DE2518557A1 - Verfahren zur luftzerlegung durch tieftemperaturrektifikation nach dem niederdruckverfahren mit fluessigkeitserzeugung - Google Patents

Verfahren zur luftzerlegung durch tieftemperaturrektifikation nach dem niederdruckverfahren mit fluessigkeitserzeugung

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DE2518557A1 DE19752518557 DE2518557A DE2518557A1 DE 2518557 A1 DE2518557 A1 DE 2518557A1 DE 19752518557 DE19752518557 DE 19752518557 DE 2518557 A DE2518557 A DE 2518557A DE 2518557 A1 DE2518557 A1 DE 2518557A1
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Description

2b185^7
LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
(H 8θό) . H 75/32
ElAo 23.4.1975
Verfahren zur Luftzerlegung durch Tieftemperaturrektifikation nach dem Niederdruckverfahren mit Flüssigkeit serzeugung.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Luftzerlegung mit FlUssigkeitserzeugung durch Tieftemperaturrektifi-I
j kation nach dem Niederdruckverfahren in e iner Drucksäule und
I
einer Niederdrucksäule, bei dem verdichtete Rohluft in einem
Hauptwärmeaustauscher, der als .levex oder Regenerator oder im * Falle eines vorgeschalteten Molekularsiebes als normaler Wärmeaustauscher ausgeführt ist, Im Gegenstrom zu Zerlegungsprodukten abgekühlt und ein aus gereinigter Rohluft oder Stickstoff bestehender, auf den Druck der Drucksäule komprimierter Gasstrom teilweise In einer Expansionsturbine entspannt wird.
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Bei Luftzerlegungsverfahren des genannten Typs (siehe z.B. "Chemische Technologie", Band 2, Herausgeber K. Winnacker und L. KUchler, München 1969, Seite 464 ff.) muß die Rohluft weit genug abgekühlt werden, um kleine Temperaturdifferenzen am kalten Ende der Hauptwärmeaustauscher und damit kleine Austauschverluste zu erreichen. Es genügt nicht, gleiche Mengen von Rohluft und Zerlegungsprodukten gegeneinander zu fUhren, da die spezifische Wärme derRohluft aufgrund ihres höheren Druckes die der Zerlegungsprodukte übersteigt, und da ProduktflUssigkeit gesondert abgeführt wird. Deshalb wird bei Revex- und Regeneratoranlagen eine bestimmte Menge komprimierten Gases, das z.B. nach Auswaschung der letzten Reste an Verunreinigungen auf den untersten Böden in Form von Luft aus der Drucksäule abgezogen wird, als Ausgleichsstrom in den Revex oder Regeneratoren zusätzlich angewärmt, um in deren Mitte und teilweise erst am warmen Ende wieder entnommen zu werden. Der Ausgleichsstrom, der auch in Form von Stickstoff aus der Drucksäule abgezogen werden kann, wird dann in einer Expansionsturbine entspannt und In die Niederdrucksäule eingeblasen. Soll in einer Anlage das FlUssigkeits/Gas-Verhältnls auf der Produktseite erhöht werden, so wird zur Steigerung der Kälteerzeugung eine größere Menge an Turbinengas benötigt. Zu diesem
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Zweck wird eine zusätzliche Menge komprimierten Gases z.B. aus der Drucksäule entnommen, dem in den Revex oder Regeneratoren erwärmten Ausgleichsstrom kalt zugemischt und mit ihm gemeinsam in der Expansionsturbine entspannt. Bei der Mischung der beiden Ströme treten aufgrund ihrer unterschiedlichen Temperaturen unerwünschte Exergieverluste auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der obengenannten Art die Exergieverluste zu verringern und dadurch die VJirtschaftlichkeit des Verfahrens zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß von dem komprimierten Gasstrom ein Teilstrom abgezweigt wird, der im Gegenstrom zu dem in der Expansionsturbine entspannten Teil des komprimierten Gasstroms in einem Turbinennachkiihler angewärmt und danach in einer zweiten Expansionsturbine entspannt wird.
Die Menge des komprimierten Gases wird also Über die Menge des benötigten Ausgleichsstromes hinaus vergrößert, und der Differenzbetrag als Teilstrom abgezweigt. Die bei der Entspannung des Ausgleichsstroms gewonnene Kälte, die gunstig
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bei hohen Turbineneintrittstemperaturen erzeugt wird, steht nach wie vor zur Verfugung, während in der zweiten Expansionsturbine durch Ausnutzung der Abwärme der ersten Expansionsturbine zusätzlich Kälte erzeugt wird. Durch den indirekten Wärmeaustausch mit dem entspannten Ausgleichsstrom im Turbinennachkühler wird der Teilstrom soweit erwärmt, daß der Abstand zur Taupunkttemperatur nach der Entspannung in der zweiten Expansionsturbine noch groß genug ist. Die bei der Zumischung des aus dem TurbinennachkUhler austretenden Ausgleichsstromes zu dem in der zweiten Expansionsturbine entspannten Teilstrom sich einstellende Mischungstemperatur liegt unter der Temperatur, die sich durch Entspannung der Mischung des warmen Ausgleichsstromes mit dem kalten, aus der Drucksäule entnommenen Teilstrom ergibt. Somit kann der Teilstrom mit tieferer Temperatur in die Niederdrucksäule eingeblasen werden. Die irreversiblen Verluste durch Mischung unterschiedlich temperierter Ströme werden durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen erheblich verkleinert, einmal indem die Mischung von Ausgleichsstrom und Teilstrom vermieden, und zum anderen indem die Einblastemperaturen gesenkt werden.
