DE102004016931A1 - Method and apparatus for variably producing a printed product by cryogenic separation of air - Google Patents

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Abstract

Das Verfahren und die Vorrichtung dienen zur variablen Erzeugung eines gasförmigen Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Destilliersäulen-System, das mindestens eine Trennsäule aufweist. Einsatzluft wird in das Destilliersäulen-System eingeführt. Ein Prozess-Strom wird in einem ersten Nachverdichter auf einen ersten Druck gebracht. In einer ersten Betriebsweise wird ein erster Flüssigproduktstrom aus einer Trennsäule des Destilliersäulen-Systems entnommen, in flüssigem Zustand auf einen ersten Produktdruck gebracht, unter etwa dem ersten Produktdruck durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Wärmeträger-Fluid verdampft und/oder angewärmt und anschließend als gasförmiges Druckprodukt gewonnen, wobei das Wärmeträger-Fluid durch mindestens einen ersten Teil des Prozess-Stroms stromabwärts des ersten Nachverdichters gebildet wird. In einer zweiten Betriebsweise wird ein zweiter Flüssigproduktstrom aus einer Trennsäule des Destilliersäulen-Systems entnommen, in flüssigem Zustand auf einen zweiten Produktdruck gebracht, der höher als der erste Produktdruck ist, unter etwa dem zweiten Produktdruck durch indirekten Wärmeaustausch mit dem Wärmeträger-Fluid verdampft und/oder angewärmt und anschließend als gasförmiges Druckprodukt gewonnen. In der zweiten Betriebsweise wird mindestens ein Teil des Wärmeträger-Fluids in einem zweiten Nachverdichter, der stromabwärts des ersten Nachverdichters und stromaufwärts des indirekten Wärmeaustauschs mit dem zweiten ...The method and apparatus serve to variably produce a gaseous print product by cryogenic separation of air in a distillation column system having at least one separation column. Feed air is introduced into the distillation column system. A process stream is brought to a first pressure in a first rebooster. In a first mode of operation, a first liquid product stream is withdrawn from a separation column of the distillation column system, brought to a first product pressure in the liquid state, vaporized and / or heated under approximately the first product pressure by indirect heat exchange with a heat transfer fluid, and subsequently recovered as a gaseous pressure product wherein the heat transfer fluid is formed by at least a first portion of the process stream downstream of the first post-compressor. In a second mode of operation, a second liquid product stream is withdrawn from a distillation column of the distillation column system, in liquid state to a second product pressure higher than the first product pressure, vaporized below about the second product pressure by indirect heat exchange with the heat transfer fluid, and / or warmed and then recovered as a gaseous product. In the second mode of operation, at least a portion of the heat transfer fluid is in a second reboiler downstream of the first reboiler and upstream of the indirect heat exchange with the second reboiler.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur variablen Erzeugung eines Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß dem Oberbegriff das Patentanspruchs 1 und eine entsprechende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.The The invention relates to a method of variably producing a printed product by cryogenic separation of air according to the preamble of the claim 1 and a corresponding device according to the preamble of the claim 10th

Verfahren und Vorrichtungen zur Tieftemperaturzerlegung von Luft sind zum Beispiel aus Hausen/Linde, Tieftemperaturtechnik, 2. Auflage 1985, Kapitel 4 (Seiten 281 bis 337) bekannt.method and devices for cryogenic separation of air are the Example from Hausen / Linde, cryogenic technology, 2nd edition 1985, chapter 4 (pages 281 to 337) known.

Das Destilliersäulen-System der Erfindung kann als Einsäulensystem zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung ausgebildet sein, als Zweisäulensystem (zum Beispiel als klassisches Linde-Doppelsäulensystem), oder auch als Drei- oder Mehrsäulensystem. Es kann zusätzlich zu den Kolonnen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung weitere Vorrichtungen zur Gewinnung anderer Luftkomponenten, insbesondere von Edelgasen aufweisen, beispielsweise eine Argongewinnung.The Distillation column system The invention can be used as a single pillar system for nitrogen-oxygen separation be formed as a two-pillar system (For example, as a classic Linde double column system), or as Three or more column system. It may additionally to the columns for nitrogen-oxygen separation other devices for obtaining other air components, in particular of noble gases have, for example, an argon recovery.

Die Erfindung bezieht sich auf Innenverdichtungs-Prozesse. Dabei wird mindestens eines der Produkte (zum Beispiel Stickstoff aus Hochdrucksäule oder Sauerstoff aus Niederdrucksäule eines Zweisäulensystems)flüssig aus einer der Säulen des Destilliersäulen-Systems oder aus einem mit einer dieser Säulen verbundenen Kondensator entnommen, in flüssigem Zustand auf einen erhöhten Produktdruck gebracht, in indirektem Wärmeaustausch mit eine Wärmeträger-Fluid (zum Beispiel Einsatzluft oder Stickstoff) verdampft beziehungsweise (bei überkritischem Druck) pseudo-verdampft und schließlich als gasförmiges Druckprodukt gewonnen. Das gasförmige Druckprodukt kann anschließend bei Bedarf einer weiteren Druckerhöhung über den Innenverdichtungsdruck (hier "Produktdruck" genannt) hinaus unterworfen werden.The The invention relates to internal compaction processes. It will at least one of the products (for example, nitrogen from high pressure column or Oxygen from low pressure column a two-pillar system) liquid one of the pillars of the distillation column system or from a capacitor connected to one of these columns taken in liquid Condition at an elevated level Product pressure brought in indirect heat exchange with a heat transfer fluid (For example, feed air or nitrogen) evaporated or (in supercritical Pressure) pseudo-evaporated and finally as gaseous printed product won. The gaseous Print product can subsequently if necessary, a further pressure increase via the internal compression pressure (here called "product pressure") be subjected.

