DE19933558A1 - Dreisäulenverfahren und -vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft - Google Patents
Dreisäulenverfahren und -vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von LuftInfo
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- F25J3/04309—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen
- F25J3/04315—Lowest pressure or impure nitrogen, so-called waste nitrogen expansion
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- F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
- F25J3/04375—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc.
- F25J3/04381—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc. using work extraction by mechanical coupling of compression and expansion so-called companders
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- F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
- F25J2205/60—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using adsorption on solid adsorbents, e.g. by temperature-swing adsorption [TSA] at the hot or cold end
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- F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
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Abstract
Das Verfahren und die Vorrichtung dienen zur Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Dreisäulensystem, das aus einer Drucksäule (7), einer Zusatzsäule (8) und einer Niederdrucksäule (9) besteht. Ein erster Teil (101, 103, 104) verdichteter Einsatzluft (3, 4) wird in die Drucksäule (7) eingeleitet. Ein zweiter Teil (201, 202) der verdichteten Einsatzluft (3, 4) wird in die Zusatzsäule (8) eingeführt. Eine erste sauerstoffangereicherte Fraktion (18) wird aus der Drucksäule (7) abgezogen. Mindestens ein erster Teil (19) der ersten sauerstoffangereicherten Fraktion (18) wird in die Niederdrucksäule (9) eingeleitet. In der Zusatzsäule (8) wird eine zweite sauerstoffangereicherte Flüssigfraktion (26) erzeugt, in der Niederdrucksäule (9) eine dritte sauerstoffangereicherte Flüssigfraktion (30). In einem ersten Kondensator-Verdampfer (11) wird ein erstes stickstoffangereichertes Kopfgas (55, 10) aus der Drucksäule (7) in indirektem Wärmeaustausch mit der dritten sauerstoffangereicherten Flüssigfraktion (30) kondensiert und dabei eine erste stickstoffangereicherte Flüssigfraktion (50) erzeugt. In einem zweiten Kondensator-Verdampfer (22) wird ein zweites stickstoffangereichertes Kopfgas (21) aus der Zusatzsäule (8) durch indirekten Wärmeaustausch mit der zweiten sauerstoffangereicherten Flüssigfraktion (26) und/oder einem zweiten Teil (37) der ersten sauerstoffangereicherten Fraktion (18) kondensiert und dabei eine zweite stickstoffangereicherte Flüssigfraktion (51) erzeugt. ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem
Dreisäulensystem, das aus einer Drucksäule, einer Zusatzsäule und einer
Niederdrucksäule besteht, mit den im Patentanspruch 1 angeführten Schritten (a) bis
(h).
Ein Dreisäulensystem weist mindestens drei Säulen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung
auf. Der Begriff schließt Anlagen und Verfahren ein, die weitere Säulen zur Stickstoff-
Sauerstoff-Trennung und/oder zur Gewinnung von anderen Luftbestandteilen wie
Edelgasen aufweisen, beispielsweise eine Rohargonsäule. Ein
Dreifachsäulenverfahren der oben genannten Art ist aus EP 768503 A2 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art
mit besonders hohem Wirkungsgrad anzugeben, bei dem Druckstickstoff erzeugt wird.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1
gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann Stickstoffprodukt unmittelbar aus einer
unter erhöhtem Druck betriebenen Säule, abgezogen werden, vorzugsweise aus
derjenigen, die von allen drei Säulen den höchsten Druck aufweist. Gegenüber dem
üblichen Produktabzug aus der Niederdrucksäule wird der Aufwand beim Verdichten
auf Produktdruck entsprechend geringer oder entfällt gegebenenfalls ganz.
Normalerweise ist dies mit Problemen bei der Erzeugung von flüssigem Rücklauf für
die Säulen verbunden. Diese werden im Rahmen der Erfindung vermieden, indem der
Druck mindestens einer der Flüssigfraktionen, die aus einem der beiden Kondensator-
Verdampfer stammt oder diesem zugeführt werden, in flüssigem Zustand erhöht wird.
Zur dieser Druckerhöhung kann jedes bekannte Mittel eingesetzt werden,
vorzugsweise wird eine Flüssigpumpe verwendet.
