DE1060415B

DE1060415B - Verfahren zur Zerlegung von Gasgemischen bei niedriger Temperatur durch Rektifikation

Info

Publication number: DE1060415B
Application number: DEU4154A
Authority: DE
Inventors: Vincent Eugene First; Edwin Leslie Paulsen
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1955-10-10
Filing date: 1956-10-10
Publication date: 1959-07-02
Also published as: US2918801A; FR1161756A; GB793762A

Description

DEUTSCHES

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Zerlegung von Gasgemischen bei niedriger Temperatur und insbesondere auf Verfahren zum Austauen und erneuten Inbetriebsetzen der Gaszerlegungsanlage. Insbesondere betrifft die Erfindung das Reinigen und Wiederinbetriebsetzen der Luftzerlegungsanlagen, bei denen eine Flüssigkeit niedriger Temperatur zugeführt wird.

Das Hauptziel der Erfindung besteht in der Verwendung einer Flüssigkeit niedriger Temperatur mit einer Zusammensetzung, die derjenigen einer der Flüssigkeiten ähnlich ist, die an der Zerlegung beteiligt sind, um die gewünschte Reinigung des Gasgemisches während bestimmter Zeitspannen beim Erwärmen und Kühlen der Anlage zu bewirken.

Ein besonderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Verfahrens zum Austauen von Anlagen zur Zerlegung von Gasgemischen bei niedriger Temperatur, mit welchem diese Anlagen schnell und wirksam abgetaut werden können.

Ein anderes spezielles Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Verfahrens zum erneuten Inbetriebsetzen von Anlagen zur Zerlegung von Gasgemischen bei niedriger Temperatur, das ein schnelleres Abkühlen der Teile einer solchen Anlage erlaubt, während die Rektifizierungsvorrichtung sauber und trocken gehalten wird.

Nach der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Zerlegung von Gasgemischen bei niedriger Temperatur durch Rektifizierung, bei welchem während des normalen Arbeitsablaufes das in einer Rektifikationszone zu rektifizierende verdichtete Gas vor seiner Abgabe an die Rektifikationszone gekühlt und gereinigt wird, indem es in einer Richtung durch eine Wärmeaustauschzone geleitet wird, die von dem austretenden Produkt gekühlt wird, welches durch diese Zone in der entgegengesetzten Richtung strömt, dadurch gekennzeichnet, daß Flüssigkeit aus einer Menge gespeicherter Flüssigkeit mit einer Zusammensetzung, die derjenigen einer der Rektifikationsflüssigkeiten ähnlich ist, wahlweise während Betriebszeiten, die nicht den normalen Betriebszeiten entsprechen, unmittelbar durch die Wärmeaustauschzone in der gleichen Richtung wie die austretenden Produkte während des normalen Arbeitsablaufes geleitet wird, um das durch die Wärmeaustauschzone geführte eintretende Gas zu kühlen und zu reinigen, und daß das durch diesen Wärmeaustausch gereinigte Gas zur Konditionierung der Rektifikationszone verwendet wird.

Es ist bereits ein Entfrostungsverfahren beschrieben worden, bei welchem die in die Anlage eintretende Luft auf die verunreinigungsentfemende Temperatur durch Wärmeaustausch mit Erzeugergas herabgekühlt

zur Zerlegung von Gasgemischen

bei niedriger Temperatur

durch Rektifikation

Anmelder:

Union Carbide Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Görtz, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Schneckenhofstr. 27

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 10. Oktober 1955

Vincent Eugene First, Kenmore, N. Y.,

und Edwin Leslie Paulsen, Snyder, N. Y. (V. St. A.),

sind als Erfinder genannt worden

wird, das gekühlt worden ist, indem es die Anlage entfrostete, und das von dort abgezogen wird. Mit anderen Worten wird dort die komprimierte, während dieser Phase in das System hereingenommene Luft in den Wärmeaustauschern gekühlt wie im normalen Betrieb des Systems. Ist es nötig, den Wärmeaustauschern zusätzliche Abkühlung zu geben, muß dies dort dadurch geschehen, daß den Wärmeaustauschern entweder expandierte kalte Luft aus dem Hochdruckteil des Wärmeaustauschers oder expandierte eintretende komprimierte Luft, die in den Wärmeaustauschern gekühlt worden ist, im Zyklus wieder zugeführt wird.

Schließlich müssen, wenn es nicht mehr zweckmäßig sein sollte, in den Hauptwärmeaustauschern selbst Feuchtigkeit zu entfernen, in die zur Kolonne führende Leitung Lufttrockner eingeschaltet werden. Dieses bekannte Entfrostungsverfahren unterscheidet sich daher von dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung scharf dadurch, daß es während der Inbetriebsetzung eine abgewandelte normale Betriebsweise bedingt, bei welcher Expansion angewendet wird, um die Abkühlung zu ergänzen, und bei welcher Lufttrockner verwendet werden, um die Feuchtigkeit während der Endstufen der Aufwärmperiode zu entfernen.

Ferner ist bereits die Anwendung von gespeichertem flüssigem Sauerstoff zum Zwecke der schnelleren Inbe-

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triebsetzung der Anlage vorgeschlagen worden, wobei eine solche Flüssigkeit dem Aufkocher der Rektifizierkolonne zugeleitet wird. Obwohl der Dampf aus dieser Kolonne gegebenenfalls noch die Hauptwärmeaustauscher erreicht, verursacht der Abzug von Wärme aus der Kolonne, daß der Dampf, der in die Wärmeaustauscher eintritt, während der späteren Stufen nur unzulänglich kalt ist, um Verunreinigungen aus der eintretenden Luft zu entfernen. Gemäß der vorliegenden Erfindung hingegen wird gespeicherte Flüssigkeit direkt in die Wärmeaustauscher eingeführt und von dort in die Verbraucherleitung abgegeben. Die Wärmeaustauscher werden auf diese Weise genügend gekühlt, um zu allen Zeiten eine Zufuhr von Luft zu gewährleisten, die von Feuchtigkeit und Kohlendioxyd befreit ist; nur eine derart reine Luft darf in die Rektifizierkolonne eintreten.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Darstellungen von Ausführungsbeispielen sowie aus der folgenden Beschreibung. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Strömungsdiagramm einer Ausführungsform der Luftzerlegungsanlage ohne mechanische Kühlvorrichtung, welches die praktische Durchführung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und

Fig. 2 ein schematisches Strömungsdiagramm einer Ausführungsform der Luftzerlegungsanlage, bei welcher mechanische Kühlvorrichtungen verwendet werden, das ebenfalls die praktische Durchführung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

Gemäß Fig. 1 der Zeichnungen weist eine Anlage zur Zerlegung von Gasgemischen, wie Luft, durch Rektifikation einen sich hin-und herbewegenden Kompressor 10 auf, der bei der veranschaulichten Ausführungsform der Anlage im allgemeinen die zu zerlegende Luft auf einen verhältnismäßig niedrigen Druck von ungefähr 4,9 kg/cm² über atmosphärischem Druck verdichtet. Die Luft wird dann durch einen wassergekühlten Nachkühler 11 geleitet, um die Verdichtungswärme zu entfernen, und dann durch eine Leitung 12 zu einem leitflächenartigen Scheider 13, welcher den größten Teil der atmosphärischen Feuchtigkeit und vom Nachkühler übertragenes öl und Feuchtigkeit entfernt. Die Luft strömt dann durch eine ölentfernungsvorrichtung 14, in welcher der Rest der enthaltenen Feuchtigkeit und des Öls heraustropft. Die Luft wird anschließend durch eine Leitung 15 zum Einlaßende eines Gegenstromwärmeaustauschers 16 geführt. Obgleich ein Gegenstromwärmeaustauscher aus Gründen der Veranschaulichung dargestellt ist, versteht es sich jedoch, daß die Erfindung gleichermaßen auf Anlagen der in Fig. 2 beschriebenen Art anwendbar ist, die z: B. Regeneratoren aufweisen.

Der Gegenstromwärmeaustauscher 16 besitzt Durchlaßkanäle 18J19 und 20. Eintretende verdichtete Luft, die in einer Richtung durch den Wärmeaustauscher strömt, wird praktisch auf ihre Kondensationstemperatur gekühlt, und zwar durch die austretenden Stickstoff-und Sauerstoffprodukte, die in entgegengesetzter Richtung durch den Wärmeaustauscher fließen. Die Gegenströme der verdichteten Luft und des Stickstoffproduktes werden periodisch zwischen den Durchlaßkanälen 18 und 20 mittels Umkehrventilen RV an einem warmen Ende und Rückschlagventilen 15 a an den kalten Enden der Wärmeaustauscher geändert, so daß Verunreinigungen im Luftstrom, die abgeschieden werden und sich in fester oder, flüssiger Form auf den Oberflächen eines Durchläßkanals ansammeln, in welchem Luft strömt, regelmäßig durch das ausströmende Stickstoffprodukt während der nächsten Phase des Arbeitsablaufes entfernt werden, wenn letzteres durch diesen Durchlaßkanal strömt. Das Stauerstoffprodukt wird durch den nicht umkehrbaren Durchlaßkanal 19 in den Wärmeaustauscher geleitet, um seine Kühlwirkung zurückzugewinnen, ohne daß es verschmutzt wird, bevor es aus der Anlage in die Verbraucherleitung abgegeben wird.