Derartige Innenverdichtungsverfahren sind zum Beispiel bekannt aus DE 830805 , DE 901542 (= US 2712738 / US 2784572 ), DE 952908 , DE 1103363 (= US 3083544 ), DE 1112997 (= US 3214925 ), DE 1124529 , DE 1117616 (= US 3280574 ), DE 1226616 (= US 3216206 ), DE 1229561 (= US 3222878 ), DE 1199293 , DE 1187248 (= US 3371496 ), DE 1235347 , DE 1258882 (= US 3426543 ), DE 1263037 (= US 3401531 ), DE 1501722 (= US 3416323 ), DE 1501723 (= US 3500651 ), DE 2535132 (= US 4279631 ), DE 2646690 , EP 93448 B1 (= US 4555256 ), EP 384483 B1 (= US 5036672 ), EP 505812 B1 (= US 5263328 ), EP 716280 B1 (= US 5644934 ), EP 842385 B1 (= US 5953937 ), EP 758733 B1 (= US 5845517 ), EP 895045 B1 (= US 6038885 ), DE 19803437 A1 , EP 949471 B1 (= US 6185960 B1 ), EP 955509 A1 (= US 6196022 B1 ), EP 1031804 A1 (= US 6314755 ), DE 19909744 A1 , EP 1067345 A1 (= US 6336345 ), EP 1074805 A1 (= US 6332337 ), DE 19954593 A1 , EP 1134525 A1 (= US 6477860 ), DE 10013073 A1 , EP 1139046 A1 , EP 1146301 A1 , EP 1150082 A1 , EP 1213552 A1 , DE 10115258 A1 , EP 1284404 A1 (= US 2003051504 A1 ), EP 1308680 A1 (= US 6612129 B2), DE 10213212 A1 , DE 10213211 A1 , EP 1357342 A1 oder DE 10238282 A1 .Such internal compression methods are known, for example DE 830805 . DE 901542 (= US 2712738 / US 2784572 ) DE 952908 . DE 1103363 (= US 3,083,544 ) DE 1112997 (= US 3214925 ) DE 1124529 . DE 1117616 (= US 3280574 ) DE 1226616 (= US 3216206 ) DE 1229561 (= US 3222878 ) DE 1199293 . DE 1187248 (= US 3371496 ) DE 1235347 . DE 1258882 (= US 3426543 ) DE 1263037 (= US 3401531 ) DE 1501722 (= US 3,416,323 ) DE 1501723 (= US 3,500,651 ) DE 2535132 (= US 4279631 ) DE 2646690 . EP 93448 B1 (= US 4555256 ) EP 384483 B1 (= US 5036672 ) EP 505812 B1 (= US 5263328 ) EP 716280 B1 (= US 5644934 ) EP 842385 B1 (= US 5953937 ) EP 758733 B1 (= US 5845517 ) EP 895045 B1 (= US 6038885 ) DE 19803437 A1 . EP 949471 B1 (= US 6,189,960 B1 ) EP 955509 A1 (= US 6196022 B1 ) EP 1031804 A1 (= US 6314755 ) DE 19909744 A1 . EP 1067345 A1 (= US 6336345 ) EP 1074805 A1 (= US 6332337 ) DE 19954593 A1 . EP 1134525 A1 (= US 6477860 ) DE 10013073 A1 . EP 1139046 A1 . EP 1146301 A1 . EP 1150082 A1 . EP 1213552 A1 . DE 10115258 A1 . EP 1284404 A1 (= US 2003051504 A1 ) EP 1308680 A1 (= US 6,612,129 B2), DE 10213212 A1 . DE 10213211 A1 . EP 1357342 A1 or DE 10238282 A1 ,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf wirtschaftlich besonders günstige Weise Drucksauerstoff mit variablem Druck zu gewinnen.Of the Invention is based on the object economically particular favorable Way to gain pressure oxygen with variable pressure.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Hierbei sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren grundsätzlich zwei Innenverdichtungsströme vorgesehen, die aus einem ersten und einem zweiten Flüssigproduktstrom gespeist werden, die unter verschiedenen Drücken gegen das Wärmeträger-Fluid verdampft (beziehungsweise pseudo-verdampft) werden:

  • – der erste Flüssigproduktstrom unter einem ersten, niedrigeren Produktdruck und
  • – der zweite Flüssigproduktstrom unter einem zweiten, höheren Produktdruck.
This object is solved by the features of patent claim 1. In principle, two internal compression flows are provided in the method according to the invention, which are fed from a first and a second liquid product stream which evaporate (or pseudo-evaporate) under different pressures against the heat transfer fluid:
  • The first liquid product stream under a first, lower product pressure and
  • The second liquid product stream under a second, higher product pressure.

