DE633686C - Verfahren zur kontinuierlichen Trocknung von komprimierten, durch Verfluessigung zu zerlegenden Gasgemischen - Google Patents

Description

• Verfahren zur kontinuierlichen Trocknung von komprimierten, durch Verflüssigung zu zerlegenden Gasgemischen Bei der Verflüssigung und Zerlegung von Luft ist bekannt, daß man die dabei notwendige Kälte mit dem besten Wirkungsgrad in einer Entspannungsmaschine erzeugen kann, und zwar dann, wenn ihr die Luft mit möglichst hohem Druck und so warm zugeführt wird, daß sie sich durch die Entspannung in der Maschine annähernd auf ihre Verflüssigungstemperatur abkühlt. Die Luft soll dabei durch die Entspannung nicht vollkommen oder teilweise verflüssigt werden, damit die Entspannungsmaschine einen ruhigen und störungsfreien Gang hat. Hierzu ist vor allem auch notwendig, daß die zu entspannende Luft vollkommen trocken, d. h. frei von Wasserdampf ist. Seither wird die Trocknung der Luft bei solchen Anlagen in Trockenbatterien durchgeführt, in welchen sich Ätzkali, Ätznatron, Chlorcalcium oder sonstige hygroskopische Stoffe befinden.
• Mehrfach ist bereits der Versuch gemacht worden, in Verbindung mit einer Expansionsmaschine so zu arbeiten, daß die aus der Zerlegung der Luft durch Verflüssigung verfügbare Kälte außer zur Vorkühlung der Luft auch zur Trocknung derselben ausgenutzt wird. So ist ein Verfahren mit der Verwendung einer Expansionsmaschine bekanntgeworden, nach welchem die Luft in umschaltbaren Wärmeaustauschern tiefgekühlt und dabei durch Kondensieren und Ausfrieren des Wasserdampfes getrocknet wird. Mit dieser niedrigen Temperatur gelangt die Luft dann in die Entspannungsmaschine. Dadurch ist aber der Wirkungsgrad der Entspannungsmaschine sehr schlecht, und außerdem besteht die Gefahr einer teil-. weisen Verflüssigung der Luft während der Entspannung. Es ist ferner ein Verfahren bekanntgeworden, bei welchem die Luft dem Trennungsapparat in zwei Strömen unter verschiedenen Drücken zugeführt wird, wobei der eine dieser beiden Luftströme durch eine Entspannungsmaschine geleitet wird, um die erforderliche Kälte für das Trocknen der Luft durch Kondensieren und Ausfrieren des Wasserdampfes zu gewinnen. Auch hier tritt der Luftstrom kalt in die Entspannungsmaschine ein, weshalb diese mit schlechtem Wirkungsgrad arbeiten muß. Bei diesem Verfahren wird während des Anfahrens (Kaltfahrens) der Anlage eine Trockenbatterie benutzt, bis die zur Trocknung der Luft durch Ausfrieren des darin enthaltenen Wasserdampfes notwendigen Temperaturen hergestellt sind. Im letzteren Falle dient die mit der Entspannungsmaschine gewonnene Kälte nur zum Trocknen der Luft durch Ausfrieren, nicht aber zur Verflüssigung der Luft.
• Das vorliegende neue Verfahren bietet . demgegenüber wesentliche Vorteile, denn es ermöglicht es, die Luft vor ihrer Verflüssigung unter Verwendung einer Expansionsmaschine durch Kühlung und gleichzeitiges Ausfrieren der Luftfeuchtigkeit ohne Verwendung einer mit irgendwelchen hygroskopischen Stoffen gefüllten Trockenbatterie gründlich zu trocknen. Dabei wird die durch Kühlung getrocknete -Luft vor ihrer Ente:.; spannung in einer Entspannungsmaschüie im gleichen Wärmeaustauschverfahren wiederauf Raumtemperatur erwärmt. - Somit arbei-' tet die Entspannungsmaschine mit dem besten Wirkungsgrad und der höchsten Betriebssicherheit. Die Austauscher, welche gleichzeitig zum Ausfrieren der Luft dienen, arbeiten ebenfalls mit höchstem Wirkungsgrad und einer großen, für das Ausfrieren zur Verfügung stehenden Kältemenge, denn der eintretenden Luft strömen in den Wärmeaustauschern nicht nur die aus der Trennsäule zurückkehrenden Zerlegungsprodukte entgegen, sondern außerdem die zur Entspannung durch die Entspannungsmaschine bestimmte Luftmenge, so daß die .Menge der Kälte abgebenden Gase -,vesentlich größer ist als bei einem anderen Verflüssigungsverfahren. Ferner wird bei dem neuen Verfahren die mit der Entspannungsmaschine gewonnene Kälte nicht für die Trocknung der Luft durch Ausfrieren verzehrt, wofür nur verhältnismäßig schwache Kältegrade genügen, sondern diese tiefe Kälte wird für die eigentliche Verflüssigung der Luft verwendet, wo sie am. wertvollsten ist. Schließlich wird bei dem neuen Verfahren auch schon während des Anfahrens die Trocknung der Luft durch Kondensieren und Ausfrieren des Wasserdampfes ohne Verwendung einer Trockenbatterie durchgeführt. Erst dieses neue Verfahren ermöglicht es also, einen kontinuierlichen Betrieb ohne Verwendung von Trockenbatterien in wirtschaftlicher und betriebssicherer Weise durchzuführen.
