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DE2854508C2 - Method and device for the low-temperature decomposition of a gas mixture - Google Patents

Method and device for the low-temperature decomposition of a gas mixture

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Publication number
DE2854508C2
DE2854508C2 DE19782854508 DE2854508A DE2854508C2 DE 2854508 C2 DE2854508 C2 DE 2854508C2 DE 19782854508 DE19782854508 DE 19782854508 DE 2854508 A DE2854508 A DE 2854508A DE 2854508 C2 DE2854508 C2 DE 2854508C2
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DE
Germany
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expansion machine
partial flow
low
compressor
gas mixture
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DE19782854508
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Wilhelm 8000 München Rohde
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Linde GmbH
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Linde GmbH
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung eines Gasgemisches durch zweistufige Rektifikation, bei dem das zu zerlegende Gasgemisch komprimiert und in zwei Teilströme zerlegt wird, von denen der erste weiterverdichtet, in Wärmetausch mit Zerlegungsprodukten abgekühlt, in einer Entspannungsmaschine entspannt und, ebenso wie der zweite Teilstrom, der Rektifiziereinrichtung zugeführt wird, wobei die Leistung der Entspannungsmaschine arbeitsleistend abgegeben wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for the low-temperature decomposition of a gas mixture by two-stage Rectification, in which the gas mixture to be separated is compressed and split into two partial flows, of which the first is further compressed, cooled in heat exchange with decomposition products, in an expansion machine expanded and, like the second partial flow, is fed to the rectification device, wherein the power of the relaxation machine is outputting work, as well as a device for Implementation of the procedure.

Ein derartiges Verfahren ist in der DE-OS 25 57 453 beschrieben. Der weiterverdichtete Teilstrom wird einem Kondensator-Verdampfer zugeführt, dort teilweise verflüssigt und anschließend in die Hochdrucksäule der zweistufigen Rektifiziersäule eingeführt. Aus der Hochdrucksäure wird ein Gasstrom entnommen, in einer Turbine entspannt und in die Niederdrucksäule geleitet.Such a method is described in DE-OS 25 57 453. The further compressed partial flow is fed to a condenser-evaporator, partially liquefied there and then into the high-pressure column introduced the two-stage rectification column. A gas stream is withdrawn from the high pressure acid, in relaxed in a turbine and fed into the low-pressure column.

Übersteigt die aus der Hochdrucksäule entnommene Gasmenge einen bestimmten Betrag, nimmt die Produktausbeute ab, weshalb es erstrebenswert ist, diese Menge möglichst klein zu halten. Andererseits soll die Turbine eine gewisse Mindestkälteleistung erbringen. Zur Erfüllung der beiden Forderungen muß das Druckgefälle an der Turbine vergrößert werden. Diese Maßnahme erfordert jedoch einen zusätzlichen Energieaufwand. Exceeds that taken from the high pressure column If the amount of gas exceeds a certain amount, the product yield decreases, which is why it is desirable to keep this amount as small as possible. On the other hand, the turbine should provide a certain minimum cooling capacity. To meet the two requirements, the pressure drop across the turbine must be increased. These However, the measure requires an additional expenditure of energy.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem eine Steigerung der Produktion bei der Zerlegung von Gasgemischen ohne zusätzlichen Energiebedarf ermöglicht wird.The invention is therefore based on the object of developing a method in which an increase in Production in the decomposition of gas mixtures is made possible without additional energy requirements.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der gesamte weiterverdichtete erste Teilstrom über die Entspannungsmaschine geleitet und die an der Entspannungsmaschine geleistete Arbeit vollständig zur Weiterverdichtung des ersten Teilstromes verwendet wird.This object is achieved according to the invention in that the entire further compressed first partial flow over the relaxation machine and the work done on the relaxation machine to the full Further compression of the first partial flow is used.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren braucht nurIn the method according to the invention only needs

diejenige Gasmenge weiterverdichtet zu werden, die anschließend entspannt wird. Der entspannte Gasstromthat amount of gas to be further compressed, which is then expanded. The relaxed gas flow

ίο wird danach direkt in den Niederdruckteil derίο is then fed directly into the low-pressure part of the

Rektifiziersäule geleitet.Rectification column passed.

Durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird an der Entspannungsmaschine ein ausreichendes Druckgefälle ohne zusätzliche energieverbrauchende Maßnahmen und ohne Verringerung der Produktausbeute erzielt Die von der Entspannungsmaschine erbrachte Leistung kommt über den angekoppelten Verdichter der Entspannungsmaschine wieder zugute.The subject matter of the present invention makes a sufficient one on the relaxation machine Pressure gradient without additional energy-consuming measures and without reducing the product yield achieved The power provided by the expansion machine comes via the connected Compressors benefit the expansion machine again.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich beson-2a ders für die Luftzerlegung.The method according to the invention is particularly suitable ders for air separation.