Gemäß Anspruch 1 wird der Prozess in zwei unterschiedliche Betriebsweisen zu verschiedenen Zeitpunkten gefahren:

  • – In einer ersten Betriebsweise wird das gasförmige Druckprodukt zum Beispiel ausschließlich oder praktisch ausschließlich unter dem niedrigeren Druck gewonnen; jedenfalls wird in der ersten Betriebsweise ein kleinerer Anteil des gasförmigen Druckprodukts unter dem höheren Produktdruck gewonnen als bei der im Folgenden beschriebenen zweiten Betriebsweise. Zu dieser Zeit wird also beispielsweise kein oder im Wesentlichen kein zweiter Flüssigproduktstrom in indirektem Wärmeaustausch mit dem Wärmeträger-Fluid verdampft und/oder angewärmt. Dies bedeutet, dass die Menge des zweiten Flüssigproduktstroms höchstens 20 mol-%, vorzugsweise höchstens 10 mol-%, vorzugsweise höchstens 1 mol-% der Menge des ersten Flüssigproduktstroms beträgt.
  • – In einer zweiten Betriebsweise wird ein wesentlicher Teil (jedenfalls eine größere molare Menge als in der ersten Betriebsweise) des gasförmigen Druckprodukts unter dem zweiten, höheren Druck erzeugt, indem eine entsprechende Menge des zweiten Flüssigproduktstroms in indirektem Wärmeaustausch mit dem Wärmeträger-Fluid verdampft und/oder angewärmt wird. Ansonsten kann in der zweiten Betriebsweise, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, gleichzeitig ein grundsätzlich beliebiger Anteil des gasförmigen Druckprodukts durch Verdampfen/Anwärmen des ersten Flüssigproduktstroms unter dem ersten, niedrigeren Druck gewonnen werden. Die zweite Betriebsweise kann aber auch ausschließlich oder im Wesentlichen ausschließlich mit dem zweiten Flüssigproduktstrom gefahren werden.
According to claim 1, the process is run in two different modes at different times:
  • - In a first mode of operation, the gaseous pressure product is obtained, for example, exclusively or practically exclusively under the lower pressure; In any case, in the first mode of operation, a smaller proportion of the gaseous pressure product is recovered under the higher product pressure than in the second mode of operation described below. At this time, for example, no or substantially no second liquid product stream is vaporized and / or heated in indirect heat exchange with the heat transfer fluid. This means that the amount of the second liquid product stream is at most 20 mol%, preferably at most 10 mol%, preferably at most 1 mol% of the amount of the first liquid product stream.
  • In a second mode of operation, a substantial portion (at least a larger molar amount than in the first mode of operation) of the gaseous pressure product is produced under the second, higher pressure by evaporating a corresponding amount of the second liquid product stream in indirect heat exchange with the heat transfer fluid and / or warmed up. Otherwise, in the second mode of operation, as described in An is defined in claim 1, at the same time a basically any proportion of the gaseous printed product by evaporation / warming of the first liquid product stream are obtained under the first, lower pressure. However, the second mode of operation can also be driven exclusively or substantially exclusively with the second liquid product stream.

Hierdurch kann in ein und derselben Anlage, also mit relativ niedrigen Investitionskosten, eine hohe Flexibilität hinsichtlich des Produktdrucks erreicht werden.hereby can be used in the same system, ie with relatively low investment costs, a high flexibility be achieved in terms of product pressure.

Gemäß dem weiteren Aspekt, der in Patentanspruch 3 beschrieben ist, wird in der zweiten Betriebsweise kein oder im Wesentlichen kein erster Flüssigproduktstrom in indirektem Wärmeaustausch mit dem Wärmeträger-Fluid verdampft beziehungsweise angewärmt.According to the other Aspect, which is described in claim 3, in the second Operating mode no or substantially no first liquid product stream in indirect heat exchange with the heat transfer fluid evaporated or warmed.

In diesem Fall kann das erfindungsgemäße Verfahren insgesamt drei grundsätzlich unterschiedliche Betriebsweisen aufweisen, wobei in einer dritten Betriebsweise sowohl der erste als auch der zweite Flüssigproduktstrom in indirektem Wärmeaustausch mit dem Wärmeträger-Fluid verdampft werden.In In this case, the inventive method a total of three in principle have different modes of operation, wherein in a third Operation of both the first and the second liquid product stream in indirect heat exchange with the heat transfer fluid be evaporated.

Grundsätzlich können der erste und der zweite Nachverdichter unabhängig voneinander angetrieben werden. In vielen Fällen ist es jedoch günstig, wenn der erste und der zweite Nachverdichter einen gemeinsamen Antrieb aufweisen. Beispielsweise können die beiden Verdichter durch unterschiedliche Stufen eines mehrstufigen Verdichters gebildet werden, der beispielsweise einen Abzug an einer Zwischenstufe aufweist.Basically, the first and the second booster independently driven become. In many cases but it is favorable when the first and the second booster a common drive exhibit. For example, you can the two compressors through different stages of a multi-stage Compressor are formed, for example, a deduction at an intermediate stage having.

