DE2239000A1

DE2239000A1 - Verfahren und anlage zur oxydation eines oxydierbaren materials, insbesondere eines kohlenwasserstoffes

Info

Publication number: DE2239000A1
Application number: DE2239000A
Authority: DE
Inventors: Jean-Renaud Brugerolle; Pierre Petit
Original assignee: Air Liquide SA
Current assignee: Air Liquide SA
Priority date: 1971-08-10
Filing date: 1972-08-08
Publication date: 1973-02-22
Also published as: IT987562B; GB1403996A; US3833477A; JPS4826667A; JPS5513779B2; FR2148903A5; CA992478A

Description

' ο _u . ., _w.„ _+u 223900Q

Dr. Hans-Heinrich Willrath d-₆₂ Wiesbaden ₇._Aug.₁₉₇2

Df. Dieter Weber Postfachs i/_ep

Dipl.-Phys. Klaus beiftert * <^061£«³⁷²⁷²⁰

^r ^J Telegrammiidressei WILLPATENT

PATENTANWÄLTE . ■

Serie 1931

L¹AIr Liquide

Societe Anonyme pour I¹Etude et I¹Exploitation des Procedes Georges Claude, 75, Quai d'Orsay, 75 Paris 7^e / Frankreich

Verfahren und Anlage zur Oxydation eines oxydierbaren Materials,

insbesondere eines Kohlenwasserstoffes

Priorität; v.10.August 1971 in Frankreich Anm.No.: EN 71 29 152

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung von Oxydationen, und zwar insbesondere für eine Oxydation biochemischer Art, wie sie vor allem während einer aeroben Fermentierung eines Kohlenwasserstoffes, z.B. Petroleum, zwecks Gewinnung von Proteinen auftritt.

Bei zahlreichen industriellen Oxydationen ist man zwecks Steigerung der spezifischen Produktion der entsprechenden Anlage veranlaßt, Luft mit Sauerstoff anzureichern, um die Oxydation mit einem sauerstoffreicheren Gemisch als die Umgebungsluft zu bewirken. In Betracht kommt angereicherte Luft oder praktisch reiner Sauerstoff. 309808/1201 -2-

Postsdieck: F«nltfurt/M»ln 0763 Bank: Dresdner Bank AG. WIejbaden, Konto-Nr. Ϊ76807

Wenn die Oxydation des mit Hilfe des oxydierenden Gemisches oxydierbaren Materials unvollständig ist, erhält man zwangsläufig am Ende der Oxydation ein Restgemisch, das nicht umgesetzten Sauerstoff, schwereißVerunreinigungen als Sauerstoff

aus der Oxydation, z.B. Kohlendioxyd, leichte Verunreinigungen, die flüchtiger sind als Sauerstoff» im voraus in dem oxydierbaren Gemisch vorlagen und an der Oxydation nicht teilgenommen haben, wie im allgemeinen inerte Gase aus der Luft, z.B. Stickstoff oder Argon, enthält. Wenn das Restgemisch an Sauerstoff reicher ist als Luft, verlangt die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens im allgemeinen, daß dieses Gemisch zum Eintritt des Oxydationsreaktors zurückgeleitet wird. Man ist also einerseits gezwungen, das Restgemisch im voraus von schweren Verunreinigungen zu befreien, aber andererseits reichert sich der Kreislaufstrom zwangsläufig im Verlauf der Zeit mit inerten Gasen an. Zur Beseitigung dieser Unannehmlichkeit können daher zwei Lösungen angenommen werden. Einerseits kann man mit periodischen Spülungen des Kreislaufgases arbeiten; diese führen zwangsläufig zu erheblichen Sauerstoffverlusten. Andererseits kann man Sauerstoff in sehr reiner Form erzeugen, um eine merkliche Einführung von inerten Gasen in den Kreislaufstrom auszuschalten; in diesem Fall wird der entsprechende Energieaufwand rasch prohibitiv.