ίο Restliche Kohlenwasserstoffverunreinigungen und Teilchen von restlichem Kohlendioxyd werden aus dem verdichteten Luftstrom mittels einer Adsorptionsvorrichtung 23 entfernt, die in einer Leitung 22 angeordnet ist, die ihrerseits vom kalten Ende des Wärmeaustauschers 16 zur Hochdruckkammer oder unteren Kolonne 29 einer zweistufigen Luftrektifikationskolonne führt, die allgemein mit 24 bezeichnet ist. Wie später zu erkennen ist, wird die Luft praktisch vollständig im Wärmeaustauscher 16 gereinigt, und zwar nicht nur während des regulären Arbeitsablaufes sondern auch beim Inbetriebsetzen und einem Teil der Austauzeit. Dies erlaubt die Verwendung der Adsorptionseinrichtung 23 als Ersatz für die übliche Skrubberkammer, die im allgemeinen zur Entfernung restlicher Verunreinigungen aus dem Luftstrom verwendet wird, sowie einer einzigen Adsorptionseinrichtung, wo für gewöhnlich zwei derselben beim Fehlen einer solchen Luftreinigung während des Inbetriebsetzens erforderlich sein würden. Ferner werden Bruch und Schaden der Adsorptionseinrichtung durch mit der eintretenden Luft hineingelangende Feuchtigkeit vermieden.

Die Luftrektifikationseinrichtung weist zusätzlich zur Hochdruckrektifikationskammer oder unteren Kolonne 29 eine obere Kolonne 30 mit einem Rektifikationsabschnitt 30 α und einem Aufkocher 30 b im unteren Teil der Kolonne auf. Der Aufkocher ist mit einem Verdampfer-Kondensator 33 mit sich nach aufwärts erstreckenden Röhren 33 α versehen. Der im Verdampfer-Kondensator um die Außenseite der Röhren eingeschlossene Raum bildet eine Kondensationskammer 33 b, die mit der Hochdruckkolonne 29 über die Leitungen 41 und 42 in Verbindung steht, wobei die Leitung 41 vom oberen Teil der unteren Kolonne zu einem Gaseinlaß der Kondensationskammer 33 b führt und die Leitung 42 von einem Flüssigkeitsauslaß der Kondensationskammer zum oberen Ende der unteren Kolonne. Die Rektifikationskammern 29 und 30 können mit Flüssigkeit-Gas-Kon- taktflächen 40 versehen sein, die z. B. aus Trögen bestehen können. In die untere Kolonne durch die Leitung 22 eintretende verdichtete Luft wird zur Erzeugung einer sauerstoffreichen Flüssigkeitsfraktion rektifiziert, die sich am Boden oder im Kessel 37 der unteren Kolonne ansammelt, sowie zur Erzeugung einer stickstoffreichen Dampffraktion, die aufwärts durch die Leitung 41 in die Kondensationskammer 33 & des Aufkochers 30 b strömt. Der in die Kondensationskammer geleitete Dampf steht unter einem Druck, der demjenigen am Auslaß des Luftverdichters nahekommt (ungefähr 4,9 kg/cm² über atmosphärischem Druck) und der praktisch höher ist als derjenige der durch die Röhren 33 α geführten Flüssigkeit. Infolgedessen besitzt der Dampf bei diesem Druck eine höhere Kochtemperatur als die Flüssigkeit, und ersterer wird von letzterer kondensiert, die dabei gleichzeitig verdampft.

Der kondensierte stickstoffreiche Dampf wird aus der Kammer 33 b abgezogen und in zwei Ströme aufgespalten; ein Teil dieser Flüssigkeit wird auf einen

niedrigeren Druck gedrosselt und zum oberen Ende der oberen Kolonne 30 durch eine Leitung 44 geführt, die mit der Leitung 42 verbunden ist und ein Drosselventil 45 aufweist, und der Rest der kondensierten stickstoffreichen Flüssigkeit wird zur unteren Kolonne 29 zurückgeführt und wird als Rücklaufflüssigkeit zum Auswaschen von Sauerstoff aus dem in der unteren Kolonne aufsteigenden Dampf verwendet. Die mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit, die in dem Kessel 37 gesammelt ist, wird zu einem mittleren Teil des Rektifizierabschnitts 30 a über eine Leitung 46 geleitet, wobei die unter höherem Druck stehende Flüssigkeit mittels eines Drosselventils 47 in der Leitung 46 auf einen niedrigeren Druck gedrosselt wird, bevor sie in die obere Kolonne abgegeben wird. Die zur oberen Kolonne 30 geleiteten Flüssigkeiten bilden eine Rücklauf flüssigkeit und werden weiter rektifiziert, um ein kaltes, gasförmiges Stickstoffprodukt und ein Sauerstoffprodukt gewünschter Reinheit zu erhalten. Die Förderflüssigkeit für den Hochdruckstickstoff kann vor dem Abdrosseln durch Wärmeaustausch mit dem austretenden Stickstoffprodukt unterkühlt werden, um eine übermäßige Verdampfung beim Drosseln zu verhindern und um das Stickstoffprodukt zu überhitzen. Bei der veranschaulichten Ausführungsform wird dies dadurch bewirkt, daß die Förderflüssigkeit für den Hochdruckstickstoff durch eine Schlange 48 in einem Wärmeaustauscher 49 für Abfallstickstoff geleitet wird.

Die absteigende Rücklaufflüssigkeit in der oberen Rektifikationskolonne 30 bekommt einen zunehmend größeren Sauerstoffgehalt, wenn sie abwärts zum Boden der Kolonne hinströmt. Diese Flüssigkeit wird von dem untersten Trog der Kolonne, der schematisch mit 36 bezeichnet ist, durch ein Fallrohr 38 in den Aufkocher 30 b geleitet. Ein mit 40 bezeichneter Flüssigkeitsscheider zwischen dem Rektifikationsabschnitt 30 α und dem Aufkocher 30 b dient dem Trennen der Flüssigkeit von verdampfter Flüssigkeit, die von den Röhren 33 α aufwärts in den Rektifikationsabschnitt strömt. Sauer stoff reiche Flüssigkeit, die nach unten durch das Fallrohr 38 abgezogen wird, strömt in einen Behälter 50, welcher die Seiten und den Boden des Verdampfer-Kondensators 33 umgibt. In dem Behälter ist ein Adsorptionskörper 51 so angeordnet, daß die durch den Behälter strömende Flüssigkeit durch ihn hindurchgeht, damit in einer praktisch unschädlichen Weise Verunreinigungen in der Aufkocherflüssigkeit ausgeschieden und gesammelt werden. Die Flüssigkeit im Behälter 50 strömt auf Grund der Schwerkraft in die unteren Enden der Röhren 33 α und wird durch Wärmeaustausch mit Kondensationsflüssigkeit auf der äußeren Seite der Röhren verdampft. Ein Teil dieses Dampfes wird aus der Rektifikationsvorrichtung als Sauerstoffprodukt durch die Leitung 26 abgezogen, und der Rest des Dampfes strömt aufwärts in den Rektifikationsabschnitt 30 a, um Rücklaufdampf für die Rektifizierung zu bilden. Das Stickstoffprodukt der Rektifizierung wird aus der oberen Kolonne 30 durch eine Leitung 54 abgezogen, welche die kalte, gasförmige Ausströmung zum Wärmeaustauscher 49 für Abfallstickstoff führt, wo sie durch Wärmeaustausch mit der stickstoffreichen Förderflüssigkeit, welche durch die Schlange 48 strömt, überhitzt wird.

Die Rektifikationsanlage der Fig. 1 besitzt keine besondere mechanische Kühlvorrichtung, und die für den Betrieb erforderliche Kühlung auf niedrige Temperatur wird durch die Verdampfung einer Flüssigkeit niedriger Temperatur, vorzugsweise flüssigen Sauer-Stoffs, erzielt, der von einem Speicherbehälter 75 zugeführt wird, der in einer außerordentlich wirksamen, nicht veranschaulichten Wärmeisolation angeordnet ist. Der für diesen Zweck verwendete flüssige Sauerstoff kann der Anlage in flüssiger Form zugeführt werden. Der Behälter 70 wird durch eine Flüssigkeitseinlaßleitung 73 gefüllt. Es leuchtet ein, daß der gesamte der Anlage zugeführte flüssige Sauerstoff zur Bildung von gasförmigem Sauerstoff verwendet wird. Jedoch kann durch die Ausnutzung der Kühlwirkung des flüssigen Sauerstoffs für den Betrieb der Luftzerlegungsanlage eine größere Menge Sauerstoff erzeugt werden, als wenn nur der flüssige Sauerstoff aus dem Behälter 70 verdampft wird.