In der ersten Betriebsweise, wenn insbesondere kein oder praktisch kein gasförmiges Druckprodukt unter dem höheren Druck erzeugt wird, ist es vorteilhaft, wenn auf die weitere Nachverdichtung des Wärmeträger-Fluids verzichtet und damit Verdichtungsenergie eingespart wird. Dies kann insbesondere dadurch geschehen, dass in der ersten Betriebsweise das Wärmeträger-Fluid über einen absperrbaren Bypass an dem zweiten Nachverdichter vorbeigeleitet wird. Falls der erste und der zweite Nachverdichter einen gemeinsamen Antrieb aufweisen, drehen sich die dem zweiten Nachverdichter entsprechende(n) Verdichterstufe(n) mit, werden aber durch Absperrung der Druck- und Saugleitungen eingeblockt. Die eingeblockte(n) Stufe(n) laufen evakuiert im Bypass mit, bewirken aber durch entsprechende Leitschaufeleinstellung keine oder keine nennenswerte Druckerhöhung.In the first mode of operation, if in particular no or practical no gaseous Printed product under the higher Pressure is generated, it is advantageous if on the further recompression of the Heat carrier fluid dispensed with and thus compression energy is saved. This can in particular be done by that in the first mode the heat transfer fluid over a shut-off bypass bypasses the second booster becomes. If the first and the second compressor a common Drive, the second booster corresponding (s) rotate Compressor stage (s) with, but by blocking the pressure and suction lines blocked. The blocked stage (s) are evacuated in the bypass, but cause by appropriate vane adjustment no or no appreciable pressure increase.

Bei gleichzeitiger Verdampfung beider Flüssigproduktströme in der zweiten Betriebsweise gemäß Anspruch 1 beziehungsweise in der dritten Betriebsweise nach Anspruch 3 wird vorzugsweise der zweite Nachverdichter mit gegenüber der ersten Betriebsweise erhöhter Last betrieben. Zusätzlich oder alternativ kann der erste Nachverdichter mit gegenüber der ersten Betriebsweise verringerter Last gefahren werden. Hierdurch ergibt sich ein energetisch besonders günstiger Betrieb der beiden Nachverdichter.at simultaneous evaporation of both liquid product streams in the second mode of operation according to claim 1 or in the third mode of operation according to claim 3 preferably the second after-compressor with respect to the first mode of operation increased Load operated. additionally or alternatively, the first after-compressor with respect to first mode of operation of reduced load to be driven. hereby results in a particularly energetically favorable operation of the two Boosters.

Zum Zwecke der Kälteerzeugung kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ein zweiter Teil des Prozess-Stroms stromabwärts des ersten Nachverdichters in einer Entspannungsmaschine arbeitsleistend entspannt werden. Der arbeitsleistend entspannte Strom wird vorzugsweise in eine Trennsäule des Destilliersäulen-Systems eingeleitet, beispielsweise in die Hochdrucksäule oder die Niederdrucksäule eines Zweisäulensystems. Auf diese Weise wird der erste Nachverdichter gleichzeitig für die Innenverdichtung und die Kältegewinnung genutzt. Der zweite Teil des Prozess-Stroms kann zwischen erstem Nachverdichter und Entspannungsmaschine in einem dritten Nachverdichter weiterverdichtet werden, der insbesondere von der Entspannungsmaschine angetrieben wird.To the Purposes of refrigeration can in the context of the method according to the invention a second portion of the process stream downstream of the first post-compressor to work in a relaxation machine. The work-performing relaxed stream is preferably in a separation column of the Distillation column system initiated, for example in the high pressure column or the low pressure column of a Two column system. In this way, the first after-compressor is simultaneously used for internal compression and the refrigeration used. The second part of the process stream can be between first Recuperator and expansion machine in a third booster be further compressed, in particular from the expansion machine is driven.

Wie bereits oben erwähnt, kann das Wärmeträger-Fluid durch einen Teil der Einsatzluft gebildet werden. In diesem Fall ist es günstig, wenn die Einsatzluft in einem Hauptluftverdichter auf einen Vordruck verdichtet wird, der niedriger als der erste Druck ist, und anschließend mindestens ein Teil der auf den Vordruck verdichteten Luft als Prozess-Strom in den ersten Nachverdichter eingeleitet wird.As already mentioned above, can the heat transfer fluid be formed by a part of the feed air. In this case is it cheap when the feed air in a main air compressor to a pre-pressure is compressed, which is lower than the first pressure, and then at least a part of the compressed air on the form as a process stream is introduced into the first booster.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur variablen Erzeugung eines Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß Patentanspruch 10.The The invention relates to a device for the variable generation of a Printed product by cryogenic separation of air according to claim 10th

Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen:The Invention and further details of the invention are hereinafter Based on schematically illustrated in the drawings embodiments explained in more detail. in this connection demonstrate:

1 eine erste Ausführungsform der Erfindung mit gemeinsamem Antrieb von erstem und zweitem Nachverdichter und 1 a first embodiment of the invention with a common drive of the first and second booster and

2 eine zweite Ausführungsform, in der die beiden Nachverdichter separat angetrieben werden. 2 a second embodiment in which the two booster are driven separately.