Die biochemische Oxydation eines Kohlenwasserstoffes, wie sie bei seiner aeroben Vergärung zwecks industrieller Produktion von Proteinen auftritt, gestattet, diese Überlegungen zu erläutern. In diesem Fall bläst man ein oxydierendes Gemisch,

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wie im allgemeinen Luft, in ein Reaktionsgefäß, das ein den Kohlenwasserstoff aufweisendes Gärbad enthält. Der Sauerstoff wird nicht vollständig verbraucht, und am Austritt des Reaktors fängt man ein Restgemisch auf, das Sauerstoff, der nicht zur Oxydation des Kohlenwasserstoffes beigetragen hat, schwere Verunreinigungen, die weniger flüchtig sind als Sauerstoff und im Verlauf der Oxydation erzeugt wurden, wie Kohlendioxyd, leichte flüchtigere Verunreinigungen als Sauerstoff, die im oxydierenden Gemisch schon zuvor vorhanden waren und an der Oxydation nicht teilgenommen haben, wie Stickstoff und Argon, aufweisti Die Fabrikation von Proteinen durch Fermentierung oder Gärung erfordert im allgemeinen sehr erhebliche Sauerstoff mengen; beispielsweise verbraucht eine 100 000 Jahrestonnen erzeugende Anlage ungefähr 20 000 Nm Sauerstoff in der Stunde. Zwecks Steigerung der spezifischen Produktion einer Anlage zur Proteinfabrikation ist man somit veranlaßt, ein oxydierendes Gemisch zu benutzen, das an Sauerstoff reicher als die Umgebungsluft ist, wie wesentlich mit Sauerstoff angereicherte Luft oder praktisch reiner Sauerstoff. Beispielsweise gestattet die Benutzung von reinem Sauerstoff die Verdreifachung der Produktionsleistung eines Reaktors. In dem Fall, wo die Anlage eine sehr große Sauerstoffmenge verbraucht, ordnet man daher in der Nähe der Proteinerzeugungsanlage eine Luftanreicherungsanlage an, um das passende oxydierende' Gemisch, nämlich angereicherte Luft oder praktisch reinen Sauerstoff, zu erzeugen. Letztere Anlage kann einen Teil aufweisen, der gestattet, die eintretende Luft mindestens teilweise von mindestens einem schweren Bestandteil,der weniger flüchtig ist

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als Sauerstoff (Decarbonisierung und Entwässerung), zu reinigen. Die Anlage kann außerdem einen Teil aufweisen, der gestattet, die gereinigte Luft zu fraktionieren, um von der Luft zumindesens teilweise wenigstens einen leichten flüchtigeren Bestandteil als Sauerstoff (Stickstoff und Argon) abzutrennen. Da lediglich die Hälfte des in dem oxydierenden Gemisch verfügbaren Sauerstoffes durch die Fermentierung verbraucht wird, wenn das Restgemisch reicher an Sauerstoff als Luft ist, verlangt daher die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens, daß dieses zum Eintritt des Reaktors recycliert wird. Dadurch wird außer der Reinigung des Restgemisches von schweren Verunreinigungen (im wesentlichen Decarbonisierung) bedingt, daß die leichten Verunreinigungen, die in den Rücklaufkreis durch das oxydierende Gemisch eingeführt werden, beseitigt werden. Wenn man mit periodischen Spülungen des Kreislaufstromes arbeitet, muß man den Verlust großer Sauerstoffmengen in Kauf nehmen; bei einem oxydierenden Gemisch, enthaltend 99 % Sauerstoff und 1 % inerte Gase, muß man an den Kreislaufstrom periodisch eine Strömungsmenge, entsprechend 10 % der Strömungsmenge des oxydierenden Gemisches,ausspülen, welche aus der Anreicherungsanlage austritt, um einen Gehalt des recyclierten Restgemisches von ungefähr 90 % Sauerstoff zu bewahren.

Im Rahmen einer unvollständigen Oxydation eines oxydierbaren Materials mit einem oxydierenden Gemisch, das beträchtlich reicher an Sauerstoff als die Umgebungsluft ist, wobei ein zur Oxydation recycliertes Restgemisch erzeugt wird, hat die l-jrfindung sich die Aufgabe gestellt, ein Mittel zu finden, um

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in einfacher Weise eine Verunreinigung zu beseitigen, die in dem Restgemisch enthalten ist und dazu neigt, sich im Laufe der Zeit in dem Kreislaufstrom anzureichern.

Die Erfindung sieht daher ein Verfahren zur Oxydation eines oxydierbaren Materials vor, bei dem man ein Sauerstoff enthaltendes Gasgemisch an Sauerstoff anreichert, um ein Oxydationsgemisch zu erhalten, und bei dem man das oxydierbare Material unter unvollständigem Verbrauch des oxydie.~renden Gemisches oxydiert und ein Restgemisch erhält, das mindestens eine Verunreinigung enthält. Gemäß der Erfindung vereinigt man mindestens einen Teil des Gasgemisches vor seiner Anreicherung mit mindestens einem Teil des Rsstgemisches und entfernt die betreffende Verunreinigung wenigstens teilweise während dieser Anreicherung. Gemäß der Erfindung recycliert man also das Restgemisch zum Eingang der Erreicherungsanlage. Die Erfindung gestattet daher, die Anreicherungsanlage zur mindestens teilweisen Abtretung dieser Verunreinigung und dessen selektiver Beseitigung aus dem Kreislaufstrom auszunutzen, ohne merkliche Sauerstoffmengen zu verlieren.