Der Behälter 70 ist vorzugsweise höher als die Rektifikationskolonne angeordnet, wie in Fig. 1 gezeigt ist, so daß ein Schwerkraftfluß zum Abzug von Flüssigkeit durch den Boden des Speicherbehälters zur Kolonne ausgenutzt werden kann. Bei der veranschaulichten Ausführungsform wird die Behälterflüssigkeit durch eine Leitung 71 zu dem Behälter 50 der Aufkocherkammer geleitet, wo sie in die in den Röhren 33 a zu verdampfende sauerstoffreiche Flüssigkeit eingeführt wird. Die Geschwindigkeit, mit welcher die Flüssigkeit aus dem Speicherbehälter in den Aufkocher abgezogen wird, läßt sich durch das Ventil 72 in der Leitung 71 regeln. Zum Zuführen von Flüssigkeit vom Speicherbehälter zur oberen Kolonne sind verschiedene andere Anordnungen gleich gut geeignet. Beispielsweise kann der Behälter 70 in geringerer Höhe als der Kondensator 33 angeordnet werden, vorausgesetzt, daß ein ausreichender Druckunterschied zwischen dem Behälter und dem Aufkocher 30 b aufrechterhalten wird, um die Flüssigkeitsweiterleitung vom Behälter in den Aufkocher zu bewirken.

Beim Betrieb der Anlage werden über der im Behälter 70 gespeicherten Flüssigkeit fortlaufend Sauerstoffdämpfe durch Verdampfung der gespeicherten Flüssigkeit erzeugt, welche durch Wärmeverluste hervorgerufen werden. Dieser Sauerstoffdampf kann in vorteilhafter Weise durch eine Leitung 76 mit einem Lüftungsventil 75 zur Leitung26 für das Sauerstoffprodukt abgelassen werden, wo er zu dem gasförmigen Sauerstoffprodukt der Luftzerlegungsanlage hinzutritt. Die im gasförmigen Sauerstoff aus dem Behälter 70 verfügbare Kühlung kann auf diese Weise zurückgewonnen werden, wenn er mit dem Sauerstoffprodukt der Anlage durch den Wärmeaustauscher 16 geleitet wird, bevor er an die Verbraucherleitung abgegeben wird.

Wenn die Anforderungen eines Verbrauchers unterschiedlich sind, wird die Luftzerlegungsanlage der Fig. 1 so ausgeführt und betrieben, daß sie Sauerstoff entsprechend der niedrigen konstanten Anforderung erzeugt. Wenn die Anforderungen die Leistung der Luftzerlegungsanlage übersteigen, wird die im Behälter 70 gespeicherte Flüssigkeit in einfacher und bequemer Weise abgezogen und verdampft, um die Mengen des abgegebenen Sauerstoffs zu vergrößern und den Anforderungen durch nicht veranschaulichte Mittel gerecht zu werden.

Während eines Arbeitsablaufes treten die sehr kleinen Mengen an Verunreinigungen, wie Kohlendioxyd und bestimmte Kohlenwasserstoffe in der Luft, die nicht bei der Vorbereitung der Luft zur Rektifizierung durch die Reinigungsbehandlung ausgeschieden wurden, in die Rektifikationsteile der Anlage ein. Diese Verunreinigungen sammeln sich an und konzentrieren sich im Adsorptionsabschnitt des Sauerstoffaufkochers in der Niederdruckrektifikationskolonne,

wo die sauerstoffreiche Flüssigkeit fortlaufend ausgekocht wird; solche Konzentrationen sättigen das Adsorptionsmittel, und die anschließenden Ausfällungen beeinflussen schnell in nachteiliger Weise die Wirksamkeit des Wärmeaustausches und bilden eine Explosionsgefahr. Die Rektifikationsanlage muß von Zeit zu Zeit gereinigt werden, um diese Verunreinigungen zu entfernen, und die Adsorptionseinrichtungen müssen von Zeit zu Zeit reaktiviert werden. Dies wird dadurch bewirkt, daß die verschiedenen Bauteile der Anlage erwärmt werden, um die Verunreinigungen aus der Rektifikationsvorrichtung und aus den Adsorptionseinrichtungen zu verdampfen. Um den Betrieb wieder aufzunehmen, ist es dann erforderlich, die verschiedenen Teile der Anlage wieder auf ihre entsprechenden Betriebstemperaturen zu kühlen. Beim Austauen und Abkühlen der Anlage kann der gespeicherte flüssige Sauerstoff in vorteilhafter Weise dazu benutzt werden, um das Abtauen zu erleichtern und ein schnelles Wiederinbetriebsetzen zu ermöglichen, so daß die bei solchen Abschaltungen auftretenden Zeitverluste auf ein Minimum herabgesetzt werden. Außerdem wird die gespeicherte Flüssigkeit gleichzeitig verdampft, überhitzt und kann, falls erwünscht, in wirtschaftlicher Weise in die Verbraucherleitung geführt werden.

Bei dem vorliegenden verbesserten Verfahren zum Austauen und Wiederinbetriebsetzen wird der flüssige Sauerstoff aus dem Speicherbehälter 70 direkt in den nicht umkehrbaren Durchlaß des Wärmeaustauschers 16 geleitet, um die durch einen umkehrbaren Durchlaß eintretende Luft im Gegenstrom zu dem ausströmenden Sauerstoff zu kühlen und dabei diese Luft zu reinigen, bevor sie in die Rektifikationsanlage entweder zum Erwärmen oder Kühlen eintritt. Die zum Austauen und Kühlen verwendete Luft wird daher auf gleiche Weise und in derselben Vorrichtung wie während des normalen Arbeitsablaufes gereinigt, und diese Reinigung kann unvermindert fortgesetzt werden während der Zeiträume, wenn die Verwendung gereinigter Luft zum Abtauen oder Kühlen bestimmter Bauteile der Anlage benötigt oder gewünscht wird.

Während des Austauens eintretende und in dieser Weise gereinigte Luft wird durch eine Adsorptionsvorrichtung am kalten Ende geleitet und anschließend erhitzt und zum Abtauen der Aufkocher-Adsorptionseinrichtung und des Aufkochers sowie der oberen Kolonne und des Wärmeaustauschers für austretenden Stickstoff benutzt. Diese Behandlung wird fortgesetzt, bis die Adsorptionseinrichtung des Aufkochers zumindest auf Reaktivierungstemperatur erwärmt ist, eine Temperatur, die gleichzeitig ein vollständiges Austauen der oberen Kolonne und des Wärmeaustauschers ermöglicht. Indem die zum Abtauen dieser Bauteile verwendete Luft so gereinigt wird, können die in der Luft enthaltenen Verunreinigungen, wie Wasser und Spuren von Öl, die sich bei Aufwärmtemperaturen nachteilig auf das Adsorptionsmittel auswirken können, entfernt werden, bevor die Austauluft die Adsorptionseinrichtung erreicht. Wenn die Adsorptionseinrichtung des Aufkochers, die obere Kolonne und der Wärmeaustauscher für den ausströmenden Stickstoff ausgetaut sind, werden sie abgedichtet, und die anderen Teile der Anlage werden mit erwärmter unbehande'ter atmosphärischer Luft ausgetaut.

Gemäß Fig. 1 der Zeichnung wird das Austauen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wie folgt durchgeführt: Das Ventil 72 wird geschlossen, um den Strom gespeicherten flüssigen Sauerstoffs vom Behälter 70 zum Aufkocher 30 b zu unterbrechen, und das Ventil 81 in der Nebenleitung 80, welche die Zufuhrleitung 71 für den gespeicherten flüssigen Sauerstoff und die Leitung 26 für die Sauerstoffprodukte miteinander verbindet, wird geöffnet, um flüssigen Sauerstoff vom Behälter 70 durch die Leitung 26 zum nicht umkehrbaren Wärmeaustauschkanal 19 zu leiten, wo er im Gegenstromwärmeaustausch mit verdichteter Luft, die in die Anlage entweder abwechselnd oder parallel durch die umkehrbaren Durchlässe 18 und 20

ίο eintritt, geführt wird. Ein Ventil 26 a in der Leitung 26 wird geschlossen, um einen Rückstrom der Flüssigkeit in die Kolonne 30 zu verhindern. Die Abzugsventile 84 und 85 werden geöffnet, um die Flüssigkeiten aus dem Sauerstoff auf kocher 30 b bzw. aus dem Kessel 37 abzuziehen. Beim Wiedergewinnen der Kühlung des austretenden flüssigen Sauerstoffs aus dem Durchlaß 19 wird die Luft auf ungefähr —40° C gekühlt, eine Temperatur, die ausreichend niedrig ist, um Feuchtigkeit aus der Luft wie beim normalen Arbeitsablauf auszufrieren. Während dieses ersten Abschnitts des Austauens wird die Hochdruckrektifizierkolonne von dem wärmenden Mediumkreislauf durch Schließen des Ventils 86 in der Leitung 22 isoliert. Gleichzeitig werden die Ventile 87 und 93 in den Leitungen 88 bzw. 92 geöffnet, um die aus der Adsorptionseinrichtung 23 am kalten Ende austretende Luft dazu zu bringen, durch einen Aufwärmer 89 und dann zum Aufkocher 30 & zu strömen. Dort strömt die warme Luft abwärts durch den Adsorptionskörper 51, die Röhren 33 a und den Rektifikationsabschnitt 30 a. Dann strömt sie weiter aus der oberen Kolonne 30 durch die Leitung 54 und durch den Austauscher 49 für den austretenden Stickstoff. Ein Lüftungsventil 54a in der Leitung 54 für den ausströmenden Stickstoff wird während dieses Verfahrensabschnitts geöffnet, um die aufgewärmte Luft auszulassen, wenn sie den Wärmeaustauscher 49 verläßt.