Bei dem Verfahren der 1 wird atmosphärische Luft 1 in einem Hauptluftverdichter 2 auf einen Vordruck von beispielsweise 5 bis 6 bar verdichtet und unter etwa diesem Druck gereinigt (3). In dem Ausführungsbeispiel wird die gesamte gereinigte Einsatzluft 4 als "Prozess-Strom" einem ersten Nachverdichter 5 zugeführt und dort weiter auf einen ersten Druck von beispielsweise 30 bar komprimiert. Bei 7 wird die Gesamtluft 6 in einen ersten Teilstrom 8 und in einen zweiten Teilstrom 9 verzweigt.In the process of 1 becomes atmospheric air 1 in a main air compressor 2 compressed to a pre-pressure of, for example, 5 to 6 bar and cleaned at about this pressure ( 3 ). In the embodiment, the entire purified feed air 4 as a "process stream" a first after-compressor 5 fed and further compressed there to a first pressure of, for example, 30 bar. at 7 will the total air 6 into a first partial flow 8th and into a second sub-stream 9 branched.

Der erste Teilstrom 8 bildet das "Wärmeträger-Fluid". Er wird in einem zweiten Nachverdichter 10 weiter auf einen zweiten Druck von beispielsweise 50 bar verdichtet und unter diesem Druck dem warmen Ende eines Hauptwärmetauschers 12 zugeführt (11). Im Hauptwärmetauscher 12 wird er abgekühlt und – falls der Druck unterkritisch ist -verflüssigt und strömt dann über Leitung 13 der Hochdrucksäule und/oder der Niederdrucksäule eines als Zweisäulensystem ausgebildeten Destilliersäulen-Systems zu (nicht dargestellt).The first partial flow 8th forms the "heat transfer fluid". He is in a second re-compressor 10 further compressed to a second pressure of for example 50 bar and under this pressure the warm end of a main heat exchanger 12 supplied ( 11 ). In the main heat exchanger 12 it is cooled and - if the pressure is subcritical - liquefied and then flows via line 13 the high-pressure column and / or the low-pressure column of a distillation column system designed as a two-column system (not shown).

Zur Kältegewinnung dient der zweite Teilstrom 9. Er wird – gegebenenfalls wie dargestellt nach weiterer Verdichtung in einem dritten Nachverdichter 14 – im Hauptwärmetauscher 12 nur auf eine Zwischentemperatur abgekühlt und anschließend in einer Entspannungsmaschine 15 arbeitsleistend entspannt. Die entspannte Luft 16 wird in dem Beispiel der Hochdrucksäule des Destilliersäulen-Systems zugeleitet (nicht dargestellt).For cooling the second partial flow is used 9 , It is - optionally as shown after further compression in a third booster 14 - in the main heat exchanger 12 cooled only to an intermediate temperature and then in a relaxation machine 15 doing work relaxed. The relaxed air 16 is fed in the example of the high pressure column of the distillation column system (not shown).

Aus der Niederdrucksäule des Destilliersäulen-Systems wird über Leitung 17 flüssiger Sauerstoff abgezogen, der sowohl den "ersten" als auch den "zweiten Flüssigproduktstrom" bildet. Die gesamte Flüssigkeit wird in einer Pumpe 18 auf einen zweiten Produktdruck von beispielsweise 26 bar gebracht. Anschließend werden bei 19 der erste Flüssigproduktstrom 20 und der zweite Flüssigproduktstrom 21 voneinander getrennt.From the low pressure column of the distillation column system is via line 17 withdrawn liquid oxygen, which forms both the "first" and the "second liquid product stream". All the liquid is in a pump 18 brought to a second product pressure of for example 26 bar. Then be at 19 the first liquid product stream 20 and the second liquid product stream 21 separated from each other.

Der erste Flüssigproduktstrom 20 wird in einem Ventil 22 auf einen ersten Produktdruck von beispielsweise 10 bar gedrosselt, strömt über Leitung 23 zum kalten Ende des Hauptwärmetauschers 12 und tritt dort unter etwa dem ersten Produktdruck in indirekten Wärmeaustausch mit der Hochdruckluft 11, wodurch er verdampft beziehungsweise pseudo-verdampft und auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt wird. Das dabei erzeugte Sauerstoffgas bildet den ersten Teil des gasförmigen Druckprodukts.The first liquid product stream 20 will be in a valve 22 for example, on a first product print 10 bar throttled, flows over line 23 to the cold end of the main heat exchanger 12 and enters there under about the first product pressure in indirect heat exchange with the high pressure air 11 , whereby it is evaporated or pseudo-evaporated and warmed to about ambient temperature. The oxygen gas generated thereby forms the first part of the gaseous print product.

Im Gegensatz dazu wird der zweite Flüssigproduktstrom 21 nicht gedrosselt, sondern strömt unter dem höheren zweiten Produktdruck in den Hauptwärmetauscher 12, wo er ebenfalls in indirektem Wärmeaustausch mit der Hochdruckluft 11 verdampft beziehungsweise pseudo-verdampft und auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt wird. Er bildet anschließend den zweiten Teil 25 des gasförmigen Druckprodukts.In contrast, the second liquid product stream becomes 21 not throttled, but flows under the higher second product pressure in the main heat exchanger 12 where he also in indirect heat exchange with the high pressure air 11 evaporated or pseudo-evaporated and warmed to about ambient temperature. He then forms the second part 25 of the gaseous print product.

Außerdem können gasförmige Produkt- und/oder Restströme in dem Hauptwärmetauscher 12 angewärmt werden. In dem Ausführungsbeispiel ist entsprechend ein stickstoffreicher Reststrom 26/27 dargestellt.In addition, gaseous product and / or residual streams in the main heat exchanger 12 to be warmed up. In the exemplary embodiment is correspondingly a nitrogen-rich residual stream 26 / 27 shown.