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Gemäß der Erfindung wird es also mffiglich, ein oxydierendes Gemisch zu benutzen,dessen Sauerstoffgehalt beispielsweise zwischen 95 und 100 % liegen kann, wobei man die periodischen Ausspülungen des Kreislaufstromes völlig ausschaltet.

Unter Äuerstoffanreicherung des Sauerstoff enthaltenden Gasgemisches ist jedes Verfahren zu verstehen, das es gestattet, ein wesentlich an Sauerstoff angereichertes (z.B. angereicherte Luft) oder sogar völlig an Sauerstoff angereichertes oxydierendes Gemisch (praktisch reinen Sauerstoff) zu erhalten. Die Erfindung ist ersichtlich nicht auf eine gegebene Art der Anreicherung beschränkt. Im allgemeinen handelt es sich jedoch um eine Anreicherung durch Fraktionierung. In diesem Falle verei

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nigt man mindesten einen Teil des Gasgemisches vor seiner
Fraktionierung mit mindestens einem Teil des Restgemisches
und trennt gleichzeitig während der Fraktionierung wenigstens teilweise zu mindestens eineni anderen Bestandteil des
Gasgemisches als den Sauerstoff ab und entfernt diese Verunreinigung zumindestens teilweise. Mehrere Fraktionierweisen
des Gasgemisches können in Betracht gezogen werden. Zunächst
einmal kann es sich um ein Fraktionierverfahren durch Adsorption handeln, wie beispielsweise die Erzeugung angereicherter Luft durch Adsorption. Es kommt aber auch ein Fraktionierverfahren durch Permeierung in Betracht. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich um eti Fraktionierverfahren durch mindestens teilweise Verflüssigung des Gasgemisches und Rektifizierung des kondensierten Gasgemisches.

Bevor man das Gasgemisch fraktioniert,um es an Sauerstoff anzureichern, sieht man im allgemeinen eine vorgeschaltete zumindest teilweise Reinigung von mindestens einem anderen der Gemischbestandteile als Sauerstoff vor. In diesem Fall vereinigt man gemäß der Erfindung mindestens einen Teil des Gasgemisches vor seiner Reinigung mit mindestens ,einem Teil des Restgasgemisches, und entfernt mindestens teilweise eine andere Verunreinigung des Restgemisches während dieser Reinigung. Gemäß der
Erfindung recycliert man daher das Restgeinisch zum Eingang der Peinigungsanlage, und in diesem Fall gestattet die Erfindung, zur selben Zeit die Fraktionieranlage und die Reinigungsanige der Anreicherung zu benutzen, um das Restgasgemisch von einer oder mehrarnn seiner Verunreinigungen zu befreien.

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In diesera Fall ist die Erfindung ersichtlich nicht auf eine gegebene Reinigungsart beschränkt. Die Reinigung kann durii Adsorption, Absorption,auf kühltechnischem Wege usw.»erfolgen. Im letzteren Fall geht das in die Anreicherungsanlage eintretende Gasgemisch zum Kontakt mit einer kalten Oberfläche (Metallspeichermasse eines Regenerators oder Metallband eines reversiblen Austauschers), aus welcher der Bestandteil des eintretenden zu reinigenden Gasgemisches und die andere Verunreinigung des Restgemisches gleichzeitig kondensiert und selektiv beseitigt werden.

Die Erfindung ist auch nicht auf eine bestimmte Art der Verunreinigung des Restgemisches beschränkt. Sie ist anwendbar auf jedes Oxydationsverfahren/ gleichgültig welcher Natur diese Verunreinigungen sind oder woher sie stammen. Diese Verunreinigungen können im Verlauf der Oxydation erzeugt werden, wie Kohlendioxyd. Sie können auch durch das den Sauerstoff enthaltende Gasgemisch eingeführt werden und in dem nach Anreicherung erhaltenen oxydierenden Gemisch sowie in dem Restgemisch nach Oxydation des oxydierbaren Materials vorhanden sein, wie inerte Gase der Luft. Sie können flüchtiger als Sauerstoff (Stickstoff, Argon uswj oder weniger flüchtig als Sauerstoff (Kohlendioxyd, Wasser usw) sein. Sie können gleicher Art wie die Verunreinigungen des in die Anlage eintretenden Gasgemisches sein, wie z.B. bei Luft aus Kohlendioxyd, Stickstoff, Argon usw., bestehen.

