermenge möglichst klein gehalten wird. Man wird also nur einen geringen Überschuß über die notwendige Mindestwassermenge anwenden, die sich daraus berechnet, daß ihr Kälteinhalt ausreichen muß, um die zur Abkühlung der Luft und zur Kondensation des Wassers notwendige Kältemenge innerhalb der auftretenden Temperaturdifferenzen zu liefern.
Die bei der Abkühlung der Luft zu kondensierende Wassermenge ist bei höheren Temperaturen wesentlich größer als bei niedrigen Temperaturen. Infolgedessen ist auch bei höheren Temperaturen die zur Abkühlung der Luft notwendige Kältemenge und damit die Kühlwassermenge größer als bei niedrigeren Temperaturen. Man kann nun die bei der Vorkühlung erreichbare tiefste Temperatur dadurch erniedrigen, daß man nicht, wie bei dem Verfahren nach Abb. i die gesamte Wassermenge gleichmäßig durch die Türme führt, sondern gemäß Abb. 2 im kalten Teil der Kühltürme eine geringere Wassermenge anwendet als in dem warmen Teil.
'teichzeitig wird hierdurch die Zeit, die zur ichung des Beharrungszustandes nach kkr Inbetriebnahme notwendig ist, vermindert.
In Abb.2 stellt i wieder den Luftkühler dar, in dem die Luft bei 3 eingeführt wird und bei q. austritt. 2 ist der Wasserkühler, in dein das bei i erwärmte Wasser rückgekühlt wird. Das Wasser wird nach Entnahme bei 9 und Verdichtung in der Pumpe io wieder auf den Turm i aufgegeben.
Ein Teil des in 2 rückgekühlten Wassers wird bei mittlerer Temperatur, beispielsweise 20°, bei 13 aus dem Turm entnommen, durch die Pumpe 1q. auf den Zerlegungsdruck verdichtet und bei 15 in den Turm i an einer seiner Temperatur entsprechenden Stelle eingeführt. Der Durchmesser der Türme wird zweckmäßig der in ihnen umlaufenden Wassermenge angepaßt, d. h. also, ihr Durchmesser wird in den kalten Teilen, in denen eine geringere Wassermenge behandelt wird, kleiner als in den wärmeren Teilen gehalten. Die Verminderung der Wassermenge in den kalten Teilen kann 3o bis 5o °/o der im warinen Teil umlaufenden Menge betragen.
Eine etwas abweichende Arbeitsweise besteht darin, daß man an Stelle je eines Luft-und Wasserkühlers, welche mit verschiedenen Wassermengen im warmen und kalten Teil betrieben werden, je 2 Kühler aufgestellt. In einem Paar wird die Kühlung der Luft bzw. des Wassers bis auf die mittlere Temperatur von etwa 2o° vorgenommen, während in dem weiteren Paar die Kühlung von 2o° bis auf die tiefste erreichbare Temperatur, beispielsweise 5°, erfolgt. Ferner ist es möglich, die in den einzelnen Teilen der Türme umlaufende Wassermenge noch weitergehend dem Kältebedarf anzupassen und zu diesem Zweck eine mehrfache Unterteilung der Wassermengen vorzunehmen.
Die Vorteile der neuen Arbeitsweise bestehen gegenüber dem Verfahren des Hauptpatentes darin, daß die durch einen hohen Feuchtigkeitsgehalt der Luft bedingten Schwierigkeiten durch eine einfache und billige Vorsatzapparatur beseitigt werden können, ohne daß an einer bestehenden Anlage Änderungen vorgenommen werden müssen.
Die Luft wird bei dem neuen Verfahren mit minimalen Kosten auf eine Temperatur von etwa 5° und dem entsprechend geringen Feuchtigkeitsgehalt vorgekühlt. Der Kältespeicher wird daher im warmen Teil weitgehend entlastet, die Temperatur in der Mitte des Speichers wesentlich gesenkt und hierdurch mittelbar eine größere Speichermasse für die Abkühlung bei tiefen Temperaturen zur Verfügung gestellt. Dies bedingt eine Verminderung der Temperaturschwankungen im kalten Teil des Speichers, wodurch wieder der Teil Zerlegungsprodukte, der zusätzlich durch die Speicher hinausgeführt werden muß, um zwecks Sicherstellung der Sublimation der Kohlensäure die Schwankungen gering zu halten, verkleinert werden kann. Insgesamt wird also durch die neue Arbeitsweise die Menge Hochdrucklift verringert, welche zur Deckung der Kälteverluste und zur Schaffung des überschusses an Zerlegungsprodukten, der durch die Speicher herausgeleitet wird, notwendig ist, und damit der Energiebedarf gesenkt.
Das Verfahren wurde voranstehend für das Beispiel der Vorkühlung von Luft vor ihrer Zerlegung durch Verflüssigung und Rektifikation unter Verwendung periodisch gewechselter Kältespeicher für den Wärmeaustausch beschrieben. Es läßt sich in gleicher Weise bei beliebigen Gasgemischen anwenden, die in Kältespeichern gekühlt werden sollen. Ferner kann die Kälteübertragung zum Teil mittelbar erfolgen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: z. Verfahren zur Zerlegung von Luft mit hohem Feuchtigkeitsgehalt durch Verflüssigung und Rektifikation unter Verwendung periodisch gewechselter Kältespeicher für den Wärmeaustausch, bei dem dem warmen Ende der Regeneratoren ein Kälteüberschuß, insbesondere durch Verdunstungskühlung zugeführt wird, nach Patent 646 027, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Zerlegungsdruck verdichtete Luft vor Eintritt in den Kältespeicher durch Wasser gekühlt wird, welches durch den aus dem Speicher austretenden Stickstoff rückgekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Wassermenge so bemessen wird, daß ihr Kälteinhalt gerade zur Abkühlung der Luft und zur Kondensation der in der Luft enthaltenen Feuchtigkeit innerhalb der auftretenden Temperaturdifferenzen ausreicht.
3. Verfahren nach Anspruch z,- dadurch gekennzeichnet, daß in den warmen Teilen der Kühltürme eine größere Wassermenge als in den kalten Teilen umläuft.