DE19623310A1 - Einzelsäulenverfahren und -vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft - Google Patents
Einzelsäulenverfahren und -vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von LuftInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei dem
Einsatzluft in eine Einzelsäule zur Trennung von Sauerstoff und Stickstoff eingeleitet
wird, wobei eine stickstoffreiche Fraktion aus dem oberen Bereich und eine
sauerstoffangereicherte Fraktion aus dem unteren Bereich der Säule als Produkte
gewonnen werden.
Ein derartiges Einzelsäulensystem weist genau eine Säule zur Stickstoff-Sauerstoff-
Trennung auf. Dies schließt Systeme ein, in denen weitere Säulen zur Gewinnung
von anderen Luftbestandteilen wie Edelgasen vorgesehen sind, beispielsweise eine
Rohargonsäule. Auch eine oder mehrere Säulen zur Reinigung von Stickstoff von
leichterflüchtigen Verunreinigungen und/oder zur Reinigung von Sauerstoff von
schwererflüchtigen Bestandteilen können vorhanden sein.
Ein Einzelsäulenverfahren der oben genannten Art ist aus der DE-A-30 35 844
bekannt. Rücklauf für die Säule wird bei diesem Verfahren durch Verdampfung von
sauerstoffreicher Sumpfflüssigkeit erzeugt. Diese Art der Kopfkühlung durch eine
ohnehin unter Druck verfügbare Prozeßfraktion ist an sich günstig, da keine weitere
Energie in die Erzeugung von Kälte für die Säulenkühlung gesteckt werden muß. Auf
der anderen Seite muß jedoch die Gesamtluft auf einen entsprechenden Druck
verdichtet werden, der die Kondensation des Kopfgases gegen die verdampfende
Sumpfflüssigkeit ermöglicht (in dem Ausführungsbeispiel 3,3 bar).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art
anzugeben, das energetisch besonders günstig arbeitet.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Druck in der Einzelsäule weniger als
2,0 bar beträgt.
Entgegen der bisherigen Auffassung hat sich im Rahmen der Erfindung
herausgestellt, daß ein Einsäulenverfahren unter besonders niedrigem Druck
betrieben werden kann. Überraschenderweise ist nämlich die Einsparung durch den
verringerten Aufwand beim Komprimieren der Einsatzluft auf den Verfahrensdruck
größer als der zusätzliche Energieaufwand der in die Kopfkühlung (externer
Kältekreislauf oder Verdichtung eines Prozeßstroms) gesteckt werden muß.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann Sauerstoff einer Reinheit von
beispielsweise 80 bis 99,9 vol%, vorzugsweise 90 bis 99,5 vol% und/oder Stickstoff
einer Reinheit von beispielsweise 95 bis 99,9 vol%, vorzugsweise 98 bis 99 vol%
gewonnen werden. Auch die Argongewinnung ist möglich, wenn der Einzelsäule auf
bekannte Weise eine Argonrektifikation nachgeschaltet ist. Ebenso können weitere
Edelgase auf die übliche Weise erzeugt werden.
Vorzugsweise wird die Einzelsäule bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unter
einem Druck von weniger als 1,5 bar, höchst vorzugsweise bei einem Druck von 1,2
bis 1,3 bar betrieben.
Der Rücklauf für die Säule wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise
dadurch erzeugt, daß mindestens ein Teil der stickstoffreichen Fraktion erwärmt,
verdichtet, durch indirekten Wärmeaustausch verflüssigt und in die Säule
zurückgeführt wird. Die Verdichtung der stickstoffreichen Fraktion findet
beispielsweise bei etwa Umgebungstemperatur statt und führt auf einen Druck von
beispielsweise 4,0 bis 6,0 bar, vorzugsweise 4,5 bis 5,0 bar. Die in dem Kreislauf
rückverdichtete Stickstoffmenge beträgt - je nach Reinheit des Sauerstoffprodukts -
beispielsweise 30% bis 90%, vorzugsweise 40 bis 80% der gesamten
Einsatzluftmenge (Normvolumen).
Der indirekte Wärmeaustausch zur Verflüssigung der stickstoffreichen Fraktion wird
vorzugsweise gegen mindestens ein Teil der Sumpfflüssigkeit aus der Säule
durchgeführt, der dabei verdampft. Der Kreislauf dient damit gleichzeitig zur
Sumpfheizung der Säule. Der Kondensator-Verdampfer, in dem der indirekte
Wärmeaustausch stattfindet, kann innerhalb oder außerhalb der Einzelsäule
angeordnet sein.
Ein Teil der Einsatzluft (beispielsweise 60 bis 90 vol%, vorzugsweise 75 bis 85 vol%)
kann arbeitsleistend entspannt werden, um Kälte für den Ausgleich von Austausch-
und Isolationsverlusten und gegebenenfalls für die Produktverflüssigung zu gewinnen.