Die Druckerhöhung im flüssigen Zustand kann alternativ zu der Drosselung 22 durch mehrere Pumpen oder eine mehrstufige Pumpe mit Abzug unter Zwischendruck durchgeführt werden (siehe zum Beispiel DE 10213212 A1 ).The pressure increase in the liquid state may alternatively to the throttling 22 be carried out by several pumps or a multi-stage pump with extraction under intermediate pressure (see for example DE 10213212 A1 ).

Die obige Beschreibung der 1 bezieht sich auf eine "dritte Betriebsweise", in der ein Teil 25 des Sauerstoffprodukts unter dem zweiten, höheren Produktdruck gewonnen wird. Bei einer "ersten Betriebsweise", in der ausschließlich Druckprodukt 24 unter dem ersten, niedrigeren Produktdruck abgegeben wird, wird das Wärmeträger-Fluid über Leitung 8' an dem zweiten Nachverdichter 10 vorbeigeleitet; Leitung 8 wird dabei stromaufwärts und stromabwärts des Nachverdichters 10 abgesperrt (nicht dargestellt).The above description of 1 refers to a "third mode of operation" in which a part 25 of the oxygen product is recovered under the second, higher product pressure. In a "first mode of operation", in the exclusively printed product 24 is discharged under the first, lower product pressure, the heat transfer fluid via line 8th' at the second after-compressor 10 bypasses; management 8th is doing upstream and downstream of the post-compressor 10 locked off (not shown).

Das System kann auch in einer "zweiten Betriebsweise" gefahren werden, in der das gesamte Druckprodukt unter dem höheren zweiten Produktdruck erzeugt wird.The System can also be used in a "second Operation "drove in which the entire printed product is under the higher second Product pressure is generated.

Bei einer "ersten Betriebsweise", in der ausschließlich Druckprodukt unter dem ersten, niedrigeren Produktdruck abgegeben wird, durchströmt das Wärmeträger-Fluid den zweiten Nachverdichter 10 nicht, sondern wird über Leitung 8' vorbeigeführt.In a "first mode of operation" in which only printed product is discharged under the first, lower product pressure, the heat transfer fluid flows through the second after-compressor 10 not, but over line 8th' past.

Außerdem wird die Last (gemessen als molarer Durchsatz) der beiden Nachverdichter 10, 14 in Abhängigkeit von der Betriebsweise variiert. In einem konkreten Zahlenbeispiel sehen die relativen Werte (bezogen auf die zweite Betriebsweise mit ausschließlich Hochdruckproduktion) folgendermaßen aus:
Erste Betriebsweise (100 % des Sauerstoffprodukts unter dem ersten Produktdruck):

  • Erster Nachverdichter:.......95 % Last
  • Zweiter Nachverdichter:.......5 bis 10 % Last

Zweite Betriebsweise (100 % des Sauerstoffprodukts unter dem zweiten Produktdruck):
  • Erster Nachverdichter:.....100 % Last
  • Zweiter Nachverdichter:...100 % Last

Dritte Betriebsweise (jeweils 50 mol-% des Sauerstoffprodukts unter dem ersten bzw. dem zweiten Produktdruck
  • Erster Nachverdichter:.......95 % Last
  • Zweiter Nachverdichter:...104 % Last
In addition, the load (measured as the molar throughput) of the two booster compressor 10 . 14 varies depending on the mode of operation. In a concrete numerical example, the relative values (with regard to the second mode of operation with exclusively high-pressure production) are as follows:
First mode of operation (100% of the oxygen product under the first product pressure):
  • First booster: ....... 95% load
  • Second booster: ....... 5 to 10% load

Second mode of operation (100% of the oxygen product under the second product pressure):
  • First re-compressor: ..... 100% load
  • Second booster: ... 100% load

Third mode of operation (in each case 50 mol% of the oxygen product under the first or the second product pressure
  • First booster: ....... 95% load
  • Second booster: ... 104% load

In der "ersten Betriebsweise" befindet sich das System, das in 2 dargestellt ist, wenn die gestrichelt gezeichneten Leitungen nicht genutzt werden. Ansonsten unterscheidet sich 2 dadurch von 1, dass der zweite Nachverdichter 10 einen separaten Antrieb (in dem Beispiel: Motor) aufweist, und damit unabhängig von dem ersten Nachverdichter betreibbar ist. Er kann damit in der "ersten Betriebsweise" vollständig abgeschaltet werden (Last 0 %), indem das Wärmeträger-Fluid durch die Bypassleitung 8' strömt.In the "first mode of operation" is the system that is in 2 is shown when the dashed lines are not used. Otherwise it is different 2 by 1 that the second booster 10 a separate drive (in the example: engine), and thus is operable independently of the first booster. It can thus be completely switched off in the "first mode" (load 0%) by the heat transfer fluid through the bypass line 8th' flows.

Im Übrigen trifft die Beschreibung von 1 auch auf 2 zu.Incidentally, the description of 1 on too 2 to.