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Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Art des sauerstoffhaltigen Gasgemisches beschränkt« im allgemeinen handelt es sich aber natürlich um atmosphärische Lufto Falls das Restgemisch mindestens eine leichtere und eine schwere Verunreinigung enthält, vereinigt man vorzugsweise mindestens einen Teil der Luft vor ihrer Reinigung und Fraktionierung mit mindestens einem Teil des Restgemisches und beseitigt anschließend aus der Mischung von Luft und Restgemisch mindestens einen schweren Bestandteil (z.B. Kohlendioxyd\ der weniger flüchtig als Sauerstoff ist, bzw. die schwere Verunreinigung, und man fraktioniert die Luft und das Restgemisch in Mischung miteinander und gereinigt, um einen leichten Bestandteil (s«B. Stickstoff oder Argon)₍ der flüchtiger als Sauerstoff ist, aus der Luft, und die schwere Verunreinigung (z.B. Stickstoff oder Argon) aus dem Restgemisch abzutrennen. Vorzugsweise erfolgt die Luftfraktionierung durch Verflüssigung und Rektifizierung bei tiefer Temperatur.

In diesem Fall bietet die Erfindung die folgenden zwei zusätzlichen Vorteile: Wenn die schwere Verunreinigung aus Kohlendioxyd besteht, begünstigt einerseits das Verfahren nach der Erfindung eine Reinigung des Restgemisc tes auf kältetechnischem Wege in Regeneratoren oder reversiblen Austauschern durch Wärmeaustausch zwischen der dem Restgemisch zugesetzten Luft und den gasförmigen und kalten bei der Rektifizierung abgetrennten Produkten. Da das Restgemisch nämlich in der Luft verdünnt ist, wird der Gesamtgehalt an Kohlendioxyd in der Mischunc&von Luft und Restgemisch gegenüber demjenigen des Restgemisches beträchtlich vermindert. Eine kältetechnische Reinigung, die bei

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starken Gehalten an Kohlendioxyd (besonders wegen der Verstopfungsgefahr der Austauscher oder Regeneratoren) unmöglich ist, wird nunmehr durchführbar. Bei einem Restgemisch mit beispielshalber 30 bis 50 % Kohlendioxyd kann dessen Gehalt durch Verdünnung in Luft auf einen Viert zwischen 6 bis 8 % gebracht werden. Dieser letztere Gehalt gestattet eine Reinigung auf kältetechnischem Wege, Es wird also die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens begünstigt, weil eine kältetechnische Reinigung geringere Anlage- und Betriebskosten bedingt, als eine Reinigung durch Absorption.

Wenn die schwere Verunreinigung des Restgemisches aus Kohlendioxyd oder Wasser besteht, gestattet andererseits die Benutzung der Reinigungsanlage der Luft für die Beseitigung dieser Verunreinigung des Restgemisches, die von der Luftreinigung unabhängige Reinigungsanlage völlig fortzulassen, die sonst im Kreislaufstrom erforderlich ist.

Im nachstehenden wird die Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die schematisch eine zweckmäßige Anlage zur Herstellung von Proteinen durch Fermentierung von Erdöl oder einer Erdölfraktion darstellt.

Eine solche Anlage besitzt im wesentlichen einen ersten Teil, worin eine oxydierende Mischung, insbesondere mit Sauerstoff angereichertes Gas oder Sauerstoff einer Rdnheit von mindestens 95 % erzeugt wird, und einen zweiten Teil, worin das oxydierrende Gemisch zur Erzeugung der Proteine verbraucht wird.

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Die nachstehenden Angaben für die Zusammensetzung beziehen sich auf Volumenprozente, die Drücke auf ata (1 ata = 1,013 bar), und die Strömungsmengen auf Nm /h_o

In dem ersten Teil werden 132 400 Hm Luft oder eines geeigneten sauerstoffhaltigen Gasgemisches aus Leitung 1/ Kompressor 2 auf 6 ata verdichtet. Die verdichtete Luft wird dann durch eine Leitung 3 zu einer Batterie aus drei identischen Regeneratoren 4, 7 und 40 beschickt. Am Ausgang des Kompressors 2 wird ein Teil der komprimierten Luft (12 600 Nm ) durch eine Leitung 5 abgezogen, die von der Leitung 3 abzweigt, und dann werden 21 600 Nm Restgemisch, enthaltend 68,1 % Sauerstoff, 2,0 % Stickstoff, 5,0 % Argon und 24,9 % Kohlendioxyd,aus der Leitung 6/ die in die Leitung 3 einmündet, mit der komprimierten Luft vereinigt. Die Herkunft des aus Leitung 6 ankommenden Restgemisches und die Behandlung der durch Leitung 5 abgezweigten Luft werden später noch näher erläutert werden.