Die zusätzlichen Merkmale der Patentansprüche 2 bis 4 betreffen besonders
bevorzugte Methoden zur Gewinnung von Verfahrenskälte bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
gemäß Patentanspruch 5.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand
von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher
erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Pumpen der zweiten
stickstoffangereicherten Flüssigfraktion stromabwärts des zweiten
Kondensator-Verdampfers und Überleitung in die Drucksäule,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Pumpen der ersten
stickstoffangereicherten Flüssigfraktion stromabwärts des ersten
Kondensator-Verdampfers und Überleitung in die Zusatzsäule und/oder
mit Pumpen der ersten sauerstoffangereicherten Flüssigfraktion
stromaufwärts des zweiten Kondensator-Verdampfers,
Fig. 3 eine Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels mit Innenverdichtung
von Sauerstoff,
Fig. 4 eine weitere Variante der Erfindung mit Pumpen der dritten
sauerstoffangereicherten Flüssigfraktion stromaufwärts des ersten
Kondensator-Verdampfers,
Fig. 5 ein Verfahren mit Pumpen der dritten sauerstoffangereicherten
Flüssigfraktion stromaufwärts des ersten Kondensator-Verdampfers und
Fig. 6 eine weitere Ausführungsform mit Pumpen der zweiten
stickstoffangereicherten Flüssigfraktion stromabwärts des zweiten
Kondensator-Verdampfers.
In den Beispielen der Fig. 1, 5 und 6 ist der Betriebsdruck in der Drucksäule höher
als in der Zusatzsäule, bei den Fig. 2 und 3 ist es umgekehrt. Fig. 4 zeigt einen
Fall, in dem die Betriebsdrücke von Druck- und Zusatzsäule im wesentlichen gleich
sind. Einander entsprechende Verfahrensschritte und Apparateteile tragen in den
verschiedenen Zeichnungen dieselben Bezugszeichen, für die auch die Erläuterungen
aus jeweils zuvor beschriebenen Figuren entsprechend gelten.
Bei dem Verfahren von Fig. 1 wird Einsatzluft 1 in einem Hauptluftverdichter 2 auf
einen ersten Druck verdichtet. Die verdichtete Einsatzluft 3 wird in einen ersten
Teilstrom 101, einen zweiten Teilstrom 201 und einen dritten Teilstrom 301 aufgeteilt.
In den Verdichtern 5 und 102 werden der erste Teilstrom auf einen zweiten Druck und
der zweite Teilstrom auf einen zwischen dem ersten und dem zweiten Druck liegenden
dritten Druck gebracht. Dabei werden der erste Teilstrom und der zweite Teilstrom
zunächst gemeinsam (4) im Verdichter 5 auf den dritten Druck und anschließend der
erste Teilstrom 101 alleine weiter im Verdichter 102 auf den zweiten Druck
komprimiert. Alternativ dazu können der erste und der zweite Teilstrom auch
unabhängig voneinander verdichtet werden.
Wenn der Kältebedarf der Anlage und/oder die Produktreinheit relativ hoch sind, kann
abweichend von der Darstellung in der Zeichnung der dritte Teilstrom, welcher der
Entspannungsmaschine 305 beziehungsweise dem Nachverdichter 302 zugeführt wird,
stromabwärts eines der Verdichter 5 oder 102 abgezweigt werden. Durch den damit
erreichten höheren Eintrittsdruck beim Entspannen kann die Kälteleistung erhöht
und/oder die Menge der direkt in die Niederdrucksäule eingeblasenen Luft verringert
werden.
Der unter dem zweiten Druck stehende erste Teilstrom 103 und der unter dem dritten
Druck stehende zweite Teilstrom 201 werden in einem Hauptwärmetauscher 6 gegen
Produktströme abgekühlt und in die Drucksäule 7 beziehungsweise in die Zusatzsäule
8 eingespeist (104 bzw. 202). Die Drucksäule 7 wird unter einem Druck von 5 bis
12 bar, vorzugsweise 6 bis 9 bar betrieben, die Zusatzsäule 8 steht unter 2 bis 5 bar,
vorzugsweise 2,5 bis 3,5 bar (je nach Abgabedruck des Druckstickstoffprodukts). In
einem konkreten Beispiel betragen die Drücke 5,5 bar am Kopf der Drucksäule 7 und
3,0 bar am Kopf der Zusatzsäule 8.