Die Verfahren der Ausführungsbeispiele sind weiteren Abwandlungen zugänglich. Zum Beispiel können der erste und/oder der zweite Produktdruck je nach den Bedürfnissen des Verbrauchers auch während des Betriebs variiert werden. Durch entsprechende Variation von Durchsatz und Druckverhältnis der beiden Nachverdichter 5, 10 kann dies auf energetisch besonders günstige Weise durchgeführt werden. The methods of the embodiments are accessible to further modifications. For example, the first and / or second product pressures may be varied during operation, depending on the needs of the consumer. By appropriate variation of throughput and pressure ratio of the two booster 5 . 10 This can be done in a particularly energetic way.

In dem Beispiel werden die Maschinen durch Motoren, insbesondere Elektromotoren angetrieben. Im Rahmen der Erfindung können jedoch auch andere Antriebsarten wie zum Beispiel Dampfturbinen oder Gasturbinen eingesetzt werden. Details wie die Nachkühlung der einzelnen Verdichterstufen oder die Vorkühlung der Luft vor der Reinigung 3 sind in den vereinfachten Zeichnungen nicht dargestellt.In the example, the machines are powered by motors, in particular electric motors. In the context of the invention, however, other drive types such as steam turbines or gas turbines can be used. Details such as the re-cooling of the individual compressor stages or the pre-cooling of the air before cleaning 3 are not shown in the simplified drawings.

Ein erfindungsgemäßes System kann auch ohne den Turbinenstrom 9 realisiert werden, beispielsweise in Verbindung mit einer Stickstoffturbine an Stelle der Luftturbine 15. Auch eine von den Ausführungsbeispielen abweichende Schaltung einer Luftturbine ist möglich; zum Beispiel könnte die Turbinenluft vor dem ersten Nachverdichter 5, nach dem zweiten Nachverdichter 10 oder auch von einer Zwischenstufe eines der beiden Nachverdichter 5, 10 abgezogen werden.An inventive system can also without the turbine flow 9 be realized, for example in conjunction with a nitrogen turbine instead of the air turbine 15 , A deviating from the embodiments circuit of an air turbine is possible; For example, the turbine air could be ahead of the first booster 5 , after the second booster 10 or from an intermediate stage of one of the two booster 5 . 10 subtracted from.

Claims (10)