Die Regeneratoren 4, 7 und 40 enthalten jeder eine nicht dargestellte Metallmasse, z.B. Aluminiumflachspulen. Nachstehend wird ein Arbeitszyklus eines Regenerators, z.B. des Regenerators 7, beschrieben. Im Anfangszeitpunkt t_Q wird das in der Leitung 3 unter einem Druck Von 6 ata strömende durch die Vereinigung der den Kompressor 2 verlassenden Luft und des durch Leitung 6 zutretenden Restgemisches gebildete Gas durch Leitung 15 zum Kontakt mit der Metallmasse des Regenerators 7

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geschickt. Vom Zeitpunkt t_Q bis zum Zeitpunkt t, werden das Restgemisch und die Luft durch Wärmeaustausch mit der Metallmasse des Regenerators 4 gekühlt, der im vorhergehenden Zyklus vollständig abgekühlt wurde; die Luft und das Restgemisch werden gleichfalls von Kohlendioxyd und Wasser durch Kondensation dieser Verunreinigungen auf der kalten Oberfläche der Metallmasse kondensiert. Im Augenblick t, werden Luft und Restgemisch zur Abkühlung und Reinigung auf den Regenerator 4 umgeschaltet, indem man die Leitung 15 mit der Leitung 16 vertauscht. Gleichzeitig wird im Augenblick t, kalter Stickstoff, dessen Herkunft nachstehend erläutert werden wird, im umgekehrten Sinne zur eintretenden Luft durch Leitung 13 in den Regenerator 7 geschickt. Vom Augenblick t, bis zum Augenblick t„ wird die Metallmasse des Regenerators 7 zum Teil durch Wärmeaustausch mit dem kalten Stickstoff gekühlt, der in Kontakt mit der in diesem Regenerator enthaltenden Metallmasse strömt; mindestens ein Teil des Kohlendioxydes und des Wassers, die während der vorgehenden Phase des Zyklus zwischen t und t, kondensiert worden sind, wird von dem Stickstoffstrom mitgenommen, der dann abgezogen und durch Leitung 8 in die Atmosphäre ausgestoßen wird. Im Augenblick tj unterbricht man die Stickstoffeinführung in den Regenerator 7 und schickt ein oxydierendes Gemisch oder praktisch reinen Sauerstoff, dessen Herkunft nachstehend näher beschrieben werden wird, durch Leitung 12 im entgegengesetzten Sinn zur eintretenden Luft in den Regenerator 7. Vom Augenblick t~ zum Augenblick t₃ erfolgt die Abkühlung der Metallmasse des Regenerators 7 durch Wärmeaustausch nib dem am Kontakt mit der

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darin enthaltenen Metallmasse strömenden kalten Sauerstoff? der restliche Teil an Kohlendioxyd- und Wasserkondensat„ der nicht während der vorhergehenden Phase zwischen t, und t₂ mitgeführt worden ist, wird von dem Sauerstoffstrom mitgenommen, der dann durch Leitung 25 abgezogen wird» Im Augenblick t₃ unterbricht man die Sauerstoffeinführung^ und für den Regenerator 7 kann dann ein neuer Zyklus beginnen. Die Funktionszyklen der Regeneratoren 4 und 7 sind mit dem eben Beschriebenen identisch, aber derjenige des Regenerators 4 beginnt in dem Augenblick t-,„ und derjenige des Regenerators 40 im Augenblick t₂· Die periodischen Wechsel zwischen den Regeneratoren 4, 7 und 40 bedingen zwangsläufig den Verlust von

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ungefähr 17 000 Nm Gas mit 6,9 % Kohlendioxyd. 124 400 Nm der vereinigten Mischung aus Luft und Restgemisch in gereinigtem und durch Abkühlung in den Regeneratoren 4, 7 und 40 teilweise kondensierten Zustande werden anschließend durch Leitung 17 zu einer Doppelkolonne 18 abgezogen, die eine Hochdruckrektifizierkolonne 19 und eine darüber angeordnete Niederdruckrektifizierkolonne umfaßt. Beide Kolonnen stehen mittels eines Kondensator-Verdampfers 41 miteinander im Wärmeaustausch.