Dabei ist es günstig, wenn der arbeitsleistend zu entspannende Teil der Einsatzluft
stromaufwärts der arbeitsleistenden Entspannung nachverdichtet wird. Vorzugsweise
wird bei der arbeitsleistenden Entspannung gewonnene Energie zur Nachverdichtung
des arbeitsleistend zu entspannenden Teils der Einsatzluft verwendet.
Entspannungsmaschine und Nachverdichter können zu diesem Zweck mechanisch
gekoppelt sein.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von
Luft gemäß den Patentansprüchen 8 bis 10.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand
eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher
erläutert.
Einsatzluft 1 wird in einem Hauptluftverdichter 2 auf einen Druck von 1,4 bar
verdichtet. Die verdichtete Einsatzluft 3 strömt zu einem Teil über eine Leitung 4 zu
einem Hauptwärmetauscher 5, wird dort gegen Produktströme abgekühlt und über die
Leitungen 6 und 7 in eine Einzelsäule 10 eingespeist, deren Betriebsdruck an der
Stelle der Lufteinspeisung 1,2 bar beträgt. Ein Teil der abgekühlten Luft kann auch
über Leitung 8 durch in einen Wärmetauscher 9 geführt werden. Die
Einsatzluftleitung(en) 4, 6, 7, 8 enthalten keine druckvermindernden Vorrichtungen
wie z. B. Entspannungsventile oder -maschinen. Sie weisen lediglich den natürlichen
Druckverlust der Leitungen beziehungsweise Wärmetauscherpassagen auf.
Bei der Rektifikation in der Einzelsäule 10 fallen Stickstoff als Kopfgas und eine
sauerstoffreiche Flüssigkeit als Sumpffraktion an. Die stickstoffreiche Kopffraktion 11
wird im Wärmetauscher 9 und (Leitung 12) weiter im Hauptwärmetauscher 5 auf etwa
Umgebungstemperatur angewärmt, in einem Rückverdichter 13 auf einen Druck von
4,7 bar komprimiert, über Leitung 14 zum Hauptwärmetauscher 5 zurück und von
dessen kaltem Ende aus zu einem Kondensator-Verdampfer 16 geleitet (15). Dort
wird sie in indirektem Wärmeaustausch mit verdampfender Sumpfflüssigkeit der Säule
mindestens teilweise, vorzugsweise vollständig oder im wesentlichen vollständig
verflüssigt. Das Kondensat wird - gegebenenfalls nach Unterkühlung in 9 - in die
Säule 10 eingedrosselt (17, 18). Ein Teil des angewärmten gasförmigen Stickstoffs
kann vor oder nach der Rückverdichtung als Restgas oder Produkt abgeführt werden
(Leitung 32). Die über den Rückverdichter 13 und den Kondensator-Verdampfer 16
geführte Kreislaufmenge beträgt in dem Ausführungsbeispiel 80% der gesamten
Einsatzluft (Normvolumen). Der Kondensator-Verdampfer 16 kann abweichend von
der Darstellung außerhalb der Säule 10 angeordnet sein.
Gasförmiger Produktsauerstoff 34 einer Reinheit von 99,5 vol% wird über Leitung 33
entnommen und ebenfalls im Hauptwärmetauscher 5 erwärmt. Das Sauerstoffprodukt
oder ein Teil davon kann bei Bedarf flüssig entnommen werden (Leitung 35). Für die
Erzeugung eines Hochdruckprodukts kann der flüssig entnommene Sauerstoff auf
Druck gebracht und verdampft (Innenverdichtung) und/oder nachverdichtet
(Außenverdichtung) werden. Falls gewünscht, kann ein Teil des kondensierten
Stickstoffs vor oder hinter Ventil 18 als Flüssigprodukt gewonnen werden.
In dem Ausführungsbeispiel werden 85 vol% der Einsatzluft in einer
Entspannungsmaschine 40 arbeitsleistend entspannt und anschließend in die Säule
10 eingespeist (41). Die arbeitsleistend zu entspannende Luft wird vorher auf einen
Druck von 1,5 bis 5 bar, vorzugsweise 1,5 bis 3 bar, höchst vorzugsweise etwa
1,6 bar nachverdichtet, und zwar durch einen von der Entspannungsmaschine 40
angetriebenen Nachverdichter 38 und gegebenenfalls durch einen zusätzlichen
extern angetriebenen Kompressor 37.
Hinter jedem Verdichter 2, 13, 37, 38 wird das komprimierte Fluid in indirektem
Wärmeaustausch mit Kühlwasser abgekühlt, wie durch die in der Zeichnung
dargestellten Nachkühler angedeutet ist. Bei mehrstufigen Verdichtern wird
vorzugsweise zwischen zwei Stufen eine Zwischenkühlung durchgeführt.
Die Reinigung der Einsatzluft ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Sie kann durch
jede der bekannten Methoden erfolgen, beispielsweise in einem umschaltbaren
Wärmetauscher (Revex) oder in einer oder mehreren Molekularsiebanlagen. Im
letzteren Fall ist es möglich, die gesamte Einsatzluft (Leitung 3) gemeinsam der
Reinigung zu unterwerfen.