Es erweist sich als zweckmäßig, wenn in Weiterbildung des Erfindungsgedankens der gesamte erste Teilstrom nach seiner Entspannung der Niederdruckstufe, und der zweite Teilstrom der Hochdruckstufe einer zweistufigen Rektifiziersäule zugeführt wird.It proves to be expedient if, in a further development of the inventive concept, the entire first Partial flow after its relaxation of the low pressure stage, and the second partial flow of the high pressure stage one two-stage rectification column is fed.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält einen ersten Verdichter, dessen Ausgang einerseits über einen weiteren Verdichter und eine nachfolgende Entspannungsmaschine mit einer Rektifiziereinrichtung, und andererseits direkt mit dieser Rektifiziereinrichtung verbunden ist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Verdichter und die Entspannungsmaschine mechanisch gekoppelt sind.A device for carrying out the method according to the invention contains a first compressor, its output on the one hand via a further compressor and a subsequent expansion machine a rectifying device, and on the other hand is directly connected to this rectifying device, and is characterized in that the further compressor and the expansion machine are mechanically coupled are.

Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.Further details of the present invention are based on a schematically illustrated embodiment explained.

Hierbei zeigt die Figur eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird am Beispiel der Luftzerlegung beschrieben. Zu zerlegende Luft 1 wird einem ersten Verdichter 2 zugeführt und auf etwa 6 bar verdichtet. Anschließend wird der Luftstrom in zwei Teilströme 3 und 4 zerlegt. Teilstrom 3 wird in einem Wärmetauscher 5 in Wärmetausch mit Zerlegungsprodukten abgekühlt und bei 6 in den Hochdruckteil 7 einer Doppelrektifiziersäule eingeführt. Der Hochdruckteil 7 wird mit ca. 5,85 bar betrieben. Teilstrom 4 wird in einem weiteren Verdichter 9 auf so einen Druck zwischen 84 bar und 8,7 bar verdichtet, anschließend in einem separaten Querschnitt von Wärmetauscher 5 gegen Zerlegungsprodukte auf etwa -145° C gekühlt und erfindungsgemäß vollständig eirier Turbine 10 zugeführt, die mechanisch mit dem Verdichter 9 gekoppelt ist. Der die Turbine 10 verlassende Gasstrom wird bei 11 in den Niederdruckteil 8 der Doppelrektifiziersäule eingeführt. Der Niederdruckteil 8 wird mit etwa 13 bar betrieben. Rohfraktionen von Stickstoff und Sauerstoff werden über Leitungen 12 und 13 dem Hochdruckteil 7 entnommen und dem Niederdruckteil 8 zugeführt. Die Zerlegungsprodukte werden über Leitungen 14 (Sauerstoff) und 15 (Stickstoff) entnommen, im Wärmetauscher 5 angewärmt und aus der Anlage geführt.
Anhand eines Zahlenbeispiels sollen die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlicht werden:The figure shows a system for carrying out the method according to the invention.
The method according to the invention is described using the example of air separation. Air 1 to be broken down is fed to a first compressor 2 and compressed to about 6 bar. The air flow is then broken down into two partial flows 3 and 4. Partial flow 3 is cooled in a heat exchanger 5 in heat exchange with decomposition products and introduced at 6 into the high-pressure part 7 of a double rectification column. The high pressure part 7 is operated at approx. 5.85 bar. Partial flow 4 is compressed in a further compressor 9 to such a pressure between 84 bar and 8.7 bar, then cooled in a separate cross section of heat exchanger 5 against decomposition products to about -145 ° C and, according to the invention, completely fed to turbine 10, which mechanically with the compressor 9 is coupled. The gas flow leaving the turbine 10 is introduced at 11 into the low-pressure part 8 of the double rectification column. The low-pressure part 8 is operated at about 13 bar. Crude fractions of nitrogen and oxygen are removed from the high-pressure part 7 via lines 12 and 13 and fed to the low-pressure part 8. The decomposition products are removed via lines 14 (oxygen) and 15 (nitrogen), heated in the heat exchanger 5 and passed out of the system.
The advantages of the method according to the invention are to be illustrated using a numerical example:

Wird bei einer Luftzerlegungsanlage der bisher bekannten Art zur Deckung der Kälteverluste einIs used in an air separation plant of the previously known type to cover the cold losses