."-"'-■ druck.

Vor der Einführung in die Nieder . Kolonne 19 werden 7 950 Nm Mischung aus Luft und Restgemisch von der folgenden Zusammensetzung

Sauerstoff 31,6 %

Stickstoff 66,6 % Argon 1,8%

durch Leitung 22 abgezweigtο Die gereinigte Mischung aus Luft und Restgemisch wird in der Kolonne 19 in eine an Sauer-

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stoff reiche kondensierte Sumpffraktion und eine an Sauerstoff verarmte Kopffraktion getrennt. Die Sumpffraktion wird durch Leitung 23 und die Kopffraktion durch Leitung 24 abgezogen. Ungefähr 23 115 Nm der durch Leitung 23 abgezogenen Fraktion werden im Austauscher 50 unterkühlt auf einen Druck von 1,3 ata entspannt und in die Niederdruckkolonne auf einer

mittleren Höhe eingeführt. 53 335 Nm" der an Sauerstoff verarmten Fraktion aus Leitung 2 4 werden im.Austauscher 50 unterkühlt; auf einen Druck von 1,3 ata entspannt und als Rücklaufflüssigkeit am Kopf der Miederdruckkolonne 20 eingeführt. Am Sumpf der Kolonne 20 gewinnt man ein oxydierendes Gemisch in kondensiertem Zustand. Letzteres wird durch Wärmeaustausch im Verdampfer-Kondensator 21 mit der am Kopf der Kolonne 19 erhaltenen Fraktion im Verlauf der Kondensation wieder verdampft. 42 000 Nm praktisch reiner Sauerstoff mit 96,0 % Sauerstoff, 3,4 % Argon und 0,6 % Stickstoff werden vom Sumpf der Kolonne 20 durch Leitung 9 abgezogen. Wie vorstehend erwähnt, wird der durch Leitung 9 abgezogene gasförmige Sauerstoff durch Überleitung über die .Metallmassen der Regeneratoren 4, 7 und 40 wieder erwärmt, indem man ihn abwechselnd duith die Leitungen 11, 12 und 41 führt. Auf Umgebungstemperatur wieder erwämt, wird der Sauerstoff aus den Regeneratoren 4, und 40 durch eine Leitung 25 abgeführt. Praktisch reines Stickstoffgas der folgenden Zusammensetzung

Stickstoff 97,3 % Argon 1,0 %

Sauerstoff 1,7 %

wird an der Spitze der Kolonne 20 abgezogen und in zwei Teile

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3
aufgeteilt. Ein Teil von 7 624 Nm xriLrd durch eine Leitung abgeführt, im Austauscher 27 erwärmt und zu einer geeigneten

3 Verbrauchsstelle geschickt. Ein anderer Teil von 87 376 Nm wird durch Leitung 28 in den Austauscher 50 geschickt, wo er die flüssigen Fraktionen aus den Leitungen 23 und 24 unterkühlt. Wie vorstehend erwähnt, wird dieser andere Teil dann durch Leitung IO und abwechselnd durch die Leitungen 13, 14 und 42 in die Regeneratorbatterie 4, 7 und 40 geschickt, wo er mindestens einen Teil der kondensierten Verunreinigungen der Luft und des Restgemisches mitnimmt; dann wird er durch Leitung 8 abgeführt.

Die für die Anreicherungsanlage zur Erzeugung des oxydierenden Gemisches notwendige Kälteleistung erhält man durch Entspannung eines Teils des in die Fraktionieranlage eintretenden Gemisches vom Hochdruck von 6 ata auf Niederdruck von 1,3 ata in einer Turbine 29. Zu diesem Zweck werden 12 600 Nm Luft durch Leitung 5 abgezweigt, in den periodisch gewechselten Kolonnen 30 und 31 durch Adsorption von Wasser und Kohlendioxyd befreit und dann im Austauscher 27 im Gegenstrom mit dem durch Leitung 26 abgezogenen Stickstoff gekühlt. Am Austritt des Austauschers 27 werden 7 950 Nm Luft und Restgemisch nach Reinigung in den Regeneratoren 4, 7 und 40 durch Leitung 22 der im Austauscher 27 gekühlten Luft zugesetzt. Die vereinigten beiden Ströme werden dann in der Turbine 29 auf einen Druck von 1,3 ata entspännt und darauf in die Niederdruckkolonne 20 auf einer mittleren Höhe eingeführt.