Der erste Druck (in Leitung 3 hinter dem Hauptluftverdichter 2) ist deutlich niedriger als
der Drucksäulendruck; die Differenz beträgt mindestens 2,5 bar, vorzugsweise 3,0 bis
3,2 bar. Der zweite Druck liegt geringfügig über dem Drucksäulendruck (beispielsweise
etwa 0,1 bar über dem Druck an der Einspeisestelle in die Drucksäule), um den
Druckabfall im Hauptwärmetauscher 6 und in den Leitungen 103 und 104
auszugleichen. Analog dazu liegt der dritte Druck (stromabwärts des Verdichters 5)
etwas oberhalb des Drucks der Zusatzsäule, um die Einführung des zweiten Teilstroms
201, 202 in die Zusatzsäule 8 zu gewährleisten.
Der dritte Teilstrom 301 wird gegebenenfalls in einem Nachverdichter 302 auf einen
vierten Druck nachverdichtet, der zwischen dem ersten Druck und dem Betriebsdruck
der Zusatzsäule liegen kann und beispielsweise 1,5 bis 2,5 bar höher als der erste
Druck ist. (Für den Fall, daß der dritte Teilstrom stromabwärts eines der Verdichter 5
oder 102 abgezweigt wird, ist der vierte Druck entsprechend höher, das heißt
beispielsweise höher als der Druck der Zusatzsäule oder sogar höher als der Druck der
Drucksäule; er kann in diesem Fall bis zu 8 bar oder mehr betragen.) Über Leitung 303
geht es zum Hauptwärmetauscher 6 und von einer Zwischentemperatur oberhalb des
kalten Endes aus weiter (304) zur Entspannungsmaschine 305. Die arbeitsleistend
entspannte Luft 306 wird auf mittlerer Höhe in die Niederdrucksäule 9 eingeleitet.
Die Luft wird hinter jedem Verdichter 2, 5, 102, 302 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 (nicht dargestellt).
Bei der Rektifikation in der Drucksäule 7 fallen eine erste stickstoffangereicherte
Fraktion als Kopfgas und eine erste sauerstoffangereicherte Flüssigfraktion als
Sumpfflüssigkeit an. Kopfgas 10 wird in einem ersten Kondensator-Verdampfer 11
kondensiert. Ein Teil 12 des Kondensats 50, das die erste stickstoffangereicherte
Flüssigfraktion bildet, wird auf die Drucksäule aufgegeben, ein anderer Teil 13 wird -
gegebenenfalls nach Unterkühlung im Gegenströmer 14 - über Leitung 15 in die
Niederdrucksäule 9 eingedrosselt (16), deren Betriebsdruck am Kopf 1,1 bis 1,5 bar,
vorzugsweise etwa 1,3 bar beträgt. Ein weiterer Teil 17 der ersten
stickstoffangereicherten Flüssigfraktion 50, 13 aus dem ersten Kondensator-
Verdampfer 11 wird zum Kopf der Zusatzsäule 8 geführt. Die Sumpfflüssigkeit 18 der
Drucksäule wird als erste sauerstoffangereicherte Flüssigfraktion zu einem ersten Teil
19 nach optionaler Unterkühlung (14) in die Niederdrucksäule 9 entspannt (20). Die
Einspeisestelle liegt oberhalb derjenigen der arbeitsleistend entspannten Luft 306. Der
Rest 37 (10 bis 30%, vorzugsweise 15 bis 20%) der Drucksäulen-Sumpfflüssigkeit 18
wird zur Zusatzsäule 8 geführt. Die Einspeisestelle liegt mindestens einen praktischen
oder theoretischen Boden, vorzugsweise zwei bis fünf theoretische Böden oberhalb der
Einspeisung des zweiten Luftteils 202.
In der Zusatzsäule 8 werden ein zweites stickstoffangereichertes Kopfgas und eine
zweite sauerstoffangereicherte Flüssigfraktion gewonnen. Das Kopfgas 21 wird in
einem zweiten Kondensator-Verdampfer 22 kondensiert. Das Kondensat 51 bildet die
zweite stickstoffangereicherte Flüssigfraktion und wird zu einem ersten Teil 23 in die
Zusatzsäule eingeleitet und zu einem zweiten Teil 24 - gegebenenfalls nach
Unterkühlung im Gegenströmer 14 - in die Niederdrucksäule 9 eingedrosselt (25). Die
zweite sauerstoffangereicherte Flüssigfraktion (26) aus dem Sumpf der Zusatzsäule
wird ebenfalls nach optionaler Unterkühlung (14) in den Verdampfungsraum des
zweiten Kondensator-Verdampfers 22 entspannt (27). Der verdampfte Strom 28 wird in
die Niederdrucksäule 9 eingeführt (29). Die Einspeisestelle liegt beispielsweise auf
derselben Höhe wie diejenige der Sumpfflüssigkeit aus der Drucksäule oder etwas
darüber.
Dampf 31 für die Rektifikation in der Niederdrucksäule 9 wird durch Verdampfen von
Sumpfflüssigkeit (dritte sauerstoffangereicherte Flüssigfraktion) 30 im ersten
Kondensator-Verdampfer 11 erzeugt. Der Kondensator-Verdampfer 11 kann
abweichend von der Darstellung im Sumpf der Niederdrucksäule 9 angeordnet sein.
Als Kopfprodukt verläßt Stickstoff 32 die Niederdrucksäule 9, wird in den
Wärmetauschern 14 und 6 auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt und bei 33
abgezogen. Gasförmiger Produktsauerstoff 34, 35 wird ebenfalls im
Hauptwärmetauscher 6 erwärmt. Das Sauerstoffprodukt oder ein Teil davon kann bei
Bedarf flüssig entnommen werden (Leitung 36). Für die Erzeugung eines
Hochdruckprodukts kann der flüssig entnommene Sauerstoff auf Druck gebracht und
verdampft werden (Innenverdichtung).
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, die drei Teilströme 103, 201, 303 in getrennten Anlagen zu
behandeln oder auch den ersten und zweiten Teilstrom gemeinsam durch ein
unmittelbar stromabwärts des Nachkühlers des Verdichters 5 angeordnetes
Molekularsieb zu schicken. Für den Fall, daß abweichend von der Darstellung in der
Zeichnung der dritte Teilstrom hinter einem der Verdichter 5 oder 102 abgenommen
und dem Nachverdichter 302 zugeleitet wird, können alle drei Teilströme oder
zumindest der erste und der dritte Teilstrom gemeinsam gereinigt werden.
In dem Beispiel von Fig. 2 wird die Gesamtluft 1 im Hauptluftverdichter 2 auf etwas
über Drucksäulendruck verdichtet. Von der verdichteten Gesamtluft wird der erste
Luftteilstrom 101 abgezweigt und durch den Hauptwärmetauscher 6 und über Leitung
104 ohne weitere druckverändernde Maßnahmen in die Drucksäule 7 eingespeist.
Der Rest 259 der Luft wird in einem Nachverdichter 260 auf etwas über
Zusatzsäulendruck gebracht. Die Hochdruckluft 261 wird schließlich in den zweiten
Teilluftstrom 201 und den dritten Teilluftstrom 301 aufgeteilt, die analog zu Fig. 1 zur
Zusatzsäule 8 beziehungsweise zur Entspannungsmaschine 305 geführt werden.
Im Unterschied zu Fig. 1 wird jedoch die arbeitsleistend entspannte Luft 262, 263
nicht in die Niederdruck-, sondern in die Drucksäule 7 geführt. Die Niederdrucksäule 9
wird als reine Abtriebssäule betrieben, wobei die erste sauerstoffangereicherte
Flüssigfraktion 18 aus der Drucksäule 7 mindestens zu einem Teil 19 auf den Kopf der
Niederdrucksäule aufgegeben wird. Als zusätzlicher Einsatz wird ein Teil 264 der
zweiten sauerstoffangereicherten Flüssigfraktion 26 aus der Zwischensäule 8 in die
Niederdrucksäule 9 eingespeist (über Ventil 265), und zwar unterhalb der Einspeisung
20 der Drucksäulen-Sumpfflüssigkeit und oberhalb der Zuführung 29 von Restdampf
28 aus dem zweiten Kondensator-Verdampfer 22. Das Kopfprodukt 32 der
Niederdrucksäule 9 weist in dieser Prozeßvariante einen geringeren Stickstoffgehalt
auf.
Die Leitung 268 entspricht Leitung 54 von Fig. 1, allerdings verläuft die Strömung hier
in umgekehrter Richtung: Die Pumpe 253 erhöht den Druck der ersten
stickstoffangereicherten Flüssigfraktion aus dem ersten Kondensator-Verdampfer 11
auf etwa Zusatzsäulendruck und fördert die Flüssigkeit als zusätzlichen Rücklauf auf
den Kopf der Zusatzsäule 8.
Alternativ oder zusätzlich kann ein Teil 37 der ersten sauerstoffangereicherten
Flüssigfraktion 18 als zusätzliches Kältemittel in den Verdampfungsraum des zweiten
Kondensator Verdampfers 22 gepumpt (258) werden.
Anstelle des Drosselventils 29 kann auch eine arbeitsleistende Entspannung des
Dampfes 28 aus dem zweiten Kondensator-Verdampfer vorgesehen sein,
gegebenenfalls nach vorheriger Anwärmung des Dampfes 28.
Die Betriebsdrücke der Säulen betragen in dem Beispiel 4,6 bar in der Drucksäule 7,
9,1 bar in der Zusatzsäule 8 und 1,2 bar in der Niederdrucksäule 9. Das
Druckstickstoffprodukt 57 wird in Fig. 2 nicht aus der Drucksäule 7, sondern aus der
unter noch höherem Druck betriebenen Zusatzsäule 8 abgezogen, indem ein Teil 267
des Kopfdampfes 266 der Zusatzsäule 8 zum Hauptwärmetauscher 6 geführt wird.
Das Verfahren gemäß Fig. 2 ist insbesondere zur Gewinnung großer Mengen an
Druckstickstoff und Sauerstoff geeignet.
Fig. 3 ähnelt Fig. 2 sehr stark. Allerdings ist hier definitiv keine Überleitung von
Sumpfflüssigkeit 18 der Drucksäule in den zweiten Kondensator-Verdampfer 22
vorgesehen (gestrichelte Linie 37 und Pumpe 258 in Fig. 2). Als weitere Abweichung
von Fig. 2 wird im Prozeß von Fig. 3 ein Teil 350 des Dampfes 28 aus dem zweiten
Kondensator-Verdampfer 22 in den unteren Bereich der Drucksäule eingedrosselt
(351). Die Entspannungsmaschine 305 wird nicht durch einen Verdichter gebremst,
sondern durch einen Generator 352. Der dritte Teilstrom wird unter dem Austrittsdruck
des Hauptluftverdichters 2 abgezweigt und nach seiner arbeitsleistenden Entspannung
305 in die Niederdrucksäule 9 geleitet (306).
Außerdem wird bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 das Sauerstoffprodukt
vollständig oder teilweise innenverdichtet und als Druckprodukt gewonnen. Hierzu wird
flüssiger Sauerstoff 353 vom Sumpf der Niederdrucksäule 9 in einer Pumpe 354 auf
den gewünschten Produktdruck gebracht, im Hauptwärmetauscher 6 verdampft und
angewärmt und schließlich als Drucksauerstoffprodukt 355 gewonnen.
Bei dem Verfahren gemäß Fig. 4 wird sowohl aus der Drucksäule 7 (Leitung 56) als
auch aus der Zusatzsäule 8 (Leitung 267) Druckstickstoffprodukt abgezogen. Eine
Pumpe 450 bringt die dritte sauerstoffreiche Flüssigfraktion 30, die durch
Sumpfflüssigkeit der Niederdrucksäule 9 gebildet wird, in flüssigem Zustand auf Druck,
bevor sie in den Verdampfungsraum des ersten Kondensator-Verdampfers 11
eingespeist wird. Der erhöhte Druck im Kondensator-Verdampfer 11 wird zur
Gewinnung eines gasförmigen Druckprodukts ausgenutzt, indem ein Teil 451 des bei
der Verdampfung der dritten sauerstoffreichen Flüssigfraktion entstandenen Gases 31
im Hauptwärmetauscher 6 angewärmt und als Drucksauerstoffprodukt 452 abgeführt
wird. Der Rest 453 wird abgedrosselt (454) und dient als aufsteigender Dampf in der
Niederdrucksäule 9. Alternativ zur Drosselentspannung 454 kann auch eine
arbeitsleistende Entspannung vorgesehen sein.
Außerdem wird in Fig. 4 die Gesamtluft 3 im Nachverdichter 455 auf einen Druck
oberhalb des höchsten Verfahrensdrucks gebracht und anschließend in die drei
Teilströme 101, 201, 301 aufgeteilt. Die in 304 arbeitsleistend entspannte Luft 456 wird
in Abweichung von Fig. 1 in den Verdampfungsraum des zweiten Kondensator-
Verdampfers 22 eingespeist (457).
Bei dem Prozeß, der in Fig. 5 dargestellt ist, herrscht in der Zusatzsäule 8 ein
niedrigerer Druck als in der Drucksäule 7. Hier werden Elemente der Fig. 1, 2 und
4 miteinander kombiniert.
Wie in Fig. 4 wird Drucksauerstoff durch Abzweigen von Sauerstoffgas 451 aus der
Dampfleitung 31 vom ersten Kondensator-Verdampfer 11 erzeugt, wobei die dritte
sauerstoffangereicherte Flüssigfraktion 30 vor dem Verdampfen durch Pumpen 450 auf
Druck gebracht wird. Das gasförmige Druckstickstoffprodukt 56, 57 wird hier jedoch
ausschließlich aus der Drucksäule 7 abgezogen. Flüssiger Stickstoff 52, 54 aus der
Zusatzsäule 8 wird wie in Fig. 1 zum Kopf der Drucksäule 7 gepumpt (53). Bei Bedarf
kann außerdem Stickstoff als Flüssigprodukt 550, 551 vom Kopf der Zusatzsäule 8
und/oder der Drucksäule 7 abgenommen werden.
Die Verdichtung der drei verschiedenen Luftströme erfolgt ähnlich wie in Fig. 1;
allerdings wird die Turbinenluft 301 stromabwärts des Verdichters 102 abgenommen.
Damit befindet sie sich bereits stromaufwärts des Nachverdichters (Boosters) 305 auf
einem besonders hohen Druck, so daß einerseits bei der arbeitsleistenden
Entspannung 305 besonders viel Kälte erzeugt werden kann und andererseits der
Austrittsdruck so gewählt werden kann, daß eine Einspeisung der Turbinenabluft 552,
553 in die unter Zwischendruck arbeitende Zusatzsäule 8 möglich ist.
Fig. 6 unterscheidet sich von dem in Fig. 4 dargestellten Verfahren insbesondere
durch einen erhöhten Verfahrensdruck in der Niederdrucksäule von 2,0 bis 4,0 bar.
Hierdurch kann die Pumpe (450 in Fig. 5) für den Niederdrucksauerstoff 30 entfallen.
Kälte wird in dem Prozeß durch arbeitsleistende Entspannung 453 mindestens eines
Teils 451, 452 des Restgases 32 vom Kopf der Niederdrucksäule 9 gewonnen. (Der
Rest 454 wird gegebenenfalls über Leitung 33 abgezogen.) Das Restgas 451 wird
dazu im Hauptwärmetauscher 6 auf eine Zwischentemperatur angewärmt und über
Leitung 452 zum Eintritt einer Generatorturbine 453 geführt. Das entspannte Gas 455
kann nach Anwärmung im Hauptwärmetauscher 6 beispielsweise als Regeneriergas
456 für eine Molekularsiebstation genutzt werden.
In den Ausführungsbeispielen werden die Stoffaustauschelemente in der Drucksäule
und in der Zusatzsäule durch Destillierböden gebildet, diejenigen in der
Niederdrucksäule durch geordnete Packung. Grundsätzlich können jedoch bei der
Erfindung in jeder der Säulen 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 in allen Säulen, insbesondere in der
Niederdrucksäule, bevorzugt.
Claims (5)
1. Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Dreisäulensystem, das
aus einer Drucksäule (7), einer Zusatzsäule (8) und einer Niederdrucksäule (9)
besteht, mit folgenden Schritten:
- a) Einleiten eines ersten Teils (101, 103, 104) verdichteter Einsatzluft (3, 4) in die Drucksäule (7);
- b) Einleiten eines zweiten Teils (201, 202) der verdichteten Einsatzluft (3, 4) in die Zusatzsäule (8);
- c) Abziehen einer ersten sauerstoffangereicherten Fraktion (18) aus der Drucksäule (7);
- d) Einleiten mindestens eines ersten Teils (19) der ersten sauerstoffangereicherten Fraktion (18) in die Niederdrucksäule (9);
- e) Erzeugen einer zweiten sauerstoffangereicherten Flüssigfraktion (26) in der Zusatzsäule (8);
- f) Erzeugen einer dritten sauerstoffangereicherten Flüssigfraktion (30) in der Niederdrucksäule (9);
- g) Erzeugen einer ersten stickstoffangereicherten Flüssigfraktion (50) durch Kondensation eines ersten stickstoffangereicherten Kopfgases (55, 10) aus der Drucksäule (7) durch indirekten Wärmeaustausch mit der dritten sauerstoffangereicherten Flüssigfraktion (30) in einem ersten Kondensator- Verdampfer (11);
- h) Erzeugen einer zweiten stickstoffangereicherten Flüssigfraktion (51) durch Kondensation eines zweiten stickstoffangereicherten Kopfgases (21) aus der Zusatzsäule (8) durch indirekten Wärmeaustausch mit der zweiten sauerstoffangereicherten Flüssigfraktion (26) und/oder einem zweiten Teil (37) der ersten sauerstoffangereicherten Fraktion (18) in einem zweiten Kondensator-Verdampfer (22);
- - erste stickstoffangereicherte Flüssigfraktion (50, 266) stromabwärts des ersten Kondensator-Verdampfers (11);
- - zweite stickstoffangereicherte Flüssigfraktion (51, 52) stromabwärts des zweiten Kondensator-Verdampfers (22);
- - dritte sauerstoffangereicherte Flüssigfraktion (30) stromaufwärts des ersten Kondensator-Verdampfers (11);
- - zweiter Teil (37) der ersten sauerstoffangereicherten Fraktion stromaufwärts des zweiten Kondensator-Verdampfers (22).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Teilstrom
(301, 303) verdichteter Einsatzluft arbeitsleistend entspannt (305) wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die arbeitsleistend
entspannte Luft mindestens teilweise der Drucksäule (7), der Zusatzsäule (8) oder
der Niederdrucksäule (9) zugeführt (262, 263; 552, 553; 306) wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein
stickstoffhaltiger Gasstrom (451, 452) aus dem oberen Bereich der
Niederdrucksäule (9) arbeitsleistend entspannt (453) wird.
5. Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Dreisäulensystem, das
aus einer Drucksäule (7), einer Zusatzsäule (8) und einer Niederdrucksäule (9)
besteht, mit
- a) Mitteln (101, 103, 104) zum Einleiten eines ersten Teils verdichteter Einsatzluft (3, 4) in die Drucksäule (7);
- b) Mitteln (201, 202) zum Einleiten eines zweiten Teils der verdichteten Einsatzluft (3, 4) in die Zusatzsäule (8);
- c) Mitteln (18) zum Abziehen einer ersten sauerstoffangereicherten Fraktion aus der Drucksäule (7);
- d) Mitteln (19, 20) zum Einleiten mindestens eines ersten Teils der ersten sauerstoffangereicherten Fraktion in die Niederdrucksäule (9);
- e) Mitteln zum Erzeugen einer zweiten sauerstoffangereicherten Flüssigfraktion (26) in der Zusatzsäule (8);
- f) Mitteln zum Erzeugen einer dritten sauerstoffangereicherten Flüssigfraktion (30) in der Niederdrucksäule (9);
- g) Mitteln zum Erzeugen einer ersten stickstoffangereicherten Flüssigfraktion (50) durch Kondensation eines ersten stickstoffangereicherten Kopfgases (55, 10) aus der Drucksäule (7) durch indirekten Wärmeaustausch mit der dritten sauerstoffangereicherten Flüssigfraktion (30) in einem ersten Kondensator- Verdampfer (11); und mit
- h) Mitteln zum Erzeugen einer zweiten stickstoffangereicherten Flüssigfraktion (51) durch Kondensation eines zweiten stickstoffangereicherten Kopfgases (21) aus der Zusatzsäule (8) durch indirekten Wärmeaustausch mit der zweiten sauerstoffangereicherten Flüssigfraktion (26) und oder einem zweiten Teil (37) der ersten sauerstoffangereicherten Fraktion (18) in einem zweiten Kondensator-Verdampfer (22);
- - erste stickstoffangereicherte Flüssigfraktion (50, 266) stromabwärts des ersten Kondensator-Verdampfers (11);
- - zweite stickstoffangereicherte Flüssigfraktion (51, 52) stromabwärts des zweiten Kondensator-Verdampfers (22);
- - dritte sauerstoffangereicherte Flüssigfraktion (30) stromaufwärts des ersten Kondensator-Verdampfers (11);
- - zweiter Teil (37) der ersten sauerstoffangereicherten Fraktion stromaufwärts des zweiten Kondensator-Verdampfers (22).
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19933558A DE19933558C5 (de) | 1999-07-16 | 1999-07-16 | Dreisäulenverfahren und -vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft |
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Publications (3)
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Legal Events
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OAV | Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1 | ||
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