Wenn die Adsorptionseinrichtung des Aufkochers auf eine Reaktivierungstemperatur von ungefähr 90° C erhitzt ist, sind dieses Gefäß, die obere Kolonne und der Stickstoffwärmeaustauscher vollständig ausgetaut, und die obere Kolonne kann abgedichtet werden, um eine erneute Verschmutzung während des Austauens der übrigen Teile der Anlage zu verhindern. Dies wird durch Schließen des Lüftungsventils 54a, des Abzugventils 84, der Förderventile 45 und 47 und der Austauventile 87 und 93 bewirkt.

Die restlichen Bauteile, d. h. die untere Kolonne, die Adsorptionseinrichtung am kalten Ende und die umkehrbaren Wärmeaustauscherdurchlässe, können nun mit erwärmter unbehandelter atmosphärischer Luft anstatt mit verschmutzungsfreier Luft wie in der ersten Phase des Austauens ausgetaut werden. Die Gründe hierfür sind:

1. Die für die zweite Austauphase verwendete Luft ist wärmer.

2. Die restlichen auszutauenden Bauteile sind während der ersten Phase des Austauens in einem bestimmten Ausmaß erwärmt worden und sind weniger zum Ausfrieren von Verunreinigungen aus der erwärmten unbehandelten Luft geeignet.

3. Das wichtigste Kennzeichen ist die Anordnung der Adsorptionseinrichtung 51 des Aufkochers und der Adsorptionseinrichtung 23 am kalten Ende

" relativ zueinander in dem Kreislauf.

Wie bereits zuvor erwähnt, ist die Aufkocher-Adsorptionseinrichtung das »tote Ende« der Anlage, und irgendwelche Verunreinigungen, welche durch die Ad-Sorptionseinrichtung am karten Ende hindurchgelan-

gen, werden dort angesammelt. Es ist daher notwendig, besondere Vorkehrungen — verschmutzungsfreie Austauluft — zu treffen, um eine vollständige Reaktivierung dieser Einrichtung zu gewährleisten. Eine solche Vorsichtsmaßnahme ist mit der Einrichtung am kalten Ende nicht erforderlich, da irgendwelche Spuren von restlichen Verunreinigungen in die Auskochereinrichtung weitergetragen werden können.

Daher wird für die zweite Phase des Austauens das Ventil 81 geschlossen, um den Strom des flüssigen Sauerstoffs aus dem Behälter 70 zum Wärmeaustauscher 16 zu unterbrechen. Auch während dieser Phase ist das Ventil 86 in der Leitung 22 wieder geöffnet, und ein Abzugsventil 94 in der Aufwärtsstromseite der Adsorptionseinrichtung 23 am kalten Ende wird geöffnet. Das normalerweise offene Ventil 97 in der Leitung 15, die vom Kompressor 10 zu den Umkehrventilen RV am warmen Ende des Wärmeaustauschers 16 führt, wird geschlossen, und ein Ventil 90 in der Leitung 90 a, die zum Aufwärmer 89 führt, wird geöffnet, um den Eintritt der Luft von der Leitung 15 in den Aufwärmer zu erlauben. Das normalerweise geschlossene Ventil 95 in einer Verbindungsleitung 96 wird geöffnet, um einen Teil der erwärmten Luft von dem Aufwärmerauslaß zu den Umkehrventilen RV am warmen Ende des Wärmeaustauschers 16 zu leiten, und ein Ventil 98 in einer Verbindungsleitung 92 α zum oberen Ende der unteren Kolonne wird geöffnet, um den Rest der erwärmten Luft über die Leitungen 92, 92 α und 41 zur unteren Kolonne 29 und zur Stickstoffseite 33 b des Verdampfer-Kondensators 33 zu leiten.

An die Umkehrventile RV abgegebene warme Luft wird durch die Umkehrdurchlässe 18 und 20 entweder abwechselnd oder parallel zueinander und dann durch das Abzugsventil 94 aus der Anlage herausgeführt. Obgleich während des Austauvorganges Verunreinigungen in den Umkehrdurchlässen abgelagert werden, ist diese Ablagerung nicht groß genug, um die Durchlasse zu verstopfen, und die Verunreinigungen werden durch das Abzugsventil 94 während der zweiten Hälfte des Austauvorganges herausgefegt, wenn die Temperatur über derjenigen der Umgebung ist.

Die durch die Leitung 92 a stömende warme Luft wird in zwei Teile aufgespalten, wobei ein Teil direkt über die Leitung41 in die untere Kolonne gelangt und der Rest durch einen anderen Abschnitt der Leitung 41 in den Kondensationsraum 33 b des Verdampfer-Kondensators 33 strömt und dann abwärts durch die Leitung 42 und die untere Kolonne. Ein Teil der warmen Luft verläßt die untere Kolonne durch das Abzugsventil 85, und der Rest strömt durch die Leitung 22 und die Adsorptionseinrichtung 23 am kalten Ende, bevor er aus der Anlage durch das Abzugsventil 94 austritt. Wenn die Adsorptionseinrichtung 23 am kalten Ende eine ausreichend hohe Temperatur erreicht hat, um ein vollständiges Abtauen und Reaktivieren des Adsorptionsmaterials zu gewährleisten —■ bei ungefähr 90° C ■—, ist das Austauen beendet. Es ist zu bemerken, daß die Aufwärmgeschwindigkeit der verschiedenen Bauteile beliebig durch Einregelung der Austauventile und der Abzugsventile eingestellt werden kann.

Nachdem die Anlage gereinigt wurde und die Ventile 85, 90, 94, 95 und 98 geschlossen sind, wird das Ventil 97 in der Leitung 15 für verdichtete Luft wieder geöffnet, um die Anlage erneut in Betrieb zu setzen. Bei dem vorliegenden verbesserten Verfahren zum Inbetriebsetzen wird flüssiger Sauerstoff aus dem Speicherbehälter 70 zunächst direkt in den nicht umkehrbaren Durchlaß 19 des Wärmeaustauschers 16 geleitet, um letzteren abzukühlen. Dann tritt verdichtete Luft durch einen umkehrbaren Durchlaß des Wärmeaustauschers 16 ein, um diesen abzukühlen. Anschließend findet ein Gegenstromwärmeaustausch von durch einen umkehrbaren Durchlaß des Wärmeaustauschers 16 eintretender verdichteter Luft mit dem Sauerstoff statt, und die Luft wird dabei auf etwa —170° C gekühlt, um Feuchtigkeit, Kohlendioxyd und Kohlenwasserstoffverunreinigungen in normaler Weise zu entfernen, bevor sie in die Rektifiziervorrichtung 24 eintritt. Nachdem die Kühlung der Rektifizieranlage selbst überlassen worden ist, tritt dieLuft durch die umkehrbaren Wärmeaustauscher aus und sublimiert die Verunreinigungen, die von der eintretenden Luft im vorhergehenden Wärmeaustauschkreislauf abgegeben wurden. Während der Anfangsphase der Abkühlung wird die Niederdruckkolonne von den Kühlflüssigkeitskreisläufen isoliert, und das kühlende Gas wird nicht in diese Kolonne geleitet, bis alle Teile der Luftreinigungseinrichtung praktisch ihre normalen Betriebstemperaturen erreicht haben. Es läßt sich erkennen, daß auf diese Weise ein rasches Abkühlen der Anlage erreicht wird, ohne daß hierbei die Anlage mit nicht gereinigter Luft verschmutzt wird. Außerdem ist sichergestellt, daß der Aufkocher 30 b, welcher das Sauerstoffprodukt enthalten soll, sauber und unverschmutzt bleibt.

Die Ventile26 α, 45, 47 und 72, die während der Endphase des Austauens geschlossen wurden, bleiben geschlossen, um die Niederdruckkammer 30 zu isolieren. Das Ventil 81 in der Nebenleitung 80 der oberen Kolonne wird geöffnet, um flüssigen Sauerstoff aus dem Behälter 70 durch die Leitung 26 und weiter durch den Wärmeaustauscherdurchlaß 19 zu führen, um die Austauscher auf ihre Betriebstemperatur zu kühlen. Der verdampfte Sauerstoff kann an die Verbraucherleitung abgegeben oder in die freie Atmo-Sphäre entlüftet werden. Dann wird auf etwa 4,9 kg/cm² über atmosphärischem Druck im Kompresscr 10 verdichtete Luft abwechselnd durch die Durchlasse 18 und 20 in die Anlage eingelassen. Beim Wiedergewinnen der Kühlung des austretenden verdampften flüssigen Sauerstoffs in der Leitung 19 wird dieLuft auf ungefähr —170° C gekühlt, umFeuchtigkeit und Kohlendioxyd aus der Luft und auf den Wärmeaustauscherflächen bei einem normalen Arbeitsablauf herauszufrieren. Die Strömungsgeschwindigkeiten von Luft und Sauerstoff sind so eingeregelt, daß die Temperatur des Luftstromes an einem Punkt etwa in der Hälfte des Wärmeaustauschvorganges rund —100° C beträgt, wodurch ein ungefähr normaler Temperaturverlauf in den Austauschern aufrechterhalten wird. Die gekühlte Luft wird mittels der Leitungen 22, 41 und 42 durch die Adsorptionseinrichtung 23 am kalten Ende, die Hochdruckkolonne 29 und die Stickstoffkondensationsseite 33 b des Verdampfer-Kondensators 35 geleitet, wodurch diese Teile auf ihre Betriebstemperatur gekühlt werden. Die teilweise erwärmte Luft strömt von der Kolonne 29 und dem Aufkocher 30 b durch die Förderleitung 44 für die stickstoffreiche Flüssigkeit, jedoch bei geschlossenem Ventil 45 nicht in die Niederdruckkolonne.