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3 Im zweiten Teil der Anlage werden die 42 000 Nm oxydierendes Gemisch oder Sauerstoff, die im ersten Teil der Anlage erzeugt worden sind, zur Unterhaltung einer biochemischen Oxydation verbraucht, die während einer Fermentation in einem Reaktor 32 vor sich geht und gestattet, aus einem geeigneten oxydierbaren Material, z.B. Petroleum, Proteine herzustellen. Zu desem Zweck wird der durch Leitung 25 ankommende Sauerstoff mittels des Kompressors 33 auf einen Druck oberhalb 6 ata verdichtet und durch Leitung 34 in ein im Reaktor 32 enthaltenes Fermentationsbad eingeblasen. Am Austritt des Reaktors 32 werden 21 600 Nm eines Restgemisches von folgender Zusammensetzung

Sauerstoff 68,1 %

Stickstoff 2,1 %

Argon 4,9 %

Kohlendioxyd 24,9 %

durch Leitung 35 unter einem niedrigeren Druck als 6 ata abgezogen. Es ist also ersichtlich, daß lediglich ungefähr die Hälfte des anfänglichen oxydierenden Gemisches verbraucht worden ist. Das restliche Gemisch wird dann in dem Kompressor 36 wieder auf 6 ata verdichtet und durch Leitung 6 mit der vom Kompressor 2 kommenden Luft vereinigt.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt. Es können Abwandlungen vorgesehen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Insbesondere kann man die vorstehend genannten Regeneratoren durch ein oder mehrere reversible Austauscher ersetzen.

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Wie oben erwähnt, bezieht sich also die Erfindung auf jede unvollständige Oxydation, die zur Entstehung von Verunreinigungen führt, welche beseitigt werden müssen, wenn man das erzeugte Restgasgemisch bis zum Eintritt der Oxydation recyclieren will. Die Erfindung ist also insbesondere auf jede andere biochemische Oxydationsreaktion, z.B. auf andere Fermentationen aerober Art, als eine Protexnherstellung durch . Fermentation, anwendbar. Sie ist auch zu gebrauchen für die biologische Reinigung von Abwässern.

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Claims

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Patentansprüche

?)) Verfahren zur Oxydation eines oxydierbaren Materials, bei dem man ein Sauerstoff enthaltendes Gasgemisch an Sauerstoff anreichert, um ein oxydierendes Gemisch zu erhalten, wobei man das oxydierbare Material unter unvollständigem Verbrauch des oxydierenden Gemisches oxydiert und ein Restgas- - gemisch erhält, das mindestens eine Verunreinigung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens einen Teil des Gasgemisches vor seiner Anreicherung mit mindestens einem Teil des Restgasgemisches vereinigt und die betreffende Verunreinigung während dieser Anreicherung zumindest teilweise beseitigt.
2.) Verfahren nach Anspruch 2, bei dem man zur Anreicherung des Gasgemisches an Sauerstoff dieses fraktioniert, um wenigstens ein anderen seiner Bestandteile als Sauerstoff zumindest teilweise abzutrennen, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens einen Teil des Gasgemisches vor seiner Fraktionierung mit mindestens einem Teil des Restgemisches vereinigt und daß man die Verunreinigung während dieser Fraktionierung zumindest teilweise entfernt.
3.) Verfahren nach Anspruch 2, bei dem man vor der Fraktionierung des Gasgemisches mindestens einen anderen seiner Bestandteile als Sauerstoff wenigstens teilweise entfernt, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens einen Teil des Gasgemisches vor seiner Reinigung mit mindestens einem Teil des Restgasgemisches

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vereinigt und daß man eine andere Verunreinigung des Restgemisches während dieser Reinigung zumindest teilweise entfernt.
4.) Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Gasgemisch aus Luft besteht und das Restgemisch mindestens eine leichte Verun- reinigung und eine schwere Verunreinigung enthält, wobei man zur Anreicherung von Luft an Sauerstoff mindestens einen schweren und weniger flüchtigen Bestandteil als Sauerstoff zumindest teilweise entfernt und die gereinigte Luft fraktioniert, um zumindest einen leichten flüchtigeren Bestandteil als Sauerstoff wenigstens teilweise abzutrennen, dadurch gekennzeichnet, daß man "mindestens einen Teil der Luft vor ihrer Reinigung und Fraktionierung mit mindestens einem Teil des Restgasgemisches vereinigt und daß man die schwere Verunreinigung während dieser Reinigung und die leichte Verunreinigung während der Fraktionierung zumindest teilweise entfernt.
5.) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die

4.