• Dieses Verfahren wird nachstehend beschrieben und ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt. Das neue Lufttrocknungsverfahren kann auch bei der Verflüssigung sonstiger Gase Anwendung finden, welche sich bei der Verflüssigung ähnlich verhalten wie Luft.
• Zur Durchführung des neuen Verfahrens wird eine Apparatur benutzt, welche aus den zwei umschaltbaren Ausfrierapparaten ta und b, dem Wärmeaustauscher c, dem Zerlegungsapparat d, den zwischen diesen Apparaten befindlichen Rohrleitungen und Ventilen sowie dem Eisabscheider n und der Entspannungsmaschine zt besteht. Um die Apparatur in Betrieb zu nehmen; wird ihr die verdichtete Luft durch die Rohrleitung e zugeführt und durch einen der beiden Ausfrierapparate a oder b geleitet, was durch die Einstellung der Umschaltventile f, g, k und i geschieht. Durch die Rohrleitung h, die Abzweigung l und das Entspannungsventil ilt gelangt die verdichtete Luft in den Abscheider it. Während des Anfahrens werden die ,Untspannungsventile p, q, r, welche sich in °Aism Zerlegungsapparat d befinden, geschlos-'se- gehalten. Durch die Entspannung mit _'cliern Entspannungsventil in und durch den Gegenstrom in den Ausfrierapparaten a oder b kühlt sich die verdichtete Luft im Abscheider n nach und nach weiter unter den Nullpunkt ab, und dabei wird der in ihr befindliche Wasserdampf in Form von Schnee ausgeschieden. Die entspannte, trockene, kalte Luft strömt vom Abscheider n durch die Rohrleitung t in die Ausfrierapparate a. oder b, in welchen sie die ihr in den Austauscherrohren entgegenströmende" verdichtete Luft abkühlt. Aus der verdichteten Luft wird bei dieser Abkühlung in den Austauscherrohren der Wasserdampf in Form von Schnee abgeschieden. Wenn auf diese Weise der Ausfrierapparat a oder b genügend kalt gefahren ist, so daß ihm die verdichtete Luft genügend trocken entströmt, wird der eine Strom derselben der Entspannungsmaschine at zugeleitet, durch welche sie alsdann störungsfrei verarbeitet und durch Ventil o dem Zerlegungsapparat d zugeführt werden kann. Der andere Strom der verdichteten Luft wird in den Zerlegungsapparat d geleitet, indem die Entspannungsventile p, q und r nach und nach geöffnet werden. Bei diesem Kaltfahren des Wärmeaustauschers c und des Zerlegungsapparates d wird darauf geachtet, indem .durch das Entspannungsventil m die notwendige 1VI.enge der verdichteten Luft zur Kälteerzeugung entspannt wird, daß der in Benutzung befindliche Ausfrierapparat a oder b mit der zur notwendigen Trockenheit der verdichteten Luft erforderlichen tiefen Temperatur arbeitet. Dadurch soll verhindert werden, daß Schnee oder Eis mit der Luft in den Wärmeaustauscher c oder in den Zerlegungsapparat d gelangen, weil dadurch Verstopfungen entstehen würden, welche deren Funktion stören. Wenn nunmehr auch, der Wärmeaustauscher c und der Zerlegungsapparat d genügend kalt gefahren sind, beginnt in letzteren die Verflüssigung der Luft sowie ihre Zerlegung in Sauerstoff und Stickstoff. Der in dem Zerlegungsapparat d gewonnene Sauerstoff. und Stickstoff wird im Wärmeaustauscher c sowie in den Ausfrierapparaten ca oder b der verdichteten zu zerlegenden- Luft entgegengeführt. Die Entspannungsmaschine u dient durch die Entspannung des einen Luftstromes neben der Entspannung des anderen Luftstromes in dem Entspannungsventil p zur Schaffung der Kälte, welche zur Verflüssigung und Zerlegung der Luft sowie zur Deckung der Kälteverluste, welche trotz der Isolation. sämtlicher Teile der Apparatur entstehen, notwendig ist.
• Wenn in der Zerlegungsapparatur d der Beharrungszustand erreicht hat, wird das Entspannungsventil m 'geschlossen.
• Der erzeugte Sauerstoff und der Stickstoff werden gasförmig aus den Rohren v und zu abgenommen. Flüssiger Sauerstoff kann aus dem Ventil x entnommen werden.