Verfahren zur variablen Erzeugung eines gasförmigen Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Destilliersäulen-System, das mindestens eine Trennsäule aufweist, bei dem – Einsatzluft in das Destilliersäulen-System eingeführt und – ein Prozess-Strom in einem ersten Nachverdichter auf einen ersten Druck gebracht wird, – und bei dem in einer ersten Betriebsweise – ein erster Flüssigproduktstrom aus einer Trennsäule des Destilliersäulen-Systems entnommen, in flüssigem Zustand auf einen ersten Produktdruck gebracht, unter etwa dem ersten Produktdruck durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Wärmeträger-Fluid verdampft und/oder angewärmt und anschließend als gasförmiges Druckprodukt gewonnen wird, – wobei das Wärmeträger-Fluid durch mindestens einen ersten Teil des Prozess-Stroms stromabwärts des ersten Nachverdichters gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass – in einer zweiten Betriebsweise ein zweiter Flüssigproduktstrom aus einer Trennsäule des Destilliersäulen-Systems entnommen, in flüssigem Zustand auf einen zweiten Produktdruck gebracht wird, der höher als der erste Produktdruck ist, unter etwa dem zweiten Produktdruck durch indirekten Wärmeaustausch mit dem Wärmeträger-Fluid verdampft und/oder angewärmt und anschließend als gasförmiges Druckprodukt gewonnen wird, wobei – in der zweiten Betriebsweise mindestens ein Teil des Wärmeträger-Fluids in einem zweiten Nachverdichter, der stromabwärts des ersten Nachverdichters und stromaufwärts des indirekten Wärmeaustauschs mit dem zweiten Flüssigproduktstrom angeordnet ist, auf einen zweiten Druck weiterverdichtet wird, der höher als der erste Druck ist und – in der ersten Betriebsweise keine Weiterverdichtung des Wärmeträger-Fluids zwischen dem ersten Nachverdichter und dem indirekten Wärmeaustausch mit dem ersten Flüssigproduktstrom durchgeführt wird.A method for variably producing a gaseous print product by cryogenic separation of air in a distillation column system having at least one separation column in which: - feed air is introduced into the distillation column system; and - a process stream in a first boost compressor is pressurized to a first pressure; - And in which in a first mode of operation - a first liquid product stream taken from a separation column of the distillation column system, brought to a first product pressure in the liquid state, evaporated at about the first product pressure by indirect heat exchange with a heat transfer fluid and / or heated and then is obtained as a gaseous pressure product, - wherein the heat transfer fluid is formed by at least a first part of the process stream downstream of the first post-compressor, characterized in that - in a second mode of operation, a second liquid product stream from a Tren taken from the distillation column system, is brought in a liquid state to a second product pressure which is higher than the first product pressure, evaporated and / or heated under about the second product pressure by indirect heat exchange with the heat transfer fluid and then recovered as gaseous pressure product wherein, in the second mode of operation, at least a portion of the heat transfer fluid in a second reboiler located downstream of the first reboiler and upstream of the indirect heat exchange with the second liquid product stream is further compressed to a second pressure higher than the first pressure and - in the first mode of operation, no further compression of the heat transfer fluid between the first after-compressor and the indirect heat exchange with the first liquid product stream is carried out. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Betriebsweise eine geringere molare Menge an zweitem Flüssigproduktstrom in indirektem Wärmeaustausch mit dem Wärmeträger-Fluid verdampft und/oder angewärmt wird als in der zweiten Betriebsweise, wobei insbesondere in der ersten Betriebsweise kein oder im Wesentlichen kein zweiter Flüssigproduktstrom in indirektem Wärmeaustausch mit dem Wärmeträger-Fluid verdampft und/oder angewärmt wird.Method according to claim 1, characterized in that that in the first mode of operation a smaller molar amount of second liquid product stream in indirect heat exchange with the heat transfer fluid evaporated and / or warmed is than in the second mode of operation, in particular in the first mode of operation no or substantially no second liquid product stream in indirect heat exchange with the heat transfer fluid evaporated and / or warmed becomes. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Betriebsweise kein oder im Wesentlichen kein erster Flüssigproduktstrom in indirektem Wärmeaustausch mit dem Wärmeträger-Fluid verdampft beziehungsweise angewärmt wird.Method according to claim 1 or 2, characterized that in the second mode of operation no or substantially no first liquid product stream in indirect heat exchange with the heat transfer fluid evaporated or warmed becomes. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer dritten Betriebsweise sowohl der erste als auch der zweite Flüssigproduktstrom in indirektem Wärmeaustausch mit dem Wärmeträger-Fluid verdampft werden.Method according to claim 3, characterized that in a third mode of operation, both the first and the second liquid product stream in indirect heat exchange with the heat transfer fluid be evaporated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Nachverdichter einen gemeinsamen Antrieb aufweisen.Method according to one of claims 1 to 4, characterized the first and the second secondary compressor have a common drive. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Betriebsweise das Wärmeträger-Fluid an dem zweiten Nachverdichter vorbeigeleitet wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the first mode of operation the heat transfer fluid is conducted past the second after-compressor. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei gleichzeitiger Verdampfung beider Flüssigproduktströme in der zweiten Betriebsweise beziehungsweise in der dritten Betriebsweise der zweite Nachverdichter mit gegenüber der ersten Betriebsweise erhöhter Last betrieben wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized that with simultaneous evaporation of both liquid product streams in the second mode of operation or in the third mode of operation the second booster with respect to the first mode of operation increased Load is operated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Teil des Prozess-Stroms stromabwärts des ersten Nachverdichters in einer Entspannungsmaschine arbeitsleistend entspannt und insbesondere in eine Trennsäule des Destilliersäulen-Systems eingeleitet wird.Method according to one of claims 1 to 7, characterized that a second part of the process stream downstream of the working the first booster in a relaxation machine relaxed and in particular in a separation column of the distillation column system is initiated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Einsatzluft in einem Hauptluftverdichter auf einen Vordruck verdichtet wird, der niedriger als der erste Druck ist, und anschließend mindestens ein Teil der auf den Vordruck verdichteten Luft als Prozess-Strom in den ersten Nachverdichter eingeleitet wird.Method according to one of claims 1 to 8, characterized that feed air in a main air compressor to a pre-pressure is compressed, which is lower than the first pressure, and then at least a part of the compressed air on the form as a process stream is introduced into the first booster. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit – einem Destilliersäulen-System, das mindestens eine Trennsäule aufweist, – einer Einsatzluftleitung zur Einführung von Einsatzluft in das Destilliersäulen-System, einem ersten Nachverdichter zur Nachverdichtung eines Prozess-Stroms auf einen ersten Druck, – einer ersten Flüssigproduktleitung zur Entnahme eines ersten Flüssigproduktstroms aus einer Trennsäule des Destilliersäulen-Systems, die über ein Mittel zur Druckerhöhung in flüssigem Zustand auf einen ersten Produktdruck zu einem Wärmetauscher zum Verdampfen und/oder Anwärmen des ersten Flüssigproduktstroms unter etwa dem ersten Produktdruck durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Wärmeträger-Fluid führt, – einer ersten Gasproduktleitung zum Abziehen des verdampften und/oder angewärmten ersten Flüssigproduktstroms aus dem Wärmetauscher als gasförmiges Druckprodukt und mit – Mitteln zur Entnahme des Wärmeträger-Fluids als mindestens einen ersten Teil des Prozess-Stroms stromabwärts des ersten Nachverdichters, gekennzeichnet durch – eine umschaltbare Bypassleitung (8'), über die das Wärmeträger-Fluid an den zweiten Nachverdichter vorbeigeführt werden kann.Apparatus for carrying out the method according to one of claims 1 to 9, having a distillation column system having at least one separation column, an inlet air line for introducing feed air into the distillation column system, a first after-compressor for recompressing a process stream to a first Pressure, - a first liquid product line for taking a first liquid product stream from a separation column of the distillation column system having a means for increasing the pressure in the liquid state to a first product pressure to a heat exchanger for vaporizing and / or warming the first liquid product stream below about the first product pressure indirect heat exchange with a heat transfer fluid leads, - a first gas product line for withdrawing the vaporized and / or warmed first liquid product stream from the heat exchanger as gaseous pressure product and with - means for removal of the heat transfer fluid ids as at least a first part of the process stream downstream of the first post-compressor, characterized by - a switchable bypass line ( 8th' ), over which the heat transfer fluid can be passed to the second after-compressor.
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