Kühl- und Verflüssigungsverfahren von Gasen mittels stufenweiser Kompression. Kühl- und Verflüssigungsverfahren von Gasen mittels stufenweiser Kompression. In D. p. J. 1900 315 408 wurde eine Arbeit über die Unterschiede der Kühlverfahren von Siemens, Linde und Mix veröffentlicht. Zur Ergänzung dieser Ausführungen lassen wir im nachstehenden nach der Patentschrift Nr. 119943 eine genaue Beschreibung des Metz'schen Kühlverfahrens mittels stufenweiser Kompression folgen und fügen in die Beschreibung ein zur Verfügung gestelltes Zahlenbeispiel ein, um die praktische Durchführbarkeit des neuen Kühl Verfahrens erkennen zu lassen. Bei den bisher bekannt gewordenen Verfahren, kalte bezw. verflüssigte Gase durch Kompression und darauf folgende Expansion herzustellen, lässt man, wie beispielsweise nach dem Verfahren von Linde, die isothermischhochkomprimierte Luft ohne äussere Arbeitsleistung, also nur innere Arbeit leistend, so lange expandieren und sich dadurch abkühlen, bis die Verflüssigungstemperatur erreicht wird, und dadurch stetig verflüssigtes Gas abtropft bezw. abfliesst. Versuche, durch Expansion unter äusserer Arbeitsleistung in einer Maschine schneller die Verflüssigungstemperatur zu erreichen, dürften unter Beibehaltung des Gegenstromprinzips, das bei Linde so vortreffliche Dienste leistet, zu praktisch durchführbaren und brauchbaren Ergebnissen nicht führen, sofern man die ganze Pressluftmenge adiabatisch in einer Maschine expandieren lassen wollte. Es würde in diesem Falle bei reiner adiabatischer Expansion bald die Verflüssigungstemperatur erreicht werden, und so der Motor schliesslich keine praktische äussere Arbeit mehr leisten können und somit das Verfahren illusorisch werden. Um diesem Uebelstande zu begegnen, komprimiert man das zu verflüssigende Gas in zwei Stufen isothermisch und zwar in der ersten Stufe die gesamte Gasmenge auf beispielsweise 10 at, in der zweiten Stufe nur die eine Hälfte auf etwa 100 at bei permanenten Gasen wie Luft, Stickstoff u.s.w., bei durch niedrigere Drucke flüssig werdenden Gasen natürlich auf entsprechend niedrigere Atmosphären. Hierzu wird, wenn die Kompression der gesamten Gasmenge auf 10 at a kgm Arbeit erfordert, \left(a+\frac{a}{z}\right)\mbox{ kgm} von der Kompressionsmaschine effektiv zu leisten sein. Nunmehr lässt man in dem Arbeitscylinder irgend eines Druckluftmotors einer Dampfmaschine u.s.w. die bloss auf 10 at komprimierte Gasmenge arbeiten, indem man die auf 100 at komprimierte zweite Gashälfte um den Cylinder herumleitet, so dass dieselbe durch die Cylinderwandungen hindurch einen beträchtlichen Teil ihrer Wärme abgibt und sich selbst entsprechend abkühlt. Durch richtige Wahl der Spannungen der beiden Gashälften kann man, da das wesentlich höher gespannte Gas bei höheren Temperaturen als bei 1 bezw. 10 at sich verdichtet, bei stetiger Arbeit des Kompressor- und des Expansionscylinders flüssiges Gas unter hoher Spannung erhalten. Letzteres kann man aus dem Kompressionsbehälter durch irgend einen der bekannten Wasserabscheider ohne Schwierigkeit entfernen. Nachstehendes Beispiel für Kohlensäure, für welches die erforderlichen Beobachtungen vorhanden sind, dient zur näheren Erläuterung. Es werden G kg Kohlensäure von 17 ° C. isothermisch auf 5 at komprimiert; die dazu erforderliche Kompressionsarbeit in Wärmemass ist gleich G\,\cdot\,a\,\cdot\,R\,\cdot\,300\,logn\,5=\frac{G\,\cdot\,300\,\cdot\,19,143}{425}\,logn\,5\mbox{ W.-E.} Die zur Kompression von G . y . kg Kohlensäure von 5 auf 25 at erforderliche isothermische Kompressionsarbeit ist G\,\cdot\,y\,\cdot\,a\,\cdot\,R\,\cdot\,300\,logn\,\left(\frac{25}{5}\right)=y\,\cdot\,\frac{G\,\cdot\,300\,\cdot\,19,143}{425}\,logn\,5\mbox{ W.-E.} Sollen nun die G . y . kg Kohlensäure bei einem Druck von 25 at flüssig werden, so muss man dieselben von + 17° C. auf – 10° C. abkühlen, also denselben G . y . Cp . 27 W.-E. + der Verdampfungswärme G . y . 88 W.-E. entziehen. Lässt man die auf 5 at gespannten G (1 – y) kg Kohlensäure adiabatisch arbeitleistend auf 1 at expandieren, so werden G (1 – y) Cv (300 – T1) W.-E. gebunden, worin T_1=300\,\cdot\,\left(\frac{1}{5}\right)^{\frac{k-1}{k}}=(\mbox{rund})\,300\,\cdot\,\left(\frac{1}{5}\right)\,0,27=\mbox{rund}\,\frac{300}{1,54}=\mbox{rund}\,200^{\circ} absolut ist. Es stehen also für Kühlzwecke zur Verfügung (1 – y) Cv . 100 W.-E., da aber die Abkühlung bis auf – 10° erfolgen soll, so können nur G . (1 – y) Cv . 63 W.-E. zur Kühlung ausgenutzt werden. Man hat also zur Bestimmung von y die Gleichung G . (1 – y) Cv = 63 = GyCp . 27 + Gy 88. In vorliegendem Falle folgt für y die Gleichung 63cv – y . Cv . 63 = yCp . 27 + y . 88 66cv = y (Cp . 27) + Cv 63 + 88 y=\frac{63\,\cdot\,c_v}{C\,p\,\cdot\,27+C\,v\,63+88}=\frac{63\,\cdot\,c_v}{0,217\,\cdot\,27+0,171\,\cdot\,63+88} y=\frac{10,64}{104,632}=\mbox{rund}\,0,1, wenn in der Rechnung die spezifische Wärme der Kohlensäure Cp und Cv bezüglich gleich 0,217 und 0,170 gesetzt werden. Genau in derselben Weise ist der Wert für y für andere Gase, und danach bei gegebenen G die Grösse der Kompressoren und des Expansionscylinders zu berechnen. Textabbildung Bd. 316, S. 366 Die Wirkungsweise des Verfahrens ist nach der in der Zeichnung dargestellten schematischen Ausführungsform folgende: In dem Kompressionscylinder g wird die angesaugte gesamte Gasmenge, z.B. auf 5 at, unter möglichster Kühlung komprimiert und in den Behälter b gedrückt. Aus dem Behälter b saugt der kleine, mit Kühlmantel e versehene Kompressionscylinder c, dessen Grösse passend zu wählen ist, einen Teil des Druckgases an, komprimiert denselben auf 25 at, und drückt die hochgespannte kalte Gasmenge in den Mantel f des Expansionscylinders d, welcher aus dem Behälter b gespeist wird, und einen Teil der auf 5 at komprimierten Gasmenge unter Arbeitsleistung expandieren lässt. Infolgedessen tritt eine starke Temperaturerniedrigung ein, wodurch die Cylinderwandungen und auch die im Cylindermantel f enthaltenen hochgespannten Gasmengen stark abgekühlt werden. Die Auspuffgase des Expansionscylinders werden in einen Nachkühler geleitet, durch welchen das Ableitungsrohr für das gekühlte hochgespannte Gas in spiralförmigen Windungen hindurchgeht. Die abziehenden kalten Auspuffgase bewirken infolge dieser Vorrichtung noch eine weitere Kühlung für das hochgespannte Gas. Die Kolben der drei Cylinder g, c und d werden von einer beliebigen, hier beispielsweise gezeichneten Verbundmaschine bewegt. Die treibende Kraft dieser Maschine wird unterstützt durch die vom Expansionscylinder d geleistete Arbeit. Der Expansionscylinder kann auch durch eine andere Arbeitsmaschine, z.B. eine Turbine nach Laval, ersetzt werden. Soll die arbeitende Pressluft bis auf Drucke unter 1 at sich ausdehnen, so muss die Rückleitung für die expandierte Pressluft nach dem ersten Kompressor geschlossen sein, und an Stelle der in der Zeichnung dargestellten Düse, welche zum Ansaugen von als Ersatz der verflüssigten Luft dienender neuer Luft bestimmt ist, in der geschlossenen Leitung ein Saugventil angeordnet werden, das bei einem gewissen Unterdruck durch den Atmosphären -druck geöffnet wird, und den Eintritt neuer Ersatzluft gestattet. Der Hauptwert dieses unter Nr. 119943 geschützten Kühl Verfahrens von Goswin Metz, dürfte in der durch dasselbe gegebenen Möglichkeit beruhen, Gasgemische, wie Kohlensäure und Wasserstoff, Kohlensäure und Stickstoff, Kohlenoxyd und Wasserstoff u.a., deren Siedepunkte weit voneinander abstehen, in bequemer und billiger, sowie im Grossbetrieb durchführbarer Weise zu trennen. In dem nachstehenden Patentanspruch ist darauf, wohl um nicht vorzeitig die Aufmerksamkeit auf das Verfahren zu lenken, gar nicht hingedeutet worden. „Kühl- und Verflüssigungsverfahren von Gasen mittels stufenweiser Kompression, dadurch gekennzeichnet, dass man sowohl in der ersten Stufe, in welcher die gesamte Gasmenge auf einen bestimmten Druck komprimiert wird, als auch in der zweiten Stufe, in welcher man nur einen gewissen Bruchteil auf eine wesentlich höhere Spannung komprimiert, die Kompression lediglich durch Wasserkühlung möglichst isothermisch bewirkt, hierauf den niedrig gespannten Bruchteil des Gases in dem Arbeitscylinder irgend eines Motors (eines Druckluftmotors oder einer Dampfmaschine) ohne oder in Kuppelung mit dem Kompressor arbeiten lässt, indem man den abzukühlenden höher gespannten Bruchteil des Gases um den Expansionscylinder und das Auspuffrohr herumleitet.“ Da in beiden Stufen isothermisch mittels möglichster Wasserkühlung komprimiert wird, so dürfte die Leistungsfähigkeit des Verfahrens, namentlich bei Gemischen aus permanenten Gasen und Kaltdämpfen, eine sehr gute sein. Augenblicklich schweben Verhandlungen, das Verfahren mit dem Pictet'schen Gastrennungsverfahren zu vereinigen und beide gemeinsam zu verwerten.