Normvolumen von ζ. B, 20 00Om3Zh Luft in den Niederdruckteil eingeblasen, so beträgt die Kälteleistung der Turbine unter der Annahme eines Eintrittsdruckes von 5,85 bar, eines Austrittsdrucks von 1,35 bar, einer Austrittstemperatur von einigen Grad über der Kondensationstemperatur und einem adiabatischen Wirkungsgrad von 84% etwa 847 000kJ/h. Wird dagegen die Turbinenleistung über den angebauten weiteren Verdichter 9 erfindungsgemäß in Form von höherem Eintrittsdruck ausschließlich dem in der Tui'bine 10 entspannten Luftstrom zugeführt, so wird eine Druckerhöhung von 6 bar vor dem weiterenStandard volume of ζ. B, 20 00Om 3 Zh air is blown into the low-pressure part, assuming an inlet pressure of 5.85 bar, an outlet pressure of 1.35 bar, an outlet temperature of a few degrees above the condensation temperature and an adiabatic efficiency of 84% about 847,000 kJ / h. If, on the other hand, the turbine power is fed exclusively to the air flow relaxed in the tube 10 via the attached further compressor 9 according to the invention in the form of a higher inlet pressure, a pressure increase of 6 bar is achieved before the further

Verdichter 9 auf 8,4 bar nach dem Verdichter 9 erreicht. Bei einem Druckverlust von 0,2 bar bis zur Tuvbjne erhält man eine Kälteleistung von etwa 1 085 000 kj/h.Compressor 9 reached 8.4 bar after the compressor 9. With a pressure loss of 0.2 bar up to the Tuvbjne, a cooling capacity of around 1,085,000 kj / h is obtained.

Aus diesem Beispiel ergibt sich durch die erfindungsgemäße Verfahrensführung eine Vergrößerung der Kälteleistung von 238 000 kj/h, was einer zusätzlichen Flüssigsauerstoff-Produktion von 410 mVh (Normvolumen) entsprichtFrom this example, the process management according to the invention results in an increase in the Cooling capacity of 238,000 kJ / h, which corresponds to an additional liquid oxygen production of 410 mVh (standard volume) is equivalent to

Analog könnte auch die Turbinen-Durchsatzmenge auf ein Normvolumen von ca. 15 750 mVh verringert werden, was eine größere Produktausbeute der Anlage zur Folge hätte.Similarly, the turbine throughput rate could also be reduced to a standard volume of approx. 15,750 mVh which would result in a greater product yield of the system.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (3)

Patentansprüche;Claims; 1. Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung eines Gasgemisches durch zweistufige Rektifikation, bei dem das zu zerlegende Gasgemisch komprimiert und in zwei Teilströme zerlegt wird, von denen der erste weiterverdichtet, in Wärmetausch mit Zerlegungsprodukten abgekühlt, in einer Entspannungsmaschine entspannt und, ebenso wie der zweite Teilstrom, der Rektifiziereinrichtung zugeführt wird, wobei die Leistung der Entspannungsmaschine arbeitsleistend abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß gesamte weiterverdichtete erste Teilstrom (4) über die Entspannungsmaschine (10) geleitet und die an der Entspannungsmaschine (10) geleistete Arbeit vollständig zur Weiterverdichtung (9) des ersten Teilstromes (4) verwendet wird.1. Process for the low-temperature decomposition of a gas mixture by two-stage rectification, at which the gas mixture to be broken down is compressed and broken down into two substreams, of which the the first further compressed, cooled in heat exchange with decomposition products, relaxed in an expansion machine and, just like the second Partial flow that is fed to the rectification device, wherein the power of the relaxation machine is delivered while performing work, characterized in that, that the entire further compressed first partial flow (4) passed over the expansion machine (10) and that at the expansion machine (10) work done is used completely for further compression (9) of the first partial flow (4). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, &i3 der gesamte erste Teilstrom (4) nach seiner Entspannung (10) der Niederdruckstufe (8), und der zweite Teilstrom (3) der Hochdruckstufe (7) einer zweistufigen Rektifiziersäule zugeführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that & i3 the entire first partial flow (4) after its relaxation (10) of the low pressure stage (8), and the second partial stream (3) of the high pressure stage (7) is fed to a two-stage rectification column. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem ersten Verdichter, dessen Ausgang einerseits über einen weiteren Verdichter und eine nachfolgende Entspannungsmaschine mit einer Rektifiziereinrichtung, und andererseits direkt mit dieser Rektifiziereinrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Verdichter (9) und die Entspannungsmaschine (10) mechanisch gekoppelt sind.3. Apparatus for performing the method according to claim 1 or 2, with a first Compressor, whose output on the one hand via a further compressor and a subsequent expansion machine with a rectifying device, and on the other hand directly with this rectifying device is connected, characterized in that the further compressor (9) and the expansion machine (10) are mechanically coupled.
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