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LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
Eine Variante der erfindungsgemäßen Verfahrensweise kann mit Vorteil auf ein Verfahren der eingangs geschilderten Art angewandt werden, das zusätzlich in bekannter Weise mit einem Sauerstoffkreislauf ausgestattet ist, bei dem ein aus der Niederdrucksäule abgezogener Sauerstoffstrom in zwei Teilströme aufgeteilt und der erste Sauerstoffteilstrom nach Erwärmung im Hauptwärmeaustauscher im Gegenstrom zur Rohluft mit dem zweiten Sauerstoffteilstrom wiedervereinigt wird und der wiedervereinigte Sauerstoffstrom komprimiert, mindestens teilweise im Gegenstrom zum zweiten Sauerstoffteilstrom in einem ι Sauerstoffgegenströmer abgekühlt und danach in die Niederdrucksäule entspannt wird. Die Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß von dem komprimierten Gasstrom ein zweiter Teilstrom abgezweigt wird, der parallel mit dem zweiten Sauerstoffteilstrom im Gegenstrom zu dem in die Niederdrucksäule zu entspannenden Teil des wiedervereinigten Sauerstoffstroms im Kaltast des Sauerstoffgegenströmers angewärmt und danach in der zweiten Expansionsturbine entspannt wird.
Der durch den Säuerstoffgegenströmer zur Niederdrucksäule zurückfließende Teil des wiedervereinigten, komprimierten Sauerstoffstroms wird im Kaltast des Sauerstoffgegenströmers verflüssigt und verliert dabei eine sehr große Wärmemenge.
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Zur Aufnahme dieser Wärmemenge reicht der zweite Sauerstoffteilst rom nicht aus, der aus Gründen eines angenäherten kalorischen Gleichgewichts im Warmast des Sauerstoffgegenströmers in seiner Menge nicht zu sehr von dem ihm entgegenströmenden komprimierten Sauerstoff abweichen sollte. Der von dem komprimierten Gasstrom abgezweigte zweite Teilstrom wird so bemessen, daß er diese Wärmemenge gerade aufnehmen kann, und daß insbesondere die mittlere Temporaturdifferenz im Kaltast ein Minimum ist. Durch Kombination mit einem Sauerstoffkreislauf gelingt es demnach, noch mehr Gas für die Entspannung in der zweiten Expansionsturbine bereitzustellen.
Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens in Verbindung mit einem Sauerstoffkreislauf besteht darin, daß die im Turbinennachkühler sowie im Kaltast des Sauerstoffgegenströmers ablaufenden Wärmeaustauschprozesses in einem einzigen, gemeinsamen Wärmeaustauscher durchgeführt werden. ι Wenn die Temperatur des Ausgleichsstromes nach der Entspannung und die Anwärmtemperatur des vom komprimierten Gasstrom abgezweigten und im Kaltast des Sauerstoffgegenströmers erwärmten zweiten Teilstromes nicht zu weit auseinanderliegen, kann es günstig sein, den entspannten Ausgleichsstrom ebenfalls im Kaltast des Sauerstoffgegenströmers parallel mit dem komprimierten Säuerstoffstrom abzukühlen, die beiden von dem kompri-
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mierten Gasstrom abgezweigten Teilströme zu vereinigen und vor ihrer gemeinsamen Entspannung parallel mit dem zweiten Sauerstoffteilstrom im Kaltast des Sauerstoffgegenströmers anzuwärmen. Dies kann von Vorteil sein, wenn der Kaltast in einem Block gefertigt werden kann. Damit ist auch eine Verringerung des Raumbedarfs verbunden.
Der komprimierte Gasstrom kann an verschiedenen Stellen innerhalb des Verfahrens entnommen werden. Die weitere Behandlung der davon abgezweigten Teilströme nach der Entspannung in der ersten bzw. zweiten Expansionsturbine ist dabei vom Entnahmeort und damit von der Art des komprimierten Gasstromes abhängig.
So besteht bei Revex- und Regeneratoranlagen die !Möglichkeit, daß als komprimierter Gasstrom aus der Drucksäule abgezogener reiner oder unreiner Stickstoff verwendet wird,und daß die davon abgezweigten Teilströme nach Entspannung in der ersten bzw. zweiten Expansionsturbine entweder dem Restgas oder bei Verwendung von reinem Stickstoff dem reinen Produktstickstoff zugemischt wird, oder daß als Komprimierter Gasstrom aus der Drucksäule abgezogene gereinigte Luft verwendet wird, und daß die davon abgezweigten Teilströme nach Entspannung in der ersten bzw. zweiten Expansionsturbine wahlweise in die Rieder-
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drucksäule eingeblasen, dem Restgas zugemischt oder teilweise in die Niederdrucksäule eingeblasen und teilweise dem Restgas zugemischt werden.
Wird der Ausgleichsstrom in Form von Luft in der ersten Expansionsturbine auf den Druck der Niederdrucksäule entspannt und nach Abkühlung im TurbinennachkUhler in diese eingeblasen, so läßt sich eine höhere Sauerstoffausbeute erzielen als bei der Einleitung in das unreine kalte Restgas. Im letzteren Falle ergibt sich allerdings eine etwas höhere Fliissigkeitsproduktion, da
auf einen etwas niedrigeren Druck entspannt werden kann und damit mehr Kälte erzeugