DE10061908A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von LuftInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft zur Gewinnung von Stickstoff, Sauerstoff und Argon mit einem Rektifiziersystem mit mindestens einer mittels Hauptkondensator (2) thermisch miteinander gekoppelten Druck- und Niederdrucksäule (1, 3) aufweisenden Rektifiziersäule, welche mit mindestens einer Rohargonsäule (10) und mindestens einer Flüssigluftsäule (17) verbunden ist. DOLLAR A Die eine zusätzliche, separate Luftvorfraktionierung nutzende Luftzerlegung ermöglicht eine kostengünstige Produktgewinnung bei optimalen Produktausbeuten.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Tieftemperatur
zerlegung von Luft zur Gewinnung von Stickstoff, Sauerstoff und Argon,
nach den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 und 14.
Bei den bekannten Luftzerlegungsanlagen mit Innenverdichtung werden die aus der
Luft rektifizierten Produkte aus dem Rektifikationssystem zumindest teilweise als
Flüssigkeiten abgezogen, mittels Fördereinrichtungen, wie zum Beispiel Cryo-
Pumpen, auf den gewünschten Enddruck gefördert und anschließend in einem mit
dem Rektifiziersystem verbundenen Wärmetauschernetzwerk im Gegenstrom mit
verdichteter Luft zu gasförmigem Produkten, bevorzugt zu Druckstickstoff bzw.
Drucksauerstoff, verdampft.
Die mit einem Innenverdichtungskreislauf ausgebildeten Luftzerlegungsanlagen
weisen den grundsätzlichen Nachteil auf, dass in Abhängigkeit von den aus dem
Rektifiziersystem als Flüssigkeit abgezogenen Produktmengen eine teilweise
Verflüssigung der eingesetzten Prozessluft einhergeht, um deren Betrag sich die in
der Drucksäule des Rektifiziersystems rektifizierte Luftmenge verringert, was zur
Folge hat, dass sich der Trennaufwand und damit der bauliche Aufwand in den mit
der Drucksäule verbundenen Rektifiziersäulen erhöht und/oder sich die Produkt
ausbeuten und dabei insbesondere die Argonausbeute verringern.
Aus US 5 715 706 ist ein Verfahren bekannt, bei dem das sauerstoffreiche
Sumpfprodukt der Drucksäule in einer zusätzlichen Säule, der RL-Flash-Säule, weiter
rektifiziert und zusätzlich sauerstoffarme Rücklaufflüssigkeit gewonnen wird, wodurch
die mit der Innenverdichtung einhergehende Verschlechterungen der
Rücklaufverhältnisse mindestens teilweise wieder rückgängig gemacht werden
können. Dazu wird verdichtete, von Kohlendioxid und Wasser befreite (gereinigte)
und abgekühlte Luft in einer Drucksäule mittels herkömmlicher
Rektifiziereinrichtungen unter einem Druck von etwa 5, 3 bar in eine sauerstoffreiche
Fraktion und einen gasförmigen Stickstoffstrom rektifiziert. Der entstandene
gasförmige Stickstoffstrom wird zumindest teilweise kondensiert und als Rücklauf für
die Druck- und Niederdrucksäule verwendet. Die mit Sauerstoff angereicherte
Sumpfflüssigkeit der Drucksäule wird in eine mit oder ohne Rektifiziereinrichtungen,
einem Sumpfverdampfer und einem Kopfkondensator ausgerüsteten RL-Flash-Säule
hinein entspannt und der bei der Entspannung entstehende Dampf in der RL-Flash-
Säule unter einem zwischen dem der Drucksäule und dem der Niederdrucksäule
liegenden Betriebsdruck rektifiziert. In der RL-Flash-Säule wird durch mit
gasförmigem Stickstoff aus der Drucksäule erfolgender Sumpfverdampfung
zusätzlich sauerstoffarmer Dampf erzeugt. Bei der keine Rektifiziereinrichtungen
aufweisenden RL-Flash-Säule wird die entstandene Sumpfflüssigkeit lediglich zu
einem Zweiphasengemisch gedrosselt, welches anschließend in der
Niederdrucksäule weiter zerlegt wird.
Zudem findet die gedrosselte Sumpfflüssigkeit oder alternativ in einer besonders
vorteilhaften Ausführungsform von US 5 715 706, flüssiger Seitenabzug aus der
Niederdrucksäule, als Kondensationsmedium für den am Kopf der RL-Flash-Säule
angeordneten Kondensators Verwendung, mittels dessen das in der RL-Flash-Säule
aufsteigende Dampfmedium zumindest teilweise kondensiert wird. Das Kondensat
wird als Rücklauf wieder in die RL-Flash-Säule und Niederdrucksäule eingespeist
und/oder als flüssiges Produkt aus der Flüssigluftsäule abgezogen.
Der Nachteil dieses aus US 5 715 706 bekannten Verfahrens liegt darin, dass
der Rohargonkondensator deutlich größer dimensioniert werden muß, da sich die
Sauerstoffkonzentration des Rohsauerstoffs erhöht und damit sich die am
Rohargonkondensator zur Verfügung stehende Temperaturdifferenz für den
Wärmeaustausch verringert, wenn statt dem Sumpfprodukt der Drucksäule das
Sumpfprodukt der RL-Flash-Säule zum Kühlen des Rohargonkondensators
Verwendung findet. Darüber hinaus ist die erzielbare Ausbeute an zusätzlichem
Rücklauf dadurch begrenzt, dass nur ein relativ geringer Anteil des gasförmigen
Druckstickstoffs aus der Drucksäule zur Beheizung des Sumpfverdampfers der RL-
Flash-Säule herangezogen werden kann, ohne dass der Auftriebsstrom an den
unteren Abschnitten der Niederdrucksäule so stark herabgesetzt wird, dass der
Stickstoffgehalt im Argonseitengas so stark steigt, dass der Rohargonkondensator
nicht mehr betrieben werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels denen eine kostengünstige
Sauerstoff- und Stickstoffgewinnung mit hohen Produktausbeuten, insbesondere bei
einer angeschlossenen Argonrektifikation, ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen
von Anspruch 1 und 14 gelöst.
Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen 2 bis 13 und 15 bis 20 zu
entnehmen.
Erfindungsgemäß wird aus einem Wärmetauschernetz (Gesamtheit aller in der
Coldbox an der Kühlung der ein- und austretenden Prozessströme beteiligten
Wärmetauscher, wie beispielsweise Hochwärmetauscher, Subcooler und LOX-
Verdampfer) vorgekühlte Prozessluft in einem ersten Teilstrom überwiegend
dampfförmiger Prozessluft direkt und in einem zweiten Teilstrom auf das Druckniveau
der Drucksäule gedrosselt als überwiegend flüssige Prozessluft mit dem aus der
Drosselung resultierenden Dampfstrom zumindest teilweise in die Drucksäule
eingespeist.
Der nicht der Drucksäule zugeführte Restanteil an flüssiger Prozessluft wird auf das
Druckniveau der Flüssigluftsäule gedrosselt als flüssiger und dampfförmiger
Luftteilstrom in die Flüssigluftsäule und als flüssiger Rücklauf in die Niederdrucksäule
eingespeist.
Die in die mit Rektifiziereinrichtungen in Form von unterschiedlich angeordneten
konventionelle Böden und/oder geordnete Packungen oder Füllkörpern ausgerüstete
sowie mittels eines Hauptkondensators mit der Niederdrucksäule thermisch
gekoppelten Drucksäule eingespeiste Prozessluft wird bei unter einem Druck von
üblicherweise 4 bis 6 bar in ein sauerstoffreiches flüssiges Sumpfprodukt und in eine
stickstoffreiche dampfförmige Kopffraktion zerlegt.
Das am Kopf der Drucksäule vorliegende Stickstoffprodukt mit einem
Restsauerstoffgehalt von bis zu kleiner 1 ppm wird zumindest teilweise als
dampfförmiges und/oder flüssiges Produkt aus der Rektifiziersäule abgezogen.
Das in der Drucksäule rektifizierte dampfförmige Kopfprodukt wird mittels des Haupt
kondensators durch indirekten Wärmeaustausch mit dabei verdampfender sauer
stoffreicher flüssiger Sumpffraktion der Niederdrucksäule zumindest teilweise
kondensiert und das anfallende Kondensat zumindest teilweise als Rücklauf der
Drucksäule zugeführt.
Das sauerstoffreiche flüssige Sumpfprodukt der Drucksäule wird zumindest teilweise
als Kühlmedium in den Kondensator der Rohargonsäule und/oder als Rücklauf in die
Niederdrucksäule eingespeist.
Die in die Niederdrucksäule eingespeisten Medien werden unter einem Druck von
üblicherweise 1,1 bis 1,6 bar mittels Rektifiziereinrichtungen in Form von
unterschiedlich angeordneten konventionellen Böden und/oder geordneten
Packungen oder Füllkörpern in ein stickstoffreiches dampfförmiges Kopfprodukt und
in ein sauerstoffreiches flüssiges Sumpfprodukt zerlegt.
Soll in der Niederdrucksäule ein reines Stickstoffprodukt mit einem
Restsauerstoffgehalt von 0,5 bis 10 ppm erzeugt werden, so wird einige Trennstufen
unterhalb des Abgriffs für den Reinstickstoff ein gasförmiges mit bis zu 2 Vol.-%
Sauerstoff verunreinigtes gasförmiges Stickstoffprodukt abgezogen.
Die mittels Hauptkondensator zumindest teilweise verdampfte Sumpfflüssigkeit steigt
in der Niederdrucksäule auf und wird im Gegenstrom mit herabrieselnder Flüssigkeit
rektifiziert.
Zur Gewinnung von Rohargon wird aus dem mittleren Bereich der Niederdrucksäule,
dem sogenannten Argonbauch, ein argonreiches Argon-Sauerstoff-Seitengas
abgezogen und in die mit Rektifiziereinrichtungen in Form von unterschiedlich
angeordneten geordneten Packungen und/oder Füllkörpern und Kopfkondensator
ausgerüsteten Rohargonsäule eingespeist und unter einem Betriebsdruck, der nur
geringfügig unter dem Betriebsdruck der Niederdrucksäule liegt, in ein gasförmiges
Rohargonprodukt und in ein sauerstoffreiches flüssiges Sumpfprodukt zerlegt.
Das am Kopf der Rohargonsäule vorliegende gasförmige sauerstoffarme Rohargon
produkt mit maximal 6 Vol.-% Restsauerstoffgehalt wird durch indirekten
Wärmeaustausch mit flüssigem Prozessmedium, wie beispielsweise mit
Sumpfflüssigkeit der Drucksäule, zumindest teilweise zu flüssigem Rohargon
kondensiert und zumindest teilweise als Rücklauf wieder der Rohargonsäule
zugeführt. Mindestens ein Teil des Kopfprodukts wird entweder als dampfförmiges
Produkt direkt vor Kopf oder als flüssiges Produkt aus dem Rohargonkondensator
abgezogen oder eventuell nach weiteren Behandlungsschritten, wie beispielsweise
Anwärmen bis auf Umgebungstemperatur des gasförmigen Rohargonproduktes,
Verdichtung auf ca. 4 bis 6 bar, katalytische Umsetzung des im Rohargon
verbliebenen Restsauerstoffes, mit Hilfe von zugespeistem Wasserstoff zu
Wasserdampf, Rückkühlen auf Umgebungstemperatur, adsorptiven Abtrennung des
bei der Umsetzung mit Wasserstoff entstandenen Wasserdampfes in einem
Molekularsieb, Rückkühlen des sauerstofffreien Rohargons im Gegenstrom mit dem
aus der Rohargonsäule abgezogenen Rohargon, einer Reinargonsäule zur
Gewinnung von stickstofffreiem Reinargonprodukt zugeführt.
Der in die mit Rektifiziereinrichtungen in Form von unterschiedlich angeordneten
geordneten Packungen und/oder Füllkörpern, Kopfkondensator und Sumpfver
dampfer ausgerüsteten Reinargonsäule eingespeiste Rohargon wird unter einem
Betriebsdruck von 1,1 bis 5 bar zu einem weitestgehend Sauerstoff und
stickstoffarmen flüssigen Sumpfprodukt, von dem ein Teil als Reinargonprodukt mit
weniger als 1 ppm Restsauerstoffgehalt und Reststickstoffgehalt aus der
Reinargonsäule abgezogen und der in der Reinargonsäule verbleibende Teil zur
Aufrechterhaltung der Rektifikation im Sumpfverdampfer verdampft wird, zu einem
stickstoffreichen Kopfprodukt rektifiziert.
Die in der Reinargonsäule rektifizierte Sumpfflüssigkeit wird mittels eines mit
gasförmigem Prozessmedium betriebenen Sumpfverdampfers zumindest teilweise
verdampft und das in der Reinargonsäule vorliegende dampfförmige stickstoffreiche
Kopfprodukt mittels aus der Flüssigluftsäule eingespeister Sumpfflüssigkeit
kondensiert.
Der nicht kondensierbare gasförmige Inertanteil des stickstoffreichen Kopfprodukts
der Reinargonsäule wird als Spülgas in die Anlagenumgebung abgeblasen.
Der beim Betrieb des Rohargonkondensators auf der Kühlmittelseite anfallende
Dampf wird in die Niederdrucksäule gespeist.
Die in vorbeschriebener Weise in die Flüssigluftsäule eingespeiste dampfförmige und
flüssige Prozessluft wird unter einem Druck, der zwischen dem Betriebsdruck der
Druck- und der Niederdrucksäule liegt und der sich bei Einsatz von flüssiger Luft als
Kühlmedium bei ca. 2,3 bis 2,6 bar einstellt, mittels der sowohl ober- als auch
unterhalb der Einspeisestelle angeordneten, als konventionelle Böden und/oder
geordnete Packungen oder Füllkörper ausgebildeten Rektifiziereinrichtungen in ein
gasförmiges sauerstoffarmes Kopfprodukt und in eine sauerstoffreiche
Sumpfflüssigkeit zerlegt.
Die in der Flüssigluftsäule rektifizierte Sumpfflüssigkeit wird in einem
Sumpfverdampfer teilweise verdampft, um unterhalb der Einspeisestelle der
verflüssigten Luft eine Rektifikation zu ermöglichen und dadurch den
Sauerstoffgehalt der Sumpfflüssigkeit und damit die Ausbeute an Kopfprodukt zu
steigern.
Vorteilhaft wird zur Beheizung des Sumpfverdampfers die latente Wärme eines
überwiegend gasförmigen Prozessmediums und/oder die sensible Wärme einer aus
dem Prozess ausgekoppelten Flüssigkeit genutzt.
Als Heizmedium zum zumindest teilweisen Verdampfen von in der Flüssigluftsäule
vorliegenden Sumpfflüssigkeit findet ein aus dem Prozess ausgekoppelter Strom, wie
beispielsweise Sumpfflüssigkeit der Drucksäule, ein dampfförmiger Seitengasstrom
oder Kopfproduktstrom der Drucksäule und besonders bevorzugt ein dampfförmiger
Seitenabzug der Rohargonsäule Verwendung, welche einzeln oder in Kombination in
einen Sumpfverdampfer der Flüssigluftsäule eingespeist werden.
Zum Verdampfen von Sumpfflüssigkeit in der Flüssigluftsäule kann auch der
Einsatzstoff selber, also unter Druck stehende, tiefkalte gasförmige Prozessluft
herangezogen werden, indem sie vor der Drosselung auf das Druckniveaus der
Flüssigluftsäule durch den Sumpfverdampfer der Flüssigluftsäule geführt wird und
dort durch Abgabe der in dem Gasstrom enthaltenen sensiblen Wärme Auftriebsgas
für die Flüssigluftsäule erzeugt.
Das bei der Verflüssigung des dampfförmigen Kopfprodukts im Kondensator der
Flüssigluftsäule zumindest teilweise verflüssigte Prozessmedium wird als Rücklauf in
die Druck- und Niederdrucksäule eingespeist bzw. als flüssiges Stickstoffprodukt
abgezogen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der aus dem
Wärmetauschernetzwerk abgezogene Teilstrom der Prozeßluft, der nach der
Drosselung auf das Druckniveau der Druck- bzw. Flüssigluftsäule in überwiegend
flüssiger Form vorliegt, gedrosselt und als überwiegend flüssige Prozessluft direkt
und vollständig in die Drucksäule eingespeist und aus der Drucksäule flüssige
Seitenabzüge als Kühlflüssigkeit für den Kondensator und als Einsatzflüssigkeit für
die Flüssigluftsäule sowie als Rücklauf für die Niederdrucksäule abgezogen.
Falls bei der Drosselung mit einer starken Dampfentwicklung zu rechnen ist, so hat
es sich als günstig erwiesen, die Prozessluft vor der Drosselung in einem im Sumpf
der Drucksäule angeordneten Verdampfer durch indirekten Wärmeaustauch mit
dabei verdampfender Sumpfflüssigkeit der Drucksäule vorzukühlen.
Des Weiteren hat es sich als günstig erwiesen, die gesamte zu verflüssigende Luft
direkt in die Flüssigluftsäule einzuspeisen und an der Einspeisestelle flüssige
Seitenabzüge vorzusehen, um flüssige Luft sowohl als Kühlmedium zum Betrieb des
Kondensators der Flüssigluftsäule als auch als Rücklaufflüssigkeit für die
Niederdrucksäule abzuziehen, wenn aus apparativen Gründen auf eine
vorhergehende Einspeisung des Flüssigluftstromes in die Drucksäule verzichtet
werden soll.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der gesamte aus
dem Wärmetauschernetzwerk abgezogene und nach der Drosselung überwiegend
flüssige Luftstrom in einem bei dem Betriebsdruck der Flüssigluftsäule betriebenen
Abscheidebehälter, der über eine Gasleitung direkt mit der Flüssigluftsäule
verbunden ist, hinein entspannt. Aus dem Abscheidebehälter werden der bei der
Drosselung entstehende Dampf sowie ein Teil der flüssigen Luft als Einsatzströme in
die Flüssigluftsäule eingespeist, ein weiterer Teil der flüssigen Luft wird als
Kühlmedium zum Kondensator der Flüssigluftsäule geleitet und der verbleibende Teil
der flüssigen Luft als Rücklaufflüssigkeit sowohl in die Niederdruck- als auch in die
Drucksäule eingespeist. Dadurch dass der Behälter in ausreichender Höhe in der
Coldbox angeordnet wird, ist es möglich, Flüssigkeit aus dem Abscheidebehälter
allein unter Ausnutzung der geodätischen Höhendifferenz in die Drucksäule
einzuspeisen. Diese Anordnung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn
größere Mengen an Prozessluft verflüssigt werden und/oder bei der Drosselung mit
hohem Dampfanfall zu rechnen ist.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung nach den Merkmalen der
Patentansprüche 14 bis 20.
Die erfindungsgemäße Tieftemperaturzerlegung von Luft zur Gewinnung von
Stickstoff, Sauerstoff und Argon weist nachfolgend aufgeführte wesentliche Vorteile
gegenüber dem bekannten Stand der Technik auf:
Erfindungsgemäß wird in der Flüssigluftsäule ein rektifikatorisch nicht vorbehandelter Flüssigluftstrom eingesetzt, der einen höheren Stickstoffstoffanteil als die bisher gemäß US 5 715 706 eingesetzte Sumpfflüssigkeit der Drucksäule aufweist, wodurch bei gleichem Sauerstoffgehalt der Sumpfflüssigkeit in der Flüssigluftsäule und RL- Flash-Säule eine höhere Ausbeute an Stickstoff und durch den daraus resultierenden zusätzlichen Säulenrücklauf, eine Leistungsoptimierung der Flüssigluftsäule erzielt wird.
Erfindungsgemäß wird in der Flüssigluftsäule ein rektifikatorisch nicht vorbehandelter Flüssigluftstrom eingesetzt, der einen höheren Stickstoffstoffanteil als die bisher gemäß US 5 715 706 eingesetzte Sumpfflüssigkeit der Drucksäule aufweist, wodurch bei gleichem Sauerstoffgehalt der Sumpfflüssigkeit in der Flüssigluftsäule und RL- Flash-Säule eine höhere Ausbeute an Stickstoff und durch den daraus resultierenden zusätzlichen Säulenrücklauf, eine Leistungsoptimierung der Flüssigluftsäule erzielt wird.
Die Erfindung ist besonders dann vorteilhaft einsetzbar, wenn flüssige Produkte,
bevorzugt flüssiger Sauerstoff oder Stickstoff, aus den Rektifiziersäulen des
Rektifiziersystems abgezogen werden sollen, um lediglich flüssige Produkte zu
erzeugen oder um die flüssigen Produkte im Gegenstrom mit verdichteter Luft zu
verdampfen (Innenverdichtungsanlagen und Flüssiganlagen mit integriertem
Luftverflüssiger).
Die bei den bekannten Verfahren zur Luftzerlegung ebenfalls anfallende unter Druck
stehende, tiefkalte Luft, die sich aufgrund der Drosselung auf das Druckniveau der
verschiedenen Rektifiziersäulen zumindest teilweise verflüssigt, würde bei
herkömmlicher Prozeßführung als Rücklaufflüssigkeit in die Druck- bzw.
Niederdrucksäule eingespeist und würde dabei die Rücklaufverhältnisse in diesen
Säulen nur unwesentlich verbessern.
Durch die erfindungsgemäße Vortrennung der verflüssigten Luft in der
Flüssigluftsäule wird ein sauerstoffarmes Kopfprodukt erzeugt, dass oberhalb der
Einspeisestelle für die flüssige Luft in die Niederdrucksäule als zusätzlicher Rücklauf
eingespeist werden kann, wodurch sich die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
erzielbare Argonausbeute um 5 bis 10% verbessert.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäß mit Flüssigluft bespeisten
Flüssigluftsäule liegt darin, dass in der Niederdrucksäule ein reines gasförmiges
Stickstoffprodukt erzeugt werden kann, ohne dafür in der Drucksäule eine
entsprechend sauerstoffarme Waschflüssigkeit erzeugen zu müssen.
Dadurch, dass die zur Erzeugung des reinen Stickstoffproduktes in der
Niederdrucksäule erforderliche Rücklaufflüssigkeit vor Kopf der Flüssigluftsäule
abgezogen wird, kann die Drucksäule mit bis zu 15 bis 20 Trennstufen weniger
versehen und dementsprechend die Bauhöhe der Coldbox verringert und somit die
Anlagenkosten wesentlich verringert werden.
Besonders bewährt hat sich eine Verfahrensweise, bei der - im Unterschied zu
US 5 715 706 - zur Kühlung des Kopfkondensators der Flüssigluftsäule
rektifikatorisch unbehandelte verflüssigte Prozessluft oder ein flüssiger Seitenabzug
der Flüssigluftsäule, welcher an der Einspeisestelle der Flüssigluftsäule entnommen
wird, Verwendung findet. Dazu wird die verflüssigte Prozessluft bzw. der flüssige
Seitenabzug der Flüssigluftsäule direkt oder nach weiterer Vorkühlung auf das
Druckniveau der Niederdrucksäule gedrosselt und dem Kopfkondensators der
Flüssigluftsäule zugeführt.
Durch den Betrieb des Kopfkondensators mit verflüssigter Luft wird erreicht, dass der
Betriebsdruck der Flüssigluftsäule nur um etwa 1 bar über dem der Niederdrucksäule
liegt, wodurch im Vergleich zur Drucksäule der Trennaufwand, d. h. die Anzahl der
Trennstufen um bis zu 10 verringert und/oder die benötigte Rücklaufmenge gesenkt
und damit die Stickstoffausbeute in der Flüssigluftsäule entsprechend gesteigert wird.
Vorteilhaft ergeben sich durch den druckreduzierten Betrieb der Flüssigluftsäule eine
Vielzahl von, dem jeweiligen spezifischen Rektifiziersystem optimal angepaßte
Integrationsmöglichkeiten für die Flüssigluftsäule.
Des Weiteren hat es sich als besonders günstig erwiesen, zusätzlich zu der
bekannten Beheizung des Sumpfverdampfers der Flüssigluftsäule dampfförmiges
Kopfprodukt der Drucksäule, auch die sensible Wärme aus dem Sumpfprodukt der
Drucksäule und/oder eines aus dem Wärmetauschernetzwerk abgezogenen, unter
Druck stehenden und bei der Drosselung auf das Druckniveau der Druck- bzw. der
Flüssigluftsäule verflüssigten, tiefkalten Luftteilstrom einzusetzen.
Dazu wird die aus dem Anlagenprozess ausgekoppelte Wärme mittels des
Sumpfverdampfers derart in die Flüssigluftsäule eingekoppelt, dass die
Sauerstoffkonzentration in der Sumpfflüssigkeit der Flüssigluftsäule zwischen 45 und
70 Prozent beträgt. Auf diese Weise kann der Umsatz in der Flüssigluftsäule und
damit die Ausbeute an sauerstoffarmes Kopfprodukt in der Flüssigluftsäule,
besonders im Vergleich zur Drucksäule, so gesteigert werden, dass für die obere
Sektion der Niederdrucksäule bis zu 12% mehr Rücklauf zur Verfügung steht.
Dadurch, dass aus der Rohargonsäule ein dampfförmiger Seitenstrom mit einem
Sauerstoffgehalt von 30 bis 90% abgezogen und in der Sumpfheizung der
Flüssigluftsäule durch indirekten Wärmetausch zumindest teilweise verflüssigt und
wieder in die Rohargonsäule eingespeist wird, sind folgende wesentlichen Vorteile
erzielbar:
- - Verringerung der Irreversibilitäten bei der Luftzerlegung aufgrund der geringen Temperaturunterschiede der beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Heiz- und Kühlmedien;
- - Variabilität hinsichtlich Anlagenkosten, Energieeinsatz und Produktausbeuten durch den einen optimalen Temperaturgradient in der Sumpfheizung der Flüssigluftsäule ermöglichenden Rohargonsäulen-Anstich;
- - Senkung der Anlagenkosten für die Coldbox und für die Rektifiziersäule durch Verringerung der Rektifiziereinrichtungen und anderer Einbauten sowie Verringerung des Querschnitts der Rohargonsäule oberhalb des Seitengasabzugs;
- - Verringerung der Anlagenkosten durch Einsatz eines Kopfkondensators mit kleinerer Abmessung in der Rohargonsäule.
Es können zwischen 7 und 12% des in der Rohargonsäule aufsteigenden Dampfes
als Heizmedium für die Sumpfheizung der Flüssigluftsäule eingesetzt werden, ohne
dass die Argonausbeute bei gleicher Anzahl von theoretischen Trennstufen in der
Rohargonsäule um mehr als 0,5% sinkt.
Erfindungsgemäß wird nicht nur die Ausbeute an sauerstoffarmen Kopfprodukt in der
Flüssigluftsäule erhöht, sondern zudem auch die Irreversibilitäten in der
Rohargonsäule vermindert.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein flüssiger
Seitenabzug oder ein Teil des Sumpfprodukts der Flüssigluftsäule zur Kühlung des
Kopfkondensators der Reinargonsäule eingesetzt werden kann. Durch den Einsatz
des Seitenabzugs bzw. Sumpfprodukts der Flüssigluftsäule als Kondensations
medium in der Reinargonsäule kann das bei herkömmlicher Prozessführung zu
diesem Zweck eingesetzte flüssige Kopfprodukt der Drucksäule substituiert und
stattdessen als zusätzliche Rücklaufflüssigkeit in der Niederdrucksäule eingesetzt
werden, wodurch sich die Argonausbeute noch einmal zusätzlich erhöht und/oder die
Anzahl der Trennstufen in der Niederdrucksäule verringert werden kann.
Außerdem ist durch die im Reinargonkondensator erfolgende zusätzliche
Auftrennung des an einer prozesstechnisch günstigen Stelle in die Niederdrucksäule
aus der Flüssigluftsäule eingespeisten Sumpfprodukts eine weitere Verringerung des
Trennaufwandes und damit eine Optimierung des Trennprozesses in der
Niederdrucksäule möglich.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die verflüssigte
Luft zunächst vollständig oder teilweise in die Drucksäule eingespeist und aus der
Drucksäule in Form von flüssigen Seitenabzügen als Einsatzmedium für die
Flüssigluftsäule, sowie als Kondensationsmedium für den Kopfkondensator der
Flüssigluftsäule verwandt und der verbleibende Anteil der flüssigen Luft als
Rücklaufflüssigkeit in die Niederdrucksäule eingespeist.
Besonders bewährt hat sich eine Verfahrensweise, bei der die verflüssigte Luft vor
der Entspannung und Aufteilung auf die Druck-, Niederdruck- und Flüssigluftsäule
durch einen im Sumpf der Drucksäule angeordneten Verdampfer geleitet und dort
durch indirekten Wärmetausch vorgekühlt wird, wodurch sich die Irreversibilitäten des
Drosselvorgangs minimieren lassen und durch den als nicht vollständige theoretische
Trennstufe wirkenden Sumpfverdampfer die Ausbeute an Kopfprodukt in der
Drucksäule erhöht wird.
In einer weiteren vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Luftzerlegung
wird der Flüssigluftsäule des Rektifiziersystems ein in möglichst großer Höhe in der
Coldbox angeordneter Abscheidebehälter vorgeschaltet. In den mit gleichem
Betriebsdruck wie die Flüssigluftsäule arbeitenden Abscheidebehälter wird der
tiefkalte unter Druck stehende Flüssigluftstrom hinein entspannt. Der bei der
Entspannung in dem Abscheidebehälter entstehende Dampf wird mit einem
Teilstrom der bei der Drosselung verflüssigten Luft in die nachgeschaltete
Flüssigluftsäule eingespeist.
Es hat sich als günstig erwiesen, zusätzlich gekühlte Flüssigluft als Kühlmedium in
den Kopfkondensator der Flüssigluftsäule hinein zu entspannen. Die nicht in die
Flüssigluftsäule und als Kühlmedium für den Kopfkondensator der Flüssigluftsäule
benötigte Flüssigluft wird in die Druck- und Niederdrucksäule eingespeist.
Da mit der Flüssigluftsäule eine zusätzliche Quelle von Rücklaufflüssigkeit für die
Niederdrucksäule vorhanden ist, kann in der Niederdrucksäule ein reines
Stickstoffprodukt mit einem Restsauerstoffgehalt von 0,5 bis 10 ppm erzeugt werden,
ohne dass dafür in der Drucksäule ein entsprechend reine Rücklaufflüssigkeit erzeugt
werden muß, wodurch in der Drucksäule weniger Trennstufen zur Erzeugung eines
Kopfproduktes mit Restsauerstoffgehalten von 0,5 bis 2 Vol.-% benötigt werden,
ohne dass die Argon- und Sauerstoffausbeute in der Niederdrucksäule davon negativ
beeinflusst wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten,
bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur
Luftzerlegung mit einer zur Luftvorrektifizierung eingesetzten Flüssigluftsäule
mit Rohargongewinnung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur
Luftzerlegung mit einer zur Luftvorrektifizierung eingesetzten Flüssigluftsäule
Rohargongewinnung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur
Luftzerlegung mit aus Abscheider und Flüssigluftsäule bestehender
Luftvorrektifizierung mit Roh- und Reinargongewinnung;
Fig. 4 eine graphische Darstellung der Irreversibilitäten in der Rohargonsäule bei
Abzug eines dampfförmigen Teilstromes;
In ein in Fig. 1 schematisch dargestelltes Rektifiziersystem mit einer aus Druck- und
Niederdrucksäule 1, 3 mit gemeinsamen Hauptkondensator 2 bestehenden
Rektifiziersäule, welche mit einer Rohargon- und Flüssigluftsäule 10, 17 verbunden
ist, wird die gesamte Prozessluft vor ihrer Einspeisung in ein aus der Gesamtheit aller
in der Coldbox angeordneten Wärmetauscher, wie beispielsweise Hauptwärme
tauscher, Tiefkühler und/oder weitere separate Wärmetauscher bestehendes
Wärmetauschernetzwerk auf ein nur geringfügig höheres Druckniveau als das der
Drucksäule 1, welches sich üblicherweise zwischen 4 und 6 bar bewegt, verdichtet
und auf Umgebungstemperaturniveau von störenden Nebenbestandteilen wie
Wasserdampf und Kohlendioxid, gereinigt. Ein Teilstrom der so vorgereinigten Luft,
dessen Anteil an der Gesamtluft von der Menge der flüssigen bzw. innenverdichteten
gasförmigen Produkte abhängt, wird vor der Einspeisung in das
Wärmetauschernetzwerk auf einen Druck, der sich nach dem geforderten
Druckniveau der aus der Anlage abzuziehenden innenverdichteten Produktströme
richtet und üblicherweise zwischen 10 und 80 bar liegt, nachverdichtet. Die auf dem
Druckniveau der Drucksäule 1 zur Verfügung stehende verdichtete und gereinigte
Prozessluft wird in dem Wärmetauschernetzwerk, bis in die Nähe ihres Taupunkts
abgekühlt und als überwiegend dampfförmiger erster Teilstrom 4 über eine Leitung
63 direkt unterhalb von Rektifiziereinrichtungen 47 in die mittels des
Hauptkondensators 2 mit der Niederdrucksäule 3 thermisch gekoppelten Drucksäule
1 eingespeist.
Der auf das höhere Druckniveau geförderte zweite Teilstrom 5 der Prozessluft wird
ebenfalls im Wärmetauschernetzwerk abgekühlt und in eine Leitung 64 mit Drossel
45 auf das Druckniveau der Drucksäule entspannt und als flüssiger Luftteilstrom 5b
zusammen mit dem bei der Entspannung in der Drossel 45 entstandenen
dampfförmigen Luftteilstrom 5c über eine Leitung 65 oberhalb der unteren
Rektifiziereinrichtungen 47 in die Drucksäule 1 eingespeist. Mit dem Begriff der
Drossel wird in diesem Zusammenhang jede zur Druckreduzierung geeignete
Einrichtung, wie beispielsweise eine Armatur mit beweglichen Teilen, aber auch eine
einfache Querschnittsverjüngung der Leitung, bezeichnet. Die in die mit
Rektifiziereinrichtungen 47 in Form von unterschiedlich angeordneten
konventionellen Böden und/oder geordneten Packungen oder Füllkörpern
ausgerüstete Drucksäule 1 unterhalb der unteren Rektifiziereinrichtungen 47
eingespeiste überwiegend dampfförmige Prozessluft 4 wird gemeinsam mit dem im
unteren Bereich oberhalb der unteren Rektifiziereinrichtungen 47 der Drucksäule 1
eingespeisten flüssigen Luftteilstrom 5b und dem dampfförmigen Luftteilstrom 5c in
ein sauerstoffreiches flüssiges Sumpfprodukt 6 und in ein sauerstoffarmes
dampfförmiges Stickstoffprodukt 7 mit einem Restsauerstoffgehalt von üblicherweise
0,5-10 ppm zerlegt. Das am Kopf der Drucksäule 1 anfallende dampfförmige
Stickstoffprodukt wird teilweise als dampfförmiges Druckstickstoffprodukt 7a über
eine Leitung 40 abgezogen und der in der Drucksäule 1 verbleibende Produktanteil in
dem Kondensator 2 mittels indirekten Wärmeaustausch mit dabei verdampfenden
flüssigen Sumpfprodukt 8 der Niederdrucksäule 3 kondensiert. Das auf diese Weise
erzeugte Kondensat wird über ein Leitung 9 als Rücklaufflüssigkeit auf die Druck-
und Niederdrucksäule 1, 3 verteilt bzw. als flüssiges Stickstoffprodukt 7b über eine
Leitung 41 mit einem Restsauerstoffgehalt von 0,5 bis 10 ppm abgezogen. Der durch
den Kondensator 2 an den Betriebsdruck der Niederdrucksäule 3 von üblicherweise
1, 2 bis 1,6 bar gekoppelte Betriebsdruck der Drucksäule 1 liegt zwischen 4 und 6 bar.
Die in der Drucksäule 1 rektifizierte Sumpfflüssigkeit 6 wird durch eine mit einer
Drossel 48a ausgerüsteten Leitung 48 als Rücklauf in die Niederdrucksäule 3 und
über eine weitere mit einer Drossel 49a versehenen Leitung 49 als Kühlflüssigkeit in
den, bei gleichem Betriebsdruck wie die Niederdrucksäule 3 arbeitenden, in der
Regel als Thermosiphon ausgebildeten Kopfkondensator 11 der Rohargonsäule 10
hinein entspannt. Die in die mit Rektifiziereinrichtungen 50 in Form von
unterschiedlich angeordneten konventionellen Böden und/oder geordneten
Packungen oder Füllkörpern ausgerüsteten Niederdrucksäule 3 zugeführten flüssigen
und gasförmigen Ströme werden mit Hilfe des im Sumpf verdampfenden
sauerstoffreichen flüssigen Sumpfprodukts 8 bei einem Betriebsdruck von
üblicherweise 1,2 bis 1,6 bar in ein sauerstoffarmes dampfförmiges Stickstoffprodukt
12 mit einem Restsauerstoffgehalt von 0,2 bis 10 ppm und in das sauerstoffreiche
flüssige Sumpfprodukt 8 mit einem Sauerstoffgehalt von mindestens 99,5 Vol.-%
zerlegt.
Um gleichzeitig sowohl ein reines Stickstoffprodukt 12 als auch ein reines
Sauerstoffprodukt 8a, b über Leitung 43, 42 aus der Niederdrucksäule 3 abziehen
zu können, wird im oberen Abschnitt der Niederdrucksäule 3 auch ein mit Sauerstoff
verunreinigt dampfförmiger Stickstoffstrom 12a mit einem Sauerstoffgehalt von 0,1
bis 2% abgezogen.
Das in der Niederdrucksäule 3 rektifizierte flüssige Sauerstoffprodukt 8a kann über
eine Leitung 43 und das in der Niederdrucksäule 3 vorliegende dampfförmige
Sauerstoffprodukt 8b über eine Leitung 42 aus der Niederdrucksäule 3 zur weiteren
Verwendung abgezogen werden. Der in der Niederdrucksäule 3 verbleibende
Restanteil an Sumpfflüssigkeit 8 wird zur Aufrechterhaltung der Rektifikation durch
indirekten Wärmeaustausch in dem üblicherweise als Thermosiphon, in Sonderfällen
auch als Fallstromverdampfer, ausgebildeten Kondensator 2 verdampft. Aus der
Niederdrucksäule 3 wird im mittleren Säulenbereich, dem sogenannten Argonbauch,
ein einem Anteil von etwa 30% der vom Kondensator 2 aufsteigenden Dampfmenge
entsprechendes Argon-Sauerstoffgemisch 13 mit einem Argongehalt von
üblicherweise 8 bis 12 Vol.-% abgezogen und über eine Leitung 13a in die
Rohargonsäule 10 eingespeist. Das in die mit Rektifiziereinrichtungen 51 in Form von
unterschiedlich angeordneten Böden und/oder geordneten Packungen oder
Füllkörpern ausgerüstete Rohargonsäule 10 eingespeiste gasförmige Argon-
Sauerstoff-Gemisch wird in ein sauerstoffreiches flüssiges Sumpfprodukt 15 und in
ein sauerstoffarmes dampfförmiges Rohargonprodukt 14 rektifiziert. Das
Rohargonprodukt 14 wird als dampfförmiges bzw. flüssiges Rohargonprodukt 14a, b
mit einem Restsauerstoffgehalt von 0,2 bis 5 Vol.-% über eine Leitung 33a, 33b aus
der Rohargonsäule 10 zur weiteren Verwendung abgezogen. Der nicht als Produkt
vor Kopf der Rohargonsäule 10 abgezogene dampfförmige Rohargonstrom wird in
dem, üblicherweise als Thermosiphon ausgebildeten Kondensator 11 durch
indirekten Wärmeaustausch mit dabei verdampfenden Kühlmedium, üblicherweise
Sumpfflüssigkeit 6 der Drucksäule 1, kondensiert und als Rücklauf wieder in die
Rohargonsäule 10 eingespeist. Der bei der Kondensation auf der Kühlmittelseite im
Kondensator 11 erzeugte Dampf wird über eine Leitung 53 in dem mittleren Abschnitt
der Niederdrucksäule 3 eingespeist. Das in der Rohargonsäule 10 rektifizierte
sauerstoffreiche flüssige Sumpfprodukt 15 wird über eine Leitung 62 wieder in die
Niederdrucksäule 3 eingespeist. Aus dem unteren Abschnitt der Rohargonsäule 10
werden zwischen 7 und 15% des in der Rohargonseite aufsteigenden Dampfes als
Seitengas mit einem Sauerstoffgehalt von 20 bis 90 Vol.-% entnommen und über die
Leitung 20 einem Sumpfverdampfer 21 der Flüssigluftsäule 17 zugeführt, in dem das
Seitengas durch indirekten Wärmeaustausch mit dabei verdampfender
Sumpfflüssigkeit kondensiert und als Rücklaufflüssigkeit über die Leitung 52 wieder
in Rohargonsäule 10 eingespeist wird. Der nicht direkt in die Drucksäule 1
eingespeiste Teil des flüssigen Luftteilstroms 5b der Prozessluft wird mittels einer in
einer Leitung 46 angeordneten Drossel 46a auf den Betriebsdruck der
Flüssigluftsäule 17, welcher zwischen dem Betriebsdruck der Druck- und
Niederdrucksäule 1, 3 liegt, entspannt und zumindest teilweise als flüssiger
Luftteilstrom 5d zusammen mit dem bei der Entspannung erzeugten dampfförmigen
Luftteilstrom 5e, in die mit Rektifiziereinrichtungen 54 in Form von unterschiedlich
angeordneten konventionellen Böden und/oder geordneten Packungen oder
Füllkörpern ausgerüsteten Flüssigluftsäule 17 eingespeist. Die in der Flüssigluftsäule
17 eingespeisten Luftteilströme 5d, e werden mittels der Rektifiziereinrichtungen 54
in ein sauerstoffarmes dampfförmiges Stickstoffprodukt 18 mit einem
Restsauerstoffgehalt von 0,5 bis 10 ppm und in ein sauerstoffreiches flüssiges
Sumpfprodukt 19 rektifiziert. Das in der Flüssigluftsäule 17 rektifizierte flüssige
Sumpfprodukt 19 weist einen Sauerstoffgehalt von 40 bis 70 Vol.-% auf.
Der in die Flüssigluftsäule 17 eingespeiste flüssige Luftteilstrom 5d wird zu einem
überwiegenden Teil in Höhe seiner Einspeisestelle aus der Flüssigluftsäule 17 wieder
abgegriffen und über eine Leitung 23 mit Drossel 55 in einem Kopfkondensator 22
der Flüssigluftsäule 17 eingespeist. Die nicht in den Kopfkondensator 22 der
Flüssigluftsäule 17 eingespeiste flüssige Luft wird als flüssiger Lufteilstrom 5f über
eine Leitung 16 mittels Drossel 56 in den Bereich der oberen Rektifiziereinrichtungen
50 der Niederdrucksäule 3 hinein entspannt.
Der kühlmittelseitige Betriebsdruck des üblicherweise als Thermosiphon
ausgebildeten Kondensators 22 liegt nur geringfüg oberhalb des Betriebsdrucks der
Niederdrucksäule 3, so dass der bei der Verdampfung der Flüssigluft entstehende
Dampf über eine Leitung 25 in die Niederdrucksäule 3 eingespeist werden kann.
Durch den Betrieb des Kopfkondensators 22 mit der über Leitung 23 als Kühlmedium
zugeführten, nur einen Sauerstoffgehalt von 15 bis 23 Vol.-% aufweisenden flüssigen
Luft liegt das Flüssigbad des Kopfkondensators 22 in einem Temperaturbereich von
ca. 87 bis 89 K, sodass die Flüssigluftsäule 17 bei einem Betriebsdruck von 2, 2 bis
2,6 bar betrieben werden kann.
Das in der Flüssigluftsäule 17 vor Kopf anfallende sauerstoffarme dampfförmige
Stickstoffprodukt 18 wird als gasförmiges, sauerstoffarmes Kopfprodukt 18c aus der
Flüssigluftsäule 17 abgezogen und/oder durch indirekten Wärmeaustausch im
Kopfkondensator 22 mit dabei verdampfender flüssiger Luft kondensiert und teilweise
als Rücklaufflüssigkeit wieder in die Flüssigluftsäule 17 eingespeist. Das nicht als
Rücklaufflüssigkeit in die Flüssigluftsäule 17 eingespeiste Kondensat 18b wird über
eine Leitung 24 mittels Drossel 57 als zusätzlicher Rücklauf oberhalb der
Rektifiziereinrichtungen 50 in die Niederdrucksäule 3 eingespeist.
Der in einem Sumpfverdampfer 21 der Flüssigluftsäule 17 nicht verdampfte Anteil an
sauerstoffreichen flüssigen Sumpfprodukt 19 wird über eine Leitung 58 der
Niederdrucksäule 3 zugeführt.
Im Unterschied zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird in
Fig. 2 ein Rektifiziersystem gezeigt, bei dem in der Niederdrucksäule 1 zwar
ebenfalls ein reines Stickstoffprodukt 12 mit einem Restsauerstoffgehalt von 0,5 bis
10 ppm abgezogen wird, in dem aber die dazu benötigte Rücklaufflüssigkeit 18b
ausschließlich aus der Flüssigluftsäule 17 abgezogen wird.
In der Drucksäule 1 wird kein Druckstickstoffprodukt mehr erzeugt und dafür die
Anzahl der Trennstufen reduziert und vor Kopf ein flüssiger Stickstoffstrom 9a über
die Leitung 9 mit einem Restsauerstoffgehalt von 0,5 bis 3 Vol.-% abgezogen und als
Rücklaufflüssigkeit in die Niederdrucksäule 3 eingespeist.
Darüber hinaus wird in dem in Fig. 2 dargestellten erfindungsgemäßen
Rektifikationssystem, der aus dem Wärmetauschernetzwerk abgekühlte unter einem
Druck von 10 bis 80 bar stehende zweite Luftteilstrom 5 nicht wie in Fig. 1 gezeigt
auf das Druckniveau der Drucksäule gedrosselt, sondern vor der Druckabsenkung in
der Drossel 46a mittels einer Leitung 66 zum Sumpfverdampfer 21 geführt und durch
indirekten Wärmetausch mit dabei verdampfender Sumpfflüssigkeit vorgekühlt und
anschließend über die Leitung 46 zu der Drossel 46a geleitet und auf das
Druckniveau der Flüssigluftsäule 17 entspannt. Die verflüssigte Luft 5d wird
zusammen mit dem bei der Entspannung entstandenen Dampfstrom 5e vollständig in
die Flüssigluifsäule 17 eingespeist. Ein Teilstrom der verflüssigten Luft wird aus
einem Seitenabzug Flüssigluftsäule 17 wieder abgezogen und als Kühlflüssigkeit für
den Kondensator 22 sowie als Rücklaufflüssigkeit für die Niederdrucksäule 3
eingesetzt.
Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Rektifikationssystem, bei dem im Gegensatz zu
dem in Fig. 1 gezeigten Rektifikationssystem ein Teil des Sumpfprodukts 19 der
Flüssigluifsäule 17 über eine Leitung 59 als Kühlmedium in einen Kondensator 31
einer mit herkömmlichen Rektifiziereinrichtungen 39 ausgerüsteten Reinargonsäule
32 eingespeist wird, wobei der kühlmittelseitige Betriebsdruck des üblicherweise als
Thermosiphon ausgebildeten Reinargonkondensators 31 nur so geringfügig oberhalb
des Betriebsdruckes der Niederdrucksäule 3 liegt, dass die eingesetzte
verdampfende Sumpfflüssigkeit 19 zusammen mit dem Dampfstrom von dem
Rohargonkondensator 11 wieder in die Niederdrucksäule 3 eingespeist werden kann.
In die Reinargonsäule 32 wird dazu über die Leitung 33b ein flüssiges
sauerstofffreies Rohargonprodukt 14b eingespeist, dass in ein stickstoff- und
sauerstofffreies Sumpfprodukt 34 und ein stickstoffreiches Kopfprodukt 35 rektifiziert
wird. Das Kopfprodukt 35 wird als gasförmiger Inertstrom 38 über eine mit einer
Drossel 38a versehene Leitung 29 abgezogen und in die Umgebung abgeblasen.
Über eine weitere Leitung 69 wird der auf der Kühlmittelseite des Kondensators 31
entstehende Dampf in Höhe der Rektifiziereinrichtungen 50 in die Niederdrucksäule 3
eingespeist. Zur Erzeugung des für die Rektifikation benötigten Auftriebsgases wird
Sumpfflüssigkeit 34 durch indirekten Wärmeaustausch in einer Sumpfheizung 37 mit
dabei kondensierenden dampfförmigen Stickstoff 7a, der über eine Rohrleitung 36
aus der Drucksäule 1 eingespeist wird, verdampft. Der nicht verdampfte Teil an
Sumpfflüssigkeit 34 wird über eine Leitung 68 als Flüssigprodukt abgezogen und der
bei der Kondensation im Sumpfverdampfer 37 kondensierte flüssige Stickstoff über
eine Leitung 44 wieder in die Drucksäule 1 zurückgespeist-
Der weitere Unterschied des in Fig. 3 dargestellten Rektifikationssystems zu dem
Rektifiziersystem der Fig. 1 besteht darin, dass der aus dem Wärmetauscher
netzwerk abgezogene zweite Luffteilstrom 5 über eine mit einer Drossel 67a
versehene Leitung 67 direkt und vollständig in einen Abscheidebehälter 27 hinein
entspannt wird, dessen Betriebsdruck nur so geringfügig oberhalb dem der
Flüssigluftsäule 17 liegt, dass der gesamte bei der Drosselung entstehende Dampf
5e aus dem Abscheidebehälter 27 über eine Leitung 28 direkt in die Flüssigluftsäule
17 eingespeist werden kann. Der Abscheidebehälter 27 wird so weit oben in der
Coldbox angeordnet, dass ein Teil der flüssigen Luft 5d über die Leitung 59 aufgrund
der geodätischen Höhendifferenz in die Drucksäule 1 eingespeist werden kann. Aus
dem Abscheidebehälter 27 wird darüber hinaus noch mindestens ein weiterer Teil
des flüssigen Luftteilstroms 5d über die Leitung 59 abgezogen und in die
Flüssigluftsäule 17 eingespeist. Der Abzug von Kühlmedium für den Kondensator 22
der Flüssigluftsäule 17 sowie von Rücklaufflüssigkeit 5f erfolgt wie bereits in Fig. 1
gezeigt als Seitenabzug aus der Flüssigluftsäule 17 könnte aber alternativ auch direkt
aus dem Abscheidebehälter 27 erfolgen.
Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung der Irreversibilitäten in der Rohargonsäule
10 bei Betrieb mit und ohne Seitenkondensator 11. Dazu sind auf der Ordinate die
einzelnen Böden und auf der Abzisse der Exergieverlust als Maß für die
Irreversibilitäten auf jedem Boden aufgetragen. Man erkennt, daß die Fläche unter
der Kurve für den Exergieverlust der Rohargonsäule 10 mit Seitenabzug deutlich
kleiner ist, als die Kurve für eine Rohargonsäule 10 ohne Seitenabzug.
1
Drucksäule
2
Hauptkondensator
3
Niederdrucksäule
4
erster Teilstrom Prozessluft (überwiegend dampfförmig)
5
zweiter Teilstrom Prozessluft (10 bis 80 bar)
5
a überwiegend flüssiger Luftteilstrom (von
5
)
5
b flüssiger Luftteilstrom
5
c dampfförmiger Luftteilstrom
5
d flüssiger Lufttteilstrom
5
e dampfförmiger Luftteilstrom
5
f flüssiger Luftteilstrom
6
sauerstoffreiches flüssiges Sumpfprodukt (
1
)
7
sauerstoffarmes dampfförmiges Stickstoffprodukt (
1
)
7
a dampfförmig abgezogenes Stickstoffprodukt (
1
)
7
b flüssig abgezogenes Stickstoffprodukt (
1
)
8
sauerstoffreiches flüssiges Sumpfprodukt (
3
)
8
a dampfförmig abgezogenes Sauerstoffprodukt (
3
)
8
b flüssig abgezogenes Sauerstoffprodukt (
3
)
9
Flüssigleitung (Kondensat von
7
)
9
a flüssiger Stickstoffstrom
10
Rohargonsäule
11
Kondensator (
10
)
12
sauerstoffarmes dampfförmiges Stickstoffprodukt
12a. . . mit Sauerstoff verunreinigtes dampfförmiges Stickstoffprodukt
12a. . . mit Sauerstoff verunreinigtes dampfförmiges Stickstoffprodukt
13
gasförmiges argonreiches Argon-Sauerstoff-Gemisch
13
a Gasleitung (
13
)
14
sauerstoffarmes dampfförmiges Rohargonprodukt (
10
)
14
a dampfförmig abgezogenes Rohargonprodukt
14
b flüssig abgezogenes Rohargonprodukt (
10
)
15
sauerstoffreiches flüssiges Sumpfprodukt (
10
)
16
Flüssigleitung (
5
f)
17
Flüssigluftsäule
18
Gasförmiges sauerstoffarmes Kopfprodukt (
17
)
18
a als Flüssigkeit abgezogenes Stickstoffprodukt (
17
)
18
b flüssig zur Niederdrucksäule (
1
) abgezogenes Stickstoffprodukt (
17
)
18
c dampfförmig entnommenes sauerstoffarmes Kopfprodukt (
17
)
19
Flüssiges sauerstoffreiches Sumpfprodukt (
17
)
20
gasförmiger Seitenabzug (
10-21
)
21
Sumpfverdampfer (
17
)
22
Kopfkondensator (
17
)
23
Flüssigleitung (
17-22
)
24
Flüssigleitung (
17-3
)
25
Dampfstrom (
22-3
)
26
-
27
Abscheidebehälter
28
Gasleitung (
27-17
)
29
Gasleitung (
32
-Umgebung)
30
-
31
Kopfkondensator (
32
)
32
Reinargonsäule
33
a Gasleitung (
14
a)
33
b Flüssigleitung (
14
b)
34
Sumpfprodukt (
32
)
35
Kopfprodukt (
32
)
36
Gasleitung (
1-32
)
37
Sumpfverdampfer (
32
)
38
Abgezogener gasförmiger Inertstrom (
32
)
38
a Drossel (
38
)
39
Rektifiziereinrichtungen (
32
)
40
Gasleitung (
7
a)
41
Flüssigleitung (
7
b)
42
Gasleitung (
8
b)
43
Flüssigleitung (
8
a)
44
Flüssigleitung (
32-1
)
45
Drossel (
5
)
46
Flüssigleitung (
5
b)
46
a Drossel (in
46
)
47
Rektifiziereinrichtungen (
1
)
48
Flüssigleitung (
6
)
48
a Drossel (in
48
)
49
Flüssigleitung (
6
)
49
a Drossel (in
49
)
50
Rektifiziereinrichtungen (
3
)
51
Rektifiziereinrichtungen (
10
)
52
Flüssigleitung (
17-10
)
53
Dampfleitung (
10-3
)
54
Rektifiziereinrichtungen (
17
)
55
Drossel (
23
)
56
Drossel (
16
)
57
Drossel (in
24
)
58
Flüssigleitung (
17-3
)
59
Flüssigleitung (
17-31
)
59
a Drossel (
59
)
60
Flüssigleitung (
27-17
)
61
-
62
Flüssigleitung (
15
)
63
Flüssigleitung (
4
)
64
Flüssigleitung (
5
a, b,
65
Flüssigleitung (
5
a, b, c)
66
Flüssigleitung (
5
)
67
Flüssigleitung (
5
)
67
a Drossel (in
67
)
68
Flüssigleitung (
34
)
69
Gasleitung (
34-3
)
Claims (20)
1. Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft zur Gewinnung von Stickstoff,
Sauerstoff und Argon, bei welchem in einem Rektifiziersystem mit mindestens
einer mittels Hauptkondensator (2) thermisch miteinander gekoppelten Druck-
und Niederdrucksäule (1, 3), mit mindestens einer Rohargonsäule (10) und
einer Flüssigluftsäule (17) verbundenen zweistufigen Rektifiziersäule:
- a) verdichtete, vorgereinigte, in einem Wärmetauschernetzwerk vorgekühlte Prozessluft in einem ersten überwiegend gasförmigen Teilstrom (4) direkt in die Drucksäule (1) und in einem zweiten Teilstrom (5) nach Drosselung (45) auf den Betriebsdruck der Drucksäule (1) überwiegend flüssigen Teilstrom (5a) zumindest teilweise als flüssiger Luftteilstrom (5b) zusammen mit dem bei der Drosselung (45) entstehenden gasförmiger Luftteilstrom (5c) in die Drucksäule (1) und ein weiterer Teil des flüssigen Luftteilstroms (5b) nach weiterer Drosselung (46a) auf den Betriebsdruck der Flüssigluifsäule (17) zumindest teilweise als flüssiger und gasförmiger Luftteilstrom (5d, e) in die Flüssigluftsäule (17) und aus der Flüssigluftsäule (17) als überwiegend flüssiger Luftteilstrom (5f) nach Drosselung (56) in die Niederdrucksäule (3) eingespeist werden;
- b) die in die Drucksäule (1) eingespeiste Prozessluft (4, 5a, b, c) mittels Rektifiziereinrichtungen (47) in ein sauerstoffreiches flüssiges Sumpfprodukt (6) und in ein sauerstoffarmes dampfförmiges Stickstoffprodukt (7) rektifiziert und das am Kopf der Drucksäule (1) vorliegende sauerstoffarme Stickstoffprodukt (7) als gasförmiges und/oder flüssiges Produkt (40, 41) zumindest teilweise abgezogen werden;
- c) das in der Drucksäule (1) rektifizierte dampfförmige Stickstoffprodukt (7) mittels des Hauptkondensators (2) in indirektem Wärmeaustausch mit dabei verdampfendem sauerstoffreichen flüssigen Sumpfprodukt (8) der Niederdrucksäule (3) zumindest teilweise kondensiert und das bei der Verdampfung anfallende Kondensat zumindest teilweise als Rücklauf (9) wieder in die Druck- und Niederdrucksäule (1, 3) eingespeist wird;
- d) das sauerstoffreiche flüssige Sumpfprodukt (6) der Drucksäule (1) als Kühlmedium für einen Kondensator (11) der Rohargonsäule (10) und/oder als Rücklaufflüssigkeit der Niederdrucksäule (3) zugeführt wird;
- e) aus den der Niederdrucksäule (3) zugeführten Medien das sauerstoffreiche flüssige Sumpfprodukt (8) und ein sauerstoffarmes dampfförmiges Stickstoffprodukt (12) rektifiziert und aus dem Sumpf (8) der Niederdruck säule (3) ein dampfförmiges und/oder flüssiges Sauerstoffprodukt (8a, b) abgezogen werden;
- f) das in der Niederdrucksäule (3) mittels Rektifiziereinrichtungen (50) rektifizierte Sumpfprodukt (8) gemäß Schritt 1c) zumindest teilweise zu Rektifikationsdampf für die Niederdrucksäule (3) verdampft und vor Kopf der Niederdrucksäule (3) als Stickstoffprodukt (12) abgezogen wird.
- g) aus der Niederdrucksäule (3) ein gasförmiges argonreiches Argon-Sauer stoff-Gemisch abgezogen (13) und in die Rohargonsäule (10) eingespeist und in dieser mittels Rektifiziereinrichtungen (51) in ein sauerstoffarmes dampfförmiges Rohargonprodukt (14) und in ein sauerstoffreiches flüssiges Sumpfprodukt (15) zerlegt wird;
- h) das am Kopf der Rohargonsäule (10) vorliegende sauerstoffarme dampf förmige Rohargonprodukt (14) durch indirekten Wärmeaustausch mit einem flüssigen Prozessmedium, wie beispielsweise mit flüssigem Sumpfprodukt (6) der Drucksäule (1), zumindest teilweise kondensiert und zumindest teilweise als Rücklauf der Rohargonsäule (10) zugeführt wird;
- i) aus der Rohargonsäule (10) das Rohargonprodukt (14) zumindest teilweise als dampfförmiges oder flüssiges Produkt (14a, b) abgezogen und/oder zumindest teilweise in eine Reinargonsäule (32) zur Gewinnung von sauer- und stickstofffreiem Reinargonprodukt (34) eingespeist werden;
- j) aus der gemäß Schritt 1a) als flüssiger oder dampfförmiger Luftteilstrom (5d, e) in die ober- und unterhalb der Einspeisestelle mit Rektifiziereinrichtungen (54) ausgerüsteten und mit einem zwischen dem der Druck- und Nieder drucksäule (1, 3) liegenden Betriebsdruck betriebenen Flüssigluftsäule (17) eingespeisten Prozessluft ein sauerstoffarmes dampfförmiges Kopfprodukt (18) und ein sauerstoffreiches flüssiges Sumpfprodukt (19) rektifiziert werden;
- k) das in der Flüssigluftsäule (17) rektifizierte sauerstoffreiche flüssige Sumpf produkt (19) teilweise mittels eines mit überwiegend gasförmigem Prozessmedium betriebenen Sumpfverdampfers (21) durch indirekten Wärmetausch verdampft wird;
- l) das in der Flüssigluftsäule (17) vorliegende sauerstoffarme dampfförmige Kopfprodukt (18) mittels eines mit überwiegend flüssigem Prozessmedium betriebenen Kopfkondensators (22) zumindest teilweise verflüssigt und anfallendes Kondensat zumindest teilweise als Rücklauf in die Flüssigluft- und Niederdrucksäule (17, 3) eingespeist wird;
- m) ein in dem Kondensator (22) der Flüssigluftsäule (17) bei der Verdampfung des überwiegend flüssigen Prozessmediums entstehender Dampfstrom (25) sowie zumindest ein Teil des flüssigen Sumpfprodukts (19) in die Niederdrucksäule (3) eingespeist werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum zumindest teilweisen Verflüssigen des sauerstoffarmen dampf
förmigen Kopfprodukts (18) der Flüssigluftsäule (17) eine, bevorzugt gekühlte
und auf das Druckniveau der Niederdrucksäule (3) gedrosselte Teilmenge des
flüssigen Luftteilstroms (5d) Verwendung findet, wobei der bei der Verflüssigung
des Kopfprodukts (18) entstehende Dampf (25) in die Niederdrucksäule (3)
eingespeist wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das sauerstoffarme dampfförmige Kopfprodukt (18) der Flüssigluftsäule
(17) als flüssiges oder gasförmiges Stickstoffprodukt (18a, c) abgezogen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Prozessmedium zum teilweisen Verdampfen von flüssigem
Sumpfprodukt (19) der Flüssigluftsäule (17) das sauerstoffreiche flüssige
Sumpfprodukt (6) der Drucksäule (1) Verwendung findet, welches anschließend
als gekühlte Flüssigkeit der Niederdrucksäule (3) und/oder dem Kondensator
(11) der Rohargonsäule(10) zugeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Prozessmedium zum teilweisen Verdampfen von flüssigem Sumpf
produkt (19) der Flüssigluftsäule (17) ein aus der Rohargonsäule (10) in die
Flüssigluftsäule (17) eingespeister gasförmiger Seitenabzug (20) Verwendung
findet, welcher beim Verdampfen des flüssigen Sumpfprodukts (19) zumindest
teilweise kondensiert als Rücklauf (52) in die Rohargonsäule (10) wieder
eingespeist wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Prozessmedium zum teilweisen Verdampfen der Sumpfflüssigkeit (19)
der Flüssigluftsäule (17) ein aus der Drucksäule (1) abgegriffener
Seitengastrom, vorzugsweise das Kopfprodukt (7) der Drucksäule (1),
Verwendung findet, welches zumindest teilweise kondensiert wieder als
Rücklaufflüssigkeit in die Niederdrucksäule (3) und/oder als Kühlmedium in den
Kopfkondensator (11) der Rohargonsäule (10) eingespeist wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens ein flüssiger Seitenabzug (23) der Flüssigluftsäule (17) als
Kühlmedium für den Kondensator (22) der Flüssigluftsäule (17) und/oder als
Rücklaufflüssigkeit in die Druck- und/oder Niederdrucksäule (1, 3) eingespeist
wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der überwiegend flüssige zweite Teilstrom (5) der Prozessluft mindestens
teilweise als Heizmedium in den Sumpfverdampfer (21) der Flüssigluftsäule (17)
eingespeist, dort durch indirekten Wärmeaustausch mit verdampfender
Sumpfflüssigkeit (19) vorgekühlt, auf den Betriebsdruck der Flüssigluftsäule (17)
gedrosselt (46a) und mindestens ein Teilstrom der verflüssigten Luft (5d)
zusammen mit dem bei der Drosselung entstehenden Dampf (5e) in die
Flüssigluftsäule (17) eingespeist wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der überwiegend flüssige zweite Teilstrom (5) der Prozessluft direkt in die
Drucksäule (1) und aus der Drucksäule (1) mindestens ein flüssiger
Seitenabzug (46) als Kühlflüssigkeit in den Kondensator (22) der
Flüssigluftsäule (17), als Einspeisung in die Flüssigluifsäule (17) und ein
weiterer Teilstrom (5f) als Rücklauf in die Niederdrucksäule (3) eingespeist wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Teilstrom (5) der Prozessluft in einen Sumpfverdampfer der
Drucksäule (1) durch verdampfendes Sumpfprodukt (6) gekühlt und auf das
Druckniveau der Flüssigluftsäule (17) gedrosselt (46a) als flüssiger und
dampfförmiger Luftteilstrom (5d, e) in die Flüssigluftsäule (17) sowie aus der
Flüssigluftsäule (17) in die Niederdrucksäule (3) zumindest teilweise als
flüssiger Luftteilstrom (5f) eingespeist werden.
11. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der überwiegend flüssige Teilstrom (5) direkt in einen der Flüssigluftsäule
(17) vorgeschalteten Abscheidebehälter (27) hinein entspannt und der bei der
Entspannung entstehende Dampf (5e) zusammen mit mindestens einem
flüssigen Luftteilstrom (5b) aus dem Abscheidebehälter (27) in die
Flüssigluftsäule (17) eingespeist wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine aus dem in die Reinargonsäule (32) eingespeisten Rohargon (14a, b)
mittels Rektifiziereinrichtungen (39) in das sauerstoff- und stickstoffarme
flüssige und teilweise als flüssiges Reinargonprodukt abziehbares
Sumpfprodukt (34), mittels eines aus der Drucksäule (1) zugeführten
gasförmigen Prozessmediums (36) betriebenen Sumpfverdampfers (37)
teilweise verdampft und das aus dem Rohargon (14a, b) rektifizierte argonarme
dampfförmige Kopfprodukt (35) mittels eines Teilstroms der aus dem
Sumpfprodukt (19) der Flüssigluftsäule (17) abgezogenen Flüssigkeit
kondensiert und der nicht kondensierbare gasförmige Inertanteil des
Kopfprodukts als Spülung in die Anlagenumgebung abgeblasen wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Flüssigluftsäule (17) mit einem zwischen dem Druck der Druck- und
Niederdrucksäule (1, 3) liegenden Betriebsdruck, vorzugsweise mit einem
Betriebsdruck von kleiner als 2,3 bar, betrieben wird;
14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis
13 mit mindestens einer zweistufigen Rektifiziersäule, bestehend aus einer
Druck- und Niederdrucksäule (1, 3) mit einem gemeinsamen Kondensator (2),
welche mit einem Wärmetauschernetzwerk und mindestens einer
Rohargonkolonne (10) sowie mindestens einer Flüssigluftsäule (17) mittels mit
Mess-, Steuer- und Regel- und Fördereinrichtungen ausgerüsteten Leitungen
verbunden sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mit dem Wärmetauschernetz verbundene und mit Rektifizierein
richtungen (54), Kopfkondensator (22) und Sumpfverdampfer (21) sowie
Produktleitungen ausgerüstete Flüssigluftsäule (17) mittels Leitungen (46, 20,
52, 25, 24, 16, 58) mit der Druck-, Niederdruck- und Rohargonsäule (1, 3, 10)
verbunden ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Sumpfverdampfer (21) der Flüssigluftsäule (17) mittels Leitungen (20,
52, 66, 46) mit der Druck- und Rohargonsäule (1, 10) verbunden ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die mit Rektifiziereinrichtungen (51), Kopfkondensator (11) und
Produktleitungen ausgerüstete Rohargonsäule (10) mittels Leitung (33b) mit
einer Reinargonsäule (32) und mittels Leitungen (13a, 49, 53, 62) mit der Druck-,
Niederdruck- und Flüssigluftsäule (1, 3, 17) verbunden ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die mittels Leitung (33b) mit der Rohargonsäule (10) verbundene,
Rektifiziereinrichtungen (39), einen Kopfkondensator (31), einen
Sumpfverdampfer (37) und eine Produktleitung (38) aufweisende
Reinargonsäule (32) mittels Leitungen (44, 365469) mit der Druck-,
Niederdruck- und Flüssigluftsäule (1, 3, 17) verbunden ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kopfkondensator (31) der Reinargonsäule (32) mittels Leitung (59) mit
dem Sumpf der Flüssigluftsäule (17) verbunden ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 14,
gekennzeichnet dadurch,
daß ein Abscheider (27) mittels Leitung (67) mit dem Wärmetauschernetzwerk
und über Leitungen (59, 28, 60,) mit der Druck- und Flüssigluftsäule (1, 17)
verbunden ist.
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EP2597409A1 (de) * | 2011-11-24 | 2013-05-29 | L'AIR LIQUIDE, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude | Verfahren und Vorrichtung zur Abscheidung von Luft durch kryogene Destillation |
EP2728286A4 (de) * | 2011-06-28 | 2016-08-17 | Taiyo Nippon Sanso Corp | Lufttrennverfahren und -vorrichtung |
EP2963368A4 (de) * | 2013-02-26 | 2016-11-02 | Taiyo Nippon Sanso Corp | Lufttrennungsverfahren und lufttrennungsvorrichtung |
Families Citing this family (5)
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GB9513765D0 (en) * | 1995-07-06 | 1995-09-06 | Boc Group Plc | Production of argon |
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP2597409A1 (de) * | 2011-11-24 | 2013-05-29 | L'AIR LIQUIDE, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude | Verfahren und Vorrichtung zur Abscheidung von Luft durch kryogene Destillation |
WO2013075867A1 (en) * | 2011-11-24 | 2013-05-30 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Process and apparatus for the separation of air by cryogenic distillation |
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CN103988036B (zh) * | 2011-11-24 | 2016-02-10 | 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 | 用于通过低温蒸馏分离空气的方法和设备 |
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