Statt dessen ist eine Nebenleitung 82 mit einem Drosselventil 83 zwischen der Leitung 44 und der Leitung 54 für das auströmende Stickstoffprodukt vorgesehen. Während der Anfangsphase des Inbetriebsetzens wird das Ventil 83 geöffnet, um die die untere Kolonne 29 durch die Leitung 44 verlassende Luft praktisch auf

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den Erfindung in einer solchen Anlage. So wird in Fig. 2 die eintretende, an die Umkehrventile RV über die Leitung 15 für verdichtete Luft abgegebene verdichtete Luft beim Durchgang durch abwechselnd um-5 gekehrte Regeneratoren 102 und 104 praktisch auf ihre Kondensationstemperatur abgekühlt. Die Umkehrventile RV an den warmen Enden der Regeneratoren dienen dazu, die eintretende Luft durch einen Regenerator zu schicken, während Rückschlagventile

von der Leitung 126 für das Sauerstoffprodukt am kalten Ende der Regeneratoren abzweigen.

Die gekühlte Luft, die von dem größten Teil ihrer Feuchtigkeit und Kohlendioxyd in den Regeneratoren befreit wurde, wird mittels der Leitung 122 durch eine Adsorptionseinrichtung 123 am kalten Ende geführt zwecks Entfernung der restlichen Verunrei-

itmosphärischen Druck zu drosseln und die so gedrosselte Luft direkt in die Leitung 54 für ausströmenden stickstoff zu leiten, um sie abwechselnd durch die Durchlässe 18 und 20 des Austauschers 16 zum Kühen der eintretenden Luft und Entfernen der abgeagerten Verunreinigungen aus der Anlage zu führen. Wenn die Adsorptionseinrichtung 23 am kalten Inde, die Stickstoffseite 33 b des Verdampfer-Kondensators 33 und die untere Kolonne 29 ihre Betriebs-

:emperatur erreicht haben, können die Ventile 81 und _i0 15 a an den kalten Enden derselben dazu dienen, das 33 geschlossen werden und das Ventil 72 für den flüs- austretende Stickstoffprodukt durch den anderen Resigen Sauerstoff geöffnet werden, um den gespeicher- generator zu schicken und diese Ströme periodisch :en flüssigen Sauerstoff in den Sauer stoff auf kocher umzuschalten und damit einen abwechselnden Fluß 50b einzulassen, worauf Gas aus der unteren Kolonne von Stickstoff und Luft durch jeden Regenerator zu geginnt, an der Stickstoffseite der Röhren 33a des i₅ ermöglichen. Das ausströmende Sauerstoffprodukt Verdampfer-Kondensators 33 zu kondensieren. Das wird aufgespalten und durch beide Regeneratoren v^Tentil26a in der Leitung 26 für das Sauerstoffpro- durch eingebettete Schlangenleitungen 110 geführt, die lukt aus der oberen Kolonne wird ebenfalls geöffnet.
Die kondensierte Luft wird, wie zuvor beschrieben, in
lie untere Kolonne zurückgeführt und bildet die Rück- 20
aufflüssigkeit zum Betrieb der unteren Kolonne. Das
^örderventil 45 für stickstoffreiche Flüssigkeit und
las Förderventil 47 für sauerstoffreiche Flüssigkeit
cönnen dann geöffnet werden, um die Rücklaufflüssig-

ceiten zum Betrieb der oberen Kolonne zu schaffen, 25 nigungen in der Luft. Die gereinigte Luft wird über ind die volle Erzeugung ist möglich, sobald die rieh- die Leitung 122 von der Adsorptionseinrichtung am :igen Umlaufgeschwindigkeiten in den Kolonnen er- kalten zum unteren Ende einer Luftzerlegungs-Rektireicht sind. fikationskolonne 124 geführt. Letztere kann in üblicher

Bei den obigen Verfahren wird der Anlage während Weise mit einer Hochdruckkammer 129 ausgeführt les Austauens und Inbetriebsetzens zugeführter Sauer- 30 sein, die an ihrem oberen Ende von einem Konden- ;toff verdampft und während des Durchganges durch sator 131 verschlossen ist. Der Kondensator dient len normalen, nicht umkehrbaren Durchlaß 19 des dazu, stickstoffreiche Dämpfe, die in der Kammer 129 Wärmeaustauschers 16 überhitzt. Der sich hieraus aufsteigen, zu kondensieren, wobei ein Teil des kon- ;rgebende nicht verunreinigte gasförmige Sauerstoff densierten Dampfes zurück in die untere Kammer cann direkt an die Verbraucherleitung abgegeben wer- 35 fällt, um als Rücklaufflüssigkeit zu dienen, und ein ien, und auf diese Weise ist, selbst wenn die Anlage Teil auf einer Fläche 132 gesammelt wird, von wo er während des Austauens und des größten Teiles des mittels der Leitung 144 dem oberen Ende einer Nie-Wiederinbetriebsetzens keinen Sauerstoff erzeugt, ein derdruckrektifikationskammer 130 zugeführt wird, sauberes, gasförmiges Sauerstoffprodukt während des die über der Kammer 129 angeordnet ist und an ihrem größten Zeitraumes der Abschaltung der Anlage ver- 40 unteren Ende mit einem Sammelraum 131 α für flüssiiügbar. Dies ist besonders für solche Anlagen vorteil- gen Sauerstoff ausgestattet ist, welcher den Kondenlaft, bei denen eine kontinuierliche Gaszufuhr erfor- sator 131 b umgibt. Ein Drosselventil 145 in der Leiierlich ist, da hierdurch ein wirtschaftliches Verfah- tung 144 dient dazu, die Stickstofförderflüssigkeit vor -en zur Aufrechterhaltung von mindestens einem Teil ihrer Abgabe in die Kammer 130 auf einen niedrigeier notwendigen Zufuhr während des größten Ab- 45 ren Druck zu drosseln. Sauerstoff reiche Flüssigkeit, schnittes des Zeitraumes ermöglicht wird, während die sich im Kessel 137 im unteren Teil der Hochlessen die Anlage nichts erzeugt, wodurch die erfor- druckrektifikationskammer 129 ansammelt, wird mitierlichen Kapazitäten zur Speicherung eines Hilfs- tels einer von einem Drosselventil 147 geregelten Lei-Produktes vermindert werden. Außerdem verkürzt die tung 146 zu einem mittleren Abschnitt der Nieder-Verwendung von flüssigem Sauerstoff zum Kühlen 50 druckrektifikationskolonne 130 geleitet. Übliche Gasend Reinigen der eintretenden Luft während des Inbe- und Flüssigkeitskontaktflächen 140, wie z.B. Tröge triebsetzens die hierfür erforderliche Zeit erheblich. oder Platten, sind in den Rektifikationskammern vor-So hat sich beispielsweise herausgestellt, daß eine mit gesehen.

zusätzlichem flüssigem Sauerstoff arbeitende Anlage Das Stickstoffprodukt der Rektifikation verläßt die

:1er beschriebenen Art ihre volle Kapazität der Erzeu- 55 Niederdruckrektifikationskammer 130 durch eine Leimung von 99,5 °/oigem Sauerstoff ungefähr 6 Stunden tung 154, welche die kalte gasförmige Ausströmung

durch einen Wärmeaustauscher 149 für ausströmenden Stickstoff führt, um die Stickstofförderflüssigkeit in der Schlange 148, wie in Fig. 1, zu unterkühlen, bevor sorgt. Für eine Gasanlage der gleichen Größe, bei 60 sie an die Rückschlagventile 15 α an den kalten Enden welcher Expansionsarbeit als einzige Quelle zur Küh- der Regeneratoren 102 und 104 abgegeben wird. Der

angewärmte Stickstoff wird mittels der Umkehrventile
RV an den warmen Enden der Regeneratoren durch
eine Leitung 150 abgeführt. Die sauerstoffreiche Flüs-

Obgleich sich die Erfindung insbesondere für Gas- 65 sigkeit, welche in den Hauptkondensator 131 hinabzerlegungsanlagen eignet, die keine mechanischen steigt, wird von dem kondensierten stickstoffreichen Kühlvorrichtung besitzen, kann sie dennoch vor- Dampf auf der Kondensationsseite der Röhren 133 in teilhafterweise auch in Anlagen mit mechanischen dem Kondensator aufgekocht, wobei ein Teil des verKühlvorrichtungen verwendet werden. Fig. 2 zeigt dampften Sauerstoffs aus der Anlage durch die Leieine Ausführungsform der Anwendung der vorliegen- 70 tung 126 für das Sauerstoffprodukt und den Regene-

mach einem warmen Inbetriebsetzen erreichte und, wie zuvor erwähnt, die Verbraucherleitungen mit dem Gasprodukt auch während der Zwischenzeiträume ver-

lung auf niedrige Temperatur verwendet wird, würden ungefähr 18 Stunden benötigt werden, um die volle Produktionskapazität zu erreichen.