• Es ist zum störungsfreien Betrieb der Entspannungsmaschine zc notwendig, daß ihr die verdichtete Luft in trockenem Zustand zugeführt wird. Die Entspannungsmaschine u arbeitet, wie bekannt ist, mit dem besten Wirkungsgrad, und sie erzeugt die größte Kältemenge mit tiefster Temperatur, wenn ihr die verdichtete Luft mit möglichst hohem Druck zuströmt, der z. B. bei der Erzeugung von flüssigem Sauerstoff im praktischen Betrieb etwa Zoo atü beträgt. Damit sich dabei die verdichtete Luft bei ihrer Entspannung in der Entspannungsmaschine nicht verflüssigt, wodurch ihr ruhiger Gang unmöglich wäre, ist es notwendig, daß ihr die Luft mit einer Temperatur zugeführt wird, welche über dem Nullpunkt liegt. Zur Erfüllung dieser Bedingungen wird der eine Strom der verdichteten Luft, welcher der Entspannungsmaschine zc zugeleitet werden soll, nachdem er die Ausfrierapparate a oder b von unten nach oben durchströmt hat, wieder durch diese durch die Rohre y von oben nach unten zurückgeführt. Dieser Luftstrom durchströmt dann die Ventile g und gelangt durch das Rohr y zur Entspannungsmaschine at. Auf ihrem ersterwähnten Weg durch die Ausfrierapparate a oder b von unten nach oben wird die gesamte verdichtete Luft abgekühlt und durch die dabei entstehende Ausscheidung von Wasserdampf in Form von Schnee getrocknet. Ein Teil der verdichteten Luft wird alsdann bei der Durchleitung durch die Ausfrierapparate a oder b von oben nach unten im Gegenstrom wieder erwärmt und gelangt alsdann in dem notwendigen warmen und trockenen Zustand zur Entspannungsmaschine u. Der andere Teil der verdichteten Luft gelangt in trockenem, kaltem Zustand in den Wärmeaustauscher c und alsdann in den Zerlegungsapparat d.
• Um in den Ausfrierapparaten a oder b während des Dauerbetriebes trotz der vorhandenen Kälteverluste die zur Trocknung der verdichteten Luft notwendige tiefe Kälte einstellen zu können, wird das Ventil s mit anschließender Verbindungsleitung benutzt. Durch das Ventil s wird vorteilhaft aus dem unteren Teil des Wärmeaustauschers c ein entsprechender Teil des Stickstoffs entnommen, welcher an dieser Stelle eine sehr tiefe Temperatur hat und in die Stickstoffrohrleitung t eingeführt. Dadurch kann die Temperatur der Stickstoffmenge, welche dem Ausfrierapparat a oder b zuströmt, und auch die Temperatur in diesem selbst leicht geregelt werden.
• Die vorstehend beschriebene Trocknung der Luft, besonders des Teiles, welcher in der Entspannungsmaschine verarbeitet wird, kann auch bei Anlagen durchgeführt werden, welche nach dem Hoch- und Niederdruckverfahren arbeiten. Bei diesem Verfahren wird nachvorangegangener Abkühlung und Trocknung der beiden unter verschieden hohen Drücken stehenden Luftströme in den Ausfrierapparaten die wiedererwärmte Hochdruckluft zur Entspannungsmaschine und die gekühlte Niederdruckluft durch den Wärmeaustauscher zum Zerlegungsapparat geführt.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur kontinuierlichen Trocknung von komprimierten, durch Verflüssigung zu zerlegenden Gasgemischen, z. B. von Luft, vor ihrer Verflüssigung durch eine Entspannungsmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verflüssigende Gasgemisch in einem Ausfrierapparat zunächst den aus der Zerlegungsanlage zurückströmenden Zerlegungsprodukten zwecks Abkühlung entgegengeführt und während dieses Abkühlungsprozesses gleichzeitig durch Kondensation und Ausfrieren des darin enthaltenen Wasserdampfes getrocknet, alsdann ganz oder teilweise zur Wiedererwärmung dem abzukühlenden und zu trocknenden Gasgemisch entgegengeführt und dann erst in die Entspannungsmaschine geleitet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der aus der Zerlegungsanlage zurückströmenden entspannten Zerlegungsprodukte, z. B. ein Teil des Stickstoffes bei der Zerlegung von Luft, an einer beliebigen Stelle des der Zerlegungsanlage unmittelbar vorgeschalteten Tiefkühlers mit einer niedrigeren Temperatur abgenommen und dein diesem Tiefkühler vorgeschalteten Ausfrierapparat zugeführt wird.
3. 3. Verfahren zur Inbetriebnahme von Zerlegungsanlagen für das Verfahren nach den, Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Anfahrens vor der Inbetriebnahme der Entspannungsmaschine und der anderen Teile der Zerlegungsanlage das aus dem Ausfrierapparat austretende verdichtete Gasgemisch in einem dem Ausfrierapparat nachgeschalteten Entspannungsventil entspannt, dann durch einen Eisfänger und sodann durch denselben Ausfrierapparat zwecks Abgabe der durch die Entspannung gewonnenen Kälte an das verdichtete Gasgemisch geleitet wird, so daß das verdichtete Gasgemisch während der dadurch eingeleiteten zunehmenden Abkühlung durch Kondensation und Ausfrieren: des darin Anthaltenen Wasserdampfes in dem Ausfrierapparat getrocknet wird.'