Fraktionierung der gereinigten Luft mittels Verflüssigung und Rektifizierung bei tiefer Temperatur erfolgt.
6.) Verfahren nach Anspruch 5, bei dem man die gereinigte und mindestens teilweise verflüssigte Luft rektifiziert, indem man sie in eine erste Rektifizierzone unter Hochdruck einführt, um eine an Sauerstoff angereicherte Sumpffraktion und eine an Sauerstoff verarmte Kopffraktion zu erzeugen, und dann die Sumpffraktion und die Kopffraktion in eine zweite Rektifizierzone

.■ ■.-: ~ .19 -

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unter einem niedrigerem Druck als der Hochdruck an einer mittleren Stelle bzw. am Kopf der zweiten Zone einführt, um das oxydierende Gemisch im kondensierten Zustand zu erhalten, wobei dieses durchWärmeaustausch mit der in der ersten Zone erhaltenen Kopffraktion im Verlauf der Kondensation durch Wärmeaustausch verdampft wird und bei dem ein Teil der Hochdruckluft nacheinander von mindestens einem schweren Bestandteil gereinigt, zur Erzeugung der für die Luftfraktionierung erforderlichen Kälte auf Niederdruck entspannt und in die zweite Rektifizierzone eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man diesen Teil von der Hochdruckluft abzieht, bevor mindestens ein Teil des Restgemisches mit der Luft vereinigt wird.
7.) Verfahren nach Anspruch 6, bei dem man zur Reinigung der Luft vor ihrer Fraktionierung nacheinander die Luft über eine kalte Oberfläche leitet, um mindestens einen schweren Bestandteil wenigstens teilweise zu kondensieren, und eine durch die Rektifizierung erhaltene Gasfraktion über die kalte Oberfläche leitet, um den kondensierten schweren Bestandteil mitzunehmen, dadurch gekennzeichnet, daß man außerdem zwecks Abführung mindestens eines Teils des kondensierten Bestandteiles wenigstens einen Teil des oxydierenden Gemisches über die kalte Oberfläche streichen läßt.
8.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxydationsvorgang biochemischer Art ist.
9.) Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die

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Oxydation während einer aeroben Fermentation, insbesondere während der Fermentation eines Kohlenwasserstoffes zwecks Erzeugung von Proteinen, erfolgt.
10.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verunreinigung des Restgemisches und ein Bestandteil des Gasgemisches von der-selben Art sind.
11.) Verfahren nach Anspruch 10 und einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die schwere Verunreinigung aus einem schweren Bestandteil der Luft, wie Kohlendioxyd oder Wasser, besteht.
12.) Verfahren nach Anspruch 10 und einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die leichte Verunreinigung aus einem leichten Bestandteil der Luft, wie Stickstoff oder Argon, besteht.
13.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verunreinigung des Restgemisches im Verlauf der Oxydation erzeugt wird.
14.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verunreinigung des Restgemisches in dem oxydierenden Gemisch vorliegt und im Verlauf der Oxydation nicht verbraucht worden ist.
15.) Oxydationsanlage mit einer Anlage zur Sauerstoffanreicherung eines Sauerstoff enthaltenden Gasgemisches und einem Oxydations-

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reaktor, dessen Eintritt mit dem Ausgang der Anreicherungsanige verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Reaktors mit der Anreicherungsanlage verbunden ist.
16.) Anlage nach Anspruch 15, bei der die Anreicherungsanlage eine Fraktionieranlage für das Gasgemisch umfaßt, um mindestens einen anderen von dessen Bestandteilen als Sauerstoff abzutrennen, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Reaktors mit dem Eintritt der Fraktionieranlage verbunden ist.
17.) Anlage nach Anspruch 16, bei der die Anreicherungsanlage ebenfalls eine Vorreinigungsanlage für das Gasgemisch umfaßt, aus dem mindestens ein anderer Bestandteil als Sauerstoff abzutrennen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Reaktors mit dem Eintritt der Fraktionieranlage vermittels der Reinigungsanlage verbunden ist.
18.) Anlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Fraktionieranlage aus einer Tieftemperaturverflüssigungs- und -rektifizieranlage besteht.
19.) Anlage nach Anspruch 18, bei der die Reinigungsanlage reversible Austauscher oder Regeneratoren aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindest ein Durchlaß der reversiblen Austauscher oder Regeneratoren mit dem Ausgang der Fraktionieranlage zum Abzug des durch Sauerstoffanreicherung des Gasgemisches erhaltenen oxydierenden Gemisches in offener Verbindung steht.

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