ratordurchlaß 110 abgezogen und der Rest des verdampften Sauerstoffs zurück zur Niederdruckrektifikation geführt wird. Ein Teil der eintretenden gereinigten Luft wird aus der Leitung 122 stromabwärts der Einrichtung 123 durch eine Leitung 119 abgezogen und unter Leistung von Arbeit expandiert, um die zum Betrieb der Anlage erforderliche Kühlung auf niedrige Temperatur zu ermöglichen. Da sich diese Luft bereits auf Kondensationstemperatur befindet, muß sie angewärmt werden, um eine ausreichende Kühlwirkung durch Arbeit leistende Expansion zu schaffen. Dieses Anwärmen kann dadurch erfolgen, daß die für diesen Zweck abgezogene Luft durch eingebettete Schlangen 118 in den kalten Enden der Regeneratoren 102 und 104 geleitet wird. Die angewärmte Luft wird dann über eine Leitung 117 zum Einlaß einer geeigneten, Arbeit leistenden Expansionsvorrichtung geleitet, die z. B. aus einer schematisch bei 116 gezeigten Turbine bestehen kann. Eine Leitung 115 führt die expandierte Luft zu einem mittleren Abschnitt der Niederdruckrektifikationskammer 130.

Die Arbeitsweise der beschriebenen Anlage versteht sich von selbst. Wenn der normale Betrieb zum Reinigen der Anlage unterbrochen wird, kann die aus der Verdampfung einer gespeicherten kalten Flüssigkeit verfügbare Kühlung in der gleichen Weise, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 erwähnt, verwendet werden, um die eintretende Luft während des Austauens und Wiederinbetriebsetzens zu kühlen und zu reinigen. Gespeicherter flüssiger Sauerstoff kann für diese und andere Zwecke in der Gaszerlegungsanlage verfügbar und zugänglich gemacht werden, und zwar entweder durch die Anlage selbst bei einer langsamen Abzugsgeschwindigkeit aus dem Ventil 184 während des normalen Arbeitsablaufes, oder kann in geeigneter Weise zum Platz der Anlage transportiert werden. Während der Verbrauchsspitzen und ebenfalls während des Austauens und Wiederinbetriebsetzens kann die gespeicherte Flüssigkeit verdampft und an die Verbraucherleitung abgegegeben werden, um diesen Anforderungen gerecht zu werden, welche die Erzeugung der Anlage übersteigen, damit eine ununterbrochene Abgabe von Sauerstoff gewährleistet ist.

Das Austauen erfolgt in nachstehend beschriebener Weise: Zunächst werden die Abzugsventile 184 und 185 geöffnet, um den Hauptkondensator 131 bzw. den Kessel am unteren Ende der unteren Kolonne 129 zu entleeren. Dann wird die obere Rektifikationskolonne mit reiner Luft abgetaut, wobei die Austauluft in den Regeneratoren im Wärmeaustausch mit flüssigem Sauerstoff aus einem Speicherbehälter geführt und dann direkt zur oberen Kolonne geleitet wird. Zu diesem Zweck wird das Ventil 198 in der Leitung 119 geschlossen, um den Arbeit leistenden Expansionskreis zu isolieren, und die Ventile 202, 186, 145 und 147 werden geschlossen, um die Hochdruck- oder untere Rektifizierkolonne 129 zu isolieren. Die Ventile 187 und 200 in den Leitungen 188 bzw. 192 werden geöffnet, damit eintretende Luft durch den Aufwärmer 189 und dann durch die Leitung 192 zur Kammer 131 a des Aufkochers 131 der oberen Kolonne geleitet wird. Das Ventil 171 α in der Leitung 171 wird geöffnet, das Ventil 181 in der Leitung 180 wird geöffnet, und das Ventil 172 in der Leitung 171 wird geschlossen gehalten, um die Abgabe von flüssigem Sauerstoff aus dem Behälter 170 in die Sauerstoffdurchlässe 110 der Regeneratoren 102 und 104 über die Leitung 126 für das Sauerstoffprodukt zu bewirken. Das Ventil 126α in der Leitung 126 wird geschlossen, um während dieser Zeit einen Überschuß von flüssigem Sauerstoff in dem Aufkocher 131 zu verhindern. Das Abzugsventil 154 a in der Leitung 154 für den ausströmenden Sauerstoff und das Abzugsventil 199 in der Leitung 115 werden geöffnet, um die Abgabe von gebrauchter aufgewärmter Luft zu erlauben.

In die Anlage durch die Leitung 15 eintretende Luft wird durch das normalerweise offene Ventil 197 an die Umkehrventile RV abgegeben, welche die Luft durch die Regeneratoren 102 und 104 führen, und

ίο zwar entweder abwechselnd oder parallel. Diese Luft wird durch Kühlung, die von dem durch die Durchlässe 110 geführten gespeicherten Sauerstoff gewonnen wird, gekühlt und gereinigt. Hierbei ist zu bemerken, daß während dieses Wärmeaustausches der flüssige Sauerstoff verdampft wird und über eine Auslaßleitung 110 a in eine Verbraucherleitung abgegeben werden kann. Die gekühlte und gereinigte Luft, die aus den kalten Enden der Regeneratoren in die Leitung 122 austritt, strömt durch die Leitung 188 zum Aufwärmer 189, wo sie erhitzt wird, bevor sie in den Aufkocher 131 und die obere Kolonne 130 über die Leitung 192 abgegeben wird. Die wärmende Luft strömt durch die obere Rektifikationskolonne und tritt durch das Abzugs ventil 184, die Turbinenauslaß leitung 115 und die Leitung 154 für ausströmenden Stickstoff aus, wobei die Luft aus der Leitung 115 durch das offene Abzugsventil 199 und aus der Leitung 154 durch das offene Abzugsventil 154 a nach dem Durchgang durch den Wärmeaustauscher 149 für ausströmenden Stickstoff abgegeben wird. Wenn die obere Kolonne die Abtautemperatur erreicht hat, werden die Förderventile 145 und 147 in den Leitungen 144 und 146 eine kurze Zeit geöffnet, damit Aufwärmluft durch diese Ventile und Leitungen zwecks Entfernung irgendwelcher Luftverunreinigungen, die während des normalen Arbeitsablaufes abgeschieden wurden, zurückgeblasen wird. Die Abtauluft, welche durch die untere Kolonne strömt, wird aus dem offenen Abzugsventil 185 ausgeblasen.

werden dann durch Schließen der Ventile 115 a in der Turbinenauslaßleitung 115, der Förderventile 145 und 147, der Abzugsventile 184 und 154 a, des Ventils 204 a in der Leitung 204, welche die Turbinenaustrittsleitung mit der Leitung für den ausströmenden Stickstoff verbindet, und des Ventils 200 in der Leitung 192 isoliert. Die untere Kolonne 129 und die Hochdruckseite des Aufkochers können dann mit reiner Luft oder mit unbehandelter atmosphärischer Luft abgetaut werden. Wenn erstere verwendet werden soll, wird das Ventil 202 in der Leitung 203, welche die Leitung 192 mit der unteren Kolonne verbindet, geöffnet, damit erwärmte Luft vom Aufwärmer 189 über die Leitungen 192 und 203 bei der Fläche 132 in die untere Kolonne strömen kann. Nach dem Durchgang durch die untere Kolonne wird die Austauluft durch das offene Abzugsventil 185 abgegeben. Wenn die untere Kolonne Abtautemperatur erreicht, wird sie durch Schließen der Ventile 185, 187 und 202 abgeschlossen.

Wenn abweichend hiervon die untere Kolonne mit unbehandelter atmosphärischer Luft wie in Fig. 1 abgetaut wird, wird sie gleichzeitig mit den übrigen Bauteilen abgetaut, wie es bereits zuvor beschrieben wurde.