In dem Ausführungsbeispiel werden die Stoffaustauschelemente in der Einzelsäule
durch geordnete Packung gebildet. Grundsätzlich können jedoch bei dem Verfahren
und der Vorrichtung konventionelle Destillierböden, Füllkörper (ungeordnete Packung)
und/oder geordnete Packung eingesetzt werden. Auch Kombinationen
verschiedenartiger Elemente in einer Säule sind möglich. Wegen des geringen
Druckverlusts werden geordnete Packungen bevorzugt. Diese verstärken die ener
giesparende Wirkung der Erfindung weiter.
Claims (10)
1. Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei dem Einsatzluft (1, 3) in eine
Einzelsäule (10) zur Trennung von Sauerstoff und Stickstoff eingeleitet (4, 6, 7, 8,
41) wird, wobei eine stickstoffreiche Fraktion (11, 32) aus dem oberen Bereich
und eine sauerstoffangereicherte Fraktion (33, 34; 35) aus dem unteren Bereich
der Säule (10) als Produkte gewonnen werden, dadurch gekennzeichnet, daß
der Druck in der Einzelsäule (10) weniger als 2,0 bar beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der
Einzelsäule (10) weniger als 1,5 bar beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
ein Teil der stickstoffreichen Fraktion (11) erwärmt (9, 5), verdichtet (13), durch
indirekten Wärmeaustausch (16) verflüssigt und in die Säule (10) zurückgeführt
(17, 18) wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem indirekten
Wärmeaustausch (16) zur Verflüssigung der stickstoffreichen Fraktion (15)
mindestens ein Teil der Sumpfflüssigkeit aus der Säule verdampft.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Teil (36, 39) der Einsatzluft (1, 3) arbeitsleistend entspannt (40) und anschließend
in die Säule (10) eingeleitet (41) wird.
6. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der arbeitsleistend
zu entspannende Teil (36) der Einsatzluft stromaufwärts der arbeitsleistenden
Entspannung (40) nachverdichtet (37, 38) wird.
7. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei der
arbeitsleistenden Entspannung (40) gewonnene Energie zur Nachverdichtung
(38) des arbeitsleistend zu entspannenden Teils (36) der Einsatzluft verwendet
wird.
8. Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft mit einem Hauptluftverdichter
(2) zur Verdichtung der Einsatzluft (1) auf einen Druck von weniger als 2,0 bar,
mit einer Einsatzluftleitung (4, 6, 7, 8), die stromabwärts des Hauptluftverdichters
(2) keine druckvermindernden Vorrichtungen enthält und in eine Einzelsäule (10)
führt, und mit Produktleitungen (11, 32; 33, 34; 35) für eine stickstoffreiche
Fraktion aus dem oberen Bereich der Säule und für eine sauerstoffangereicherte
Fraktion aus dem unteren Bereich der Säule.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Kreislauf, der mit
dem oberen Bereich der Säule (10) verbunden (11) ist und durch einen
Wärmetauscher (9, 5), einen Verdichter (13) und durch den Verflüssigungsraum
eines Kondensator-Verdampfers (16) zurück in die Säule (10) führt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der
Verdampfungsraum des Kondensator-Verdampfers (16) mit dem unteren Bereich
der Säule (10) verbunden ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19623310A DE19623310A1 (de) | 1995-11-21 | 1996-06-11 | Einzelsäulenverfahren und -vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19543394 | 1995-11-21 | ||
DE19623310A DE19623310A1 (de) | 1995-11-21 | 1996-06-11 | Einzelsäulenverfahren und -vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19623310A1 true DE19623310A1 (de) | 1996-11-07 |
Family
ID=7778034
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19623310A Withdrawn DE19623310A1 (de) | 1995-11-21 | 1996-06-11 | Einzelsäulenverfahren und -vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19623310A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1134524A2 (de) * | 2000-03-17 | 2001-09-19 | Linde Aktiengesellschaft | Verfahren zur Gewinnung von gasförmigem Stickstoff |
US6339939B1 (en) | 1997-08-14 | 2002-01-22 | L'air Liquide | Process for the conversion of a flow containing hydrocarbons by partial oxidation |
DE19954593B4 (de) * | 1999-11-12 | 2008-04-10 | Linde Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft |
-
1996
- 1996-06-11 DE DE19623310A patent/DE19623310A1/de not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP1134524A2 (de) * | 2000-03-17 | 2001-09-19 | Linde Aktiengesellschaft | Verfahren zur Gewinnung von gasförmigem Stickstoff |
EP1134524A3 (de) * | 2000-03-17 | 2002-01-09 | Linde Aktiengesellschaft | Verfahren zur Gewinnung von gasförmigem Stickstoff |
US6470707B2 (en) | 2000-03-17 | 2002-10-29 | Linde Aktiengesellschaft | Process for obtaining gaseous nitrogen |
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