In entsprechender Weise wird der Strom des flüssigen Sauerstoffs vom Behälter 170 zu den Regeneratoren nun durch Schließen des Ventils 171 α in der Leitung 171 unterbrochen. Während dieser letzten Austauphase wird das normalerweise offene Ventil 197 in der Speiseleitung 15 geschlossen und das Ventil 190

Die abgetaute obere Kolonne und der Aufkocher

15 16

in der Leitung 190 a, die von der Leitung 15 zum Ein- Luft in einer Weise unterbrochen wurde, welche der laß des Aufwärmers 189 führt, geöffnet, um eintre- normalen Arbeitsweise gleich ist. Die Abkühlluft tritt tende Luft zunächst in den Aufwärmer zu leiten. Das aus den Regeneratoren durch Umkehrventile RV am Ventil 195 in einer Leitung 196, welche den Auslaß kalten Ende und die Leitung 150 aus. Auf diese Weise des Aufwärmers mit den Umkehrventilen RV an den 5 wird die eintretende Luft, die in den Regeneratoren warmen Enden der Regeneratoren verbindet, wird ge- durch Kühlen und Abscheidung von Verunreinigungen öffnet, um den Durchtritt von unbehandelter atmo- gereinigt und anschließend beim Abkühlen der Adsphärischer Luft durch die Regeneratoren 102 und 104 Sorptionseinrichtung am kalten Ende erwärmt wurde, entweder abwechselnd oder parallel zu bewirken. Das dann durch Arbeit leistende Expansion erneut gekühlt, Ventil 198 in der Turboexpansionsleitung 119 wird 10 bevor sie durch die obere Kolonne und zurück durch geöffnet, und bei geschlossenen Ventilen 115 σ, 186, die Regeneratoren strömt. Dieses Verfahren beschleu-187 und 204 α strömt Aufwärmluft von den Regenera- nigt die Abkühlung dieser Bauteile der Anlage außertoren 102 und 104 durch die Adsorptionseinrichtung ordentlich und wird durch die anfängliche Reinigung 123 am kalten Ende, die eingebetteten Schlangen 118 der eintretenden Luft unter Verwendung des gespei- und den Turboexpander 116, bevor sie durch das Ven- 15 cherten flüssigen Sauerstoffs ermöglicht, da keine Getil 199 austritt. Wenn die Adsorptionseinrichtung am fahr besteht, daß Verunreinigungen mit der Abkühlkalten Ende eine Temperatur erreicht hat, die aus- luft in die obere Kolonne getragen werden. Der reichend hoch ist, um die Regenerierung des Adsorp- Durchgang von turboexpandierter Luft direkt durch tionsmittels zu bewirken, ist das Austauen beendet. die obere Kolonne, anstatt diese im ersten Abschnitt

In dem Fall, wo warme unbehandelte Luft zum Ab- 20 des Inbetriebsetzens um die Kolonne herumzuleiten,

tauen der unteren Kolonne verwendet wird, wird das trägt ebenfalls zur Verkürzung der Zeit des Inbetrieb-

Ventil 202 a in der Leitung 203 während dieser letzten setzens bei.

Phase des Austauens geöffnet, um einen Teil der er- Anstatt die Luft zum Inbetriebsetzen, die aus der

wärmten Luft aus dem Aufwärmer 189 durch die Lei- Adsorptionseinrichtung 123 am kalten Ende austritt,

tung 192 und 203 in die untere Kolonne 129 zu füh- 25 zur Turbine 116 zu leiten, kann ein kleinerer Teil

ren. Wenn die Ventile 186 und 187 geschlossen und durch das Ventil 186 in der Leitung 122 zur oberen

das Ventil 185 geöffnet ist, strömt warme Luft ab- Kolonne 129 geführt werden, um diese abzukühlen. In

wärts durch die untere Kolonne und wird aus dem diesem Fall wird das Gas zum Inbetriebsetzen der

Abzugsventil 185 ausgeblasen. unteren Kolonne durch die Ventile 145 und 147 in den

Um die Anlage wieder auf Betriebstemperatur zu 30 Förderleitungen 144 bzw. 146 für den Hochdruckbringen, kann der gespeicherte flüssige Sauerstoff be- stickstoff und Kessel zur oberen Kolonne geführt, nutzt werden, um eintretende Luft während der ersten Dort vereinigt sie sich mit dem Gas zum Inbetrieb-Phase des Inbetriebsetzens zu reinigen, so daß die setzen aus dem Turboexpander und wird mit diesem ausgetauten und gereinigten Bauteile nicht mit Ver- zusammen über die Leitung 154 abgegeben,
unreinigungen aus der warmen Luft zum Inbetrieb- 35 Wenn die Adsorptionseinrichtung 123 am kalten setzen verschmutzt werden. Demgemäß werden die Ende auf Betriebstemperatur gekühlt wurde, ist die Ventile 171 α und 181 wieder geöffnet, um flüssigen erste Phase des Inbetriebsetzens beendet, und der Sauerstoff aus dem Behälter 170 in die Leitung 126 Strom des flüssigen Sauerstoffs aus dem Behälter 170 für ausströmenden Sauerstoff zu leiten, durch den durch die Leitung 126 für das Sauerstoffprodukt kann Durchgang durch die Durchlässe 110 an den Regene- 40 durch Schließen des Ventils 171a unterbrochen werratoren 102 und 104. Inzwischen wurde der Auf- den. Ein Teil der Luft zum Inbetriebsetzen aus der wärmerkreis durch Schließen des Ventils 190, der Einrichtung 123 kann dann zur unteren Kolonne gelei-Ventile 195 und 202 (Ventil 187 war schon geschlos- tet werden, um diese in der im letzten Absatz beschriesen) ebenfalls geschlossen. Sobald der flüssige Sauer- benen Weise abzukühlen. Wenn bereits Luft zur untestoff die Regeneratorbettung auf Betriebstemperatur 45 ren Kolonne geführt wurde, dann wird das Verhältnis gekühlt hat, wird das Ventil 197 für die Zufuhr ver- dieser Luft mit Bezug auf die dem Turboexpander dichteter Luft wieder geöffnet, und verdichtete Luft zugeführte Luft erhöht.

wird in das warme Ende der Regeneratoren wie bei Durch die aus der Arbeit leistenden Expansion in normalem Betrieb eingeführt. Die Luft wird beim der Turbine 116 und durch Drosseln der Kaltluft in Durchgang durch die Regeneratoren gekühlt und ge- 50 den Förderleitungen 144 und 146 gewonnene Kühlreinigt und wird dann durch die Adsorptionseinrich- wirkung wird allmählich mit Sauerstoff angereicherte tung 123 am kalten Ende geleitet. Wenn das Ventil Flüssigkeit erzeugt. Gegebenenfalls sammelt sich 198 noch geöffnet und das Ventil 186 noch geschlossen Flüssigkeit auf der Außenseite der Kondensatorröhren ist. wird die gesamte Luft an die Turbine 116 über 133 des Hauptkondensators und kondensiert den stickdie Leitung 119 und die Schlangen 118 abgegeben. Für 55 stoffreichen Dampf in den Röhren 133. Wenn richtige diese Phase des Inbetriebsetzens wird der Abzug 199 Umlaufgeschwindigkeiten in den Rektifikationskolonwieder geschlossen, und das Ventil 115 σ wird wieder nen bestehen, kann das Ventil 126 a in der Leitung 126 geöffnet, damit durch Arbeit leistende Expansion in für das Sauerstoffprodukt wieder für den normalen der Turbine 116 gekühlte Luft durch die Leitung 115 Betrieb geöffnet werden.

in die obere Kolonne 130 zum Kühlen der letzteren 60 Die Bildung von Rücklaufflüssigkeiten kann wäh-

geleitet wird. rend der zweiten oder letzten Phase des Wiederinbe-

Dies erwärmte Gas tritt aus der Leitung 154 für den triebsetzens beschleunigt werden, indem flüssiger ausströmenden Stickstoff aus und gelangt in die Rege- Sauerstoff aus dem Speicherbehälter 170 zur Sauerneratoren durch die Rückschlagventile 15 α am kalten stoffseite 131 α des Hauptkondensators geführt wird. Ende, wo seine restliche Kühlwirkung auf die ein- 65 Zu diesem Zweck können die Ventile 172 und das Ventretende Luft übertragen wird. Die in einem Rege- til 171 α in der Leitung 171 geöffnet und das Ventil nerator während des Luftstromes durch diesen abge- 181 in der Leitung 180 geschlossen werden, um die schiedenen Verunreinigungen werden durch ausströ- Abgabe von flüssigem Sauerstoff an den Kondensator mende Abkühlluft herausgefegt, welche durch ihn hin- zu bewirken. Diese Flüssigkeit beginnt den stickstoffdurchströmt, nachdem der Strom der eintretenden 70 reichen Dampf in den Röhren 133 beinahe sofort zu

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kondensieren, wodurch Rücklaufflüssigkeit für die untere Kolonne viel schneller erzeugt wird, als wenn die alleinige Kühlwirkung durch Arbeit leistende Expansion und den Joule-Thomson-Effekt, der sich durch Drosseln in den Förderleitungen 144 und 146 ergibt, erzeugt wird. Das Ventil 126 α wird wieder geöffnet, und verdampfter Sauerstoff strömt aus der Anlage durch die Leitung 126 für das Sauerstoffprodukt und die Durchlässe 110 hinaus. Die übersteigenden Anforderungen an die Kühlung können durch Mssigen Sauerstoff aus dem Speicherbehälter gedeckt werden, bis die Anlage vollständig abgekühlt ist und die Turbine für ausreichende Kühlung sorgt.

Obgleich diese Verfahren zum Austauen und Wiederinbetriebsetzen in Verbindung mit von außen zügeführtem Sauerstoff beschrieben wurden, versteht es sich jedoch, daß auch flüssiger Stickstoff oder flüssige Luft verwendet werden könnte. Wenn beispielsweise an Stelle des flüssigen Sauerstoffs flüssiger Stickstoff verwendet werden würde, so würde er während der ersten oder Luftreinigungsphase des Austauens durch die gesonderte Leitung 19 der Fig. 1 oder 110 der Fig. 2 geleitet werden und als unverschmutztes gasförmiges Produkt wiedergewonnen werden. Das gleiche Verfahren könnte während der ersten Phase des Inbetriebsetzens angewendet werden. In der Endphase des Inbetriebsetzens kann Stickstoff in die Leitung 42 der Fig. 1 oder die Kondensatorhaube 131 b der Fig. 2 zugeführt werden, wobei ein Teil als Rücklaufmittel für die untere Kolonne dienen kann und der Rest durch die Stickstofförderleitung zur oberen Kolonne geführt wird. Wenn flüssige Luft benutzt wird, könnte sie in der gleichen Weise, wie zuvor für flüssigen Stickstoff beschrieben, behandelt werden, außer daß sie während der Endphase des Inbetriebsetzens in irgendeine der Luftzufuhrleitungen für die untere Kolonne, den Kessel der unteren Kolonne oder die Förderleitung für die mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit eingeführt werden könnte.

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Claims

Patentansprüche:

1.Verfahren zur Zerlegung eines Gasgemisches bei niedriger Temperatur durch Rektifikation, bei welchem während des normalen Arbeitsablaufes in einer Rektifikationszone zu rektifizierendes Gas vor seiner Abgabe an die Rektifikationszone gekühlt und gereinigt wird, indem es in einer Richtung durch eine Wärmeaustauschzone geleitet wird, welche durch ein durch diese Zone in entgegengesetzter Richtung hindurchströmendes austretendes Produkt gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Flüssigkeit von einer Menge gespeicherter Flüssigkeit, die eine Zusammensetzung ähnlich einer der Flüssigkeiten der Rektifikation besitzt, während der nicht normalen Zeiträume des Arbeitsablaufes unmittelbar durch die Wärmeaustauschzone in der gleichen Richtung wie das bei normalem Arbeitsablauf ausströmende Produkt geführt wird, um eintretende Gase zu kühlen und zu reinigen, welche durch diese Wärmeaustauschzone geleitet werden, und daß das durch diese Wärmeaustauschzone gereinigte Gas zur Konditionierung der Rektifikationszone verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gespeicherte Flüssigkeit in der Wärmeaustauschzone verdampft wird und daß die verdampfte Flüssigkeit der Verbraucherleitung zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem Flüssigkeit von einer Menge gespeicherter Flüssigkeit mit einer Zusammensetzung ähnlich einer der Flüssigkeiten der Rektifikation während des normalen Arbeitsablaufes der Rektifikationszone zugeführt wird, wo die Flüssigkeitszusammensetzung ähnlich derjenigen der Flüssigkeitsmenge ist, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die ausreicht, um die Kühlung auf niedrige Temperatur zu liefern, welche zusätzlich zu der von den austretenden Produkten gewonnenen erforderlich ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit, welche durch die Wärmeaustauschzone während der Zeiträume geführt wird, die anders als der normale Arbeitsablauf sind, von der gleichen Menge der gespeicherten Flüssigkeit abgeleitet wird, die verwendet wird, um der Rektifikationszone während des normalen Arbeitsablaufes Flüssigkeit zuzuführen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welchem die Rektifikation in zwei Stufen ausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die gespeicherte Flüssigkeit zu Beginn der Austauperiode durch die Wärmeaustauschzone geleitet wird, während der Strom des eintretenden Gases durch diese Zone aufrechterhalten wird, daß weiter das gekühlte und gereinigte eintretende Gas erwärmt und durch die Niederdruckrektifikationsstufe geleitet wird, um letztere auf Abtautemperatur zu erwärmen, daß anschließend der Strom des erwärmten Gases durch die Niederdruckrektifikationsstufe und der Strom der gespeicherten Flüssigkeit durch die Wärmeaustauschzone unterbrochen werden und daß schließlich ein vorgewärmter Gasstrom durch die Wärmeaustauschzone und die Hochdruckrektifikationsstufe geleitet wird, bis letztere abgetaut ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem die bei höherer Temperatur kochende Komponente der Rektifikation durch einen Adsorptionskörper in der Aufkocherbahn der Rektifikationszone hindurchgeht, dadurch gekennzeichnet, daß gereinigtes und erwärmtes Gas durch die Rektifikationszone geleitet wird, bis der Adsorptionskörper regeneriert ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß restliche Verunreinigungen aus dem gekühlten und gereinigten Gas entfernt werden, indem letzteres durch einen Adsorptionskörper geleitet wird, bevor es erwärmt und an die Niederdruckrektifikationsstufe abgegeben wird, und daß beim Unterbrechen des Stromes von gereinigtem und erwärmtem Gas durch die Niederdruckrektifikationsstufe und des Stromes von gespeicherter Flüssigkeit durch die Wärmeaustauschzone ein vorgewärmter Gasstrom ebenfalls durch den Adsorptionskörper geleitet wird, bis letzterer regeneriert ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gespeicherte Flüssigkeit durch die Wärmeaustauschzone am Ende der Austauperiode hindurchgeleitet wird und daß das gekühlte und gereinigte Gas durch den Adsorptionskörper und die Rektifikationsstufe geführt wird, um den Körper und die Rektifikationszone auf Betriebstemperatur zu kühlen.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Austauperiode gespeicherte Flüssigkeit zunächst durch die Wärmeaustauschzone in der gleichen Richtung wie das austretende Produkt während des normalen Betriebs strömt, um durch die Wärmeaustauschzone geleitetes ein-

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tretendes Gas zu kühlen und zu reinigen, daß weiter das gekühlte und gereinigte Gas durch die Hochdruckrektifikationsstufe umläuft, jedoch von der Niederdruckrektifikationsstufe ausgeschlossen wird, daß es ferner auf einen niedrigen Druck gedrosselt und vor dem Austritt durch die Wärmeaustauschzone zwecks zusätzlicher Kühlung und Reinigung des eintretenden Gases geleitet wird, daß außerdem die Kühlung des eintretenden Gases mit der gespeicherten Flüssigkeit unterbrochen wird, wenn die Wärmeaustauschzone und die Hochdruckrektifikationsstufe ihre Betriebstemperatur erreichen, daß anschließend die Kühlwirkung der gespeicherten Flüssigkeit benutzt wird, um Gas in der Hochdruckrektifikationsstufe zu kondensieren, um eine saubere Rücklaufflüssigkeit für diese zu schaffen, daß überdies die Produkte der Hochdruckrektifikationsstufe nach dem Drosseln zur Niederdruckrektifikationsstufe geleitet werden und daß schließlich die Rektifikationsprodukte aus der letztgenannten Stufe abgezogen und durch die Wärmeaustauschzone geleitet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welchem die Rektifikation in zwei Stufen ausgeführt wird und bei welchem während der Zeiträume des normalen Arbeitsablaufes Kühlung durch Expansion bei Erzeugung von äußerer Arbeit eines Teils des eintretenden Gases bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß am Schluß der Austauperiode gekühltes und gereinigtes Gas aus der Wärmeaustauschzone unter Arbeitsleistung expandiert wird, durch die Niederdruckrektifikationsstufe umläuft und vor seinem Austritt durch die Wärmeaustauschzone strömt, daß weiter die Kühlung des eintretenden Gases mit gespeicherter Flüssigkeit unterbrochen wird, wenn das Gas stromaufwärts der Arbeit leistenden Expansion Betriebstemperatur erreicht, daß ferner ein Teil des eintretenden Gases vor der Arbeit leistenden Expansion zur Hochdruckrektifizierstufe geleitet wird, um letztere zu kühlen, daß außerdem die Produkte der Hochdruckrektifikationsstufe gedrosselt und zur Niederdruckrektifikationsstufe geführt werden und daß schließlich die Rektifizierprodukte aus der Niederdruckrektifikationsstufe abgezogen und durch die Wärmeaustauschzone geleitet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlwirkung der gespeicherten Flüssigkeit benutzt wird, um Gas in der Hochdruckrektifikationsstufe zwecks Schaffung einer Rücklaüfflüssigkeit für diese zu kondensieren, nachdem die Kühlung des eintretenden Gases durch diese Flüssigkeit unterbrochen wurde.

11. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welchem die Rektifikation in zwei Stufen durchgeführt wird und bei welchem während der Zeiträume des normalen Arbeitsablaufes Kühlung durch Expansion bei Erzeugung äußerer Arbeit eines Teils des eintretenden Gases bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß am Schluß der Austauperiode ein Teil des gekühlten und gereinigten Gases aus der Wärmeaustauschzone durch die Hochdruckrektifikationsstufe geleitet wird und dann nach dem Drosseln durch die Niederdruckrektifikationsstufe sowie vor dem Austreten durch die Wärmeaustauschzone, daß weiter die Kühlung der eintretenden Luft mit gespeicherter Flüssigkeit unterbrochen wird, wenn das Gas stromaufwärts der Arbeit leistenden Expansion Betriebstemperatur erreicht, daß ferner ein größerer Teil der eintretenden Luft vor der Arbeit leistenden Expansion zur Hochdruckrektifikationsstufe geleitet wird, um letztere zu kühlen, und daß schließlich die Rektifikationsprodukte aus der Hochdruckstufe abgezogen und durch die Wärmeaustauschzone geleitet werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 663 168, 2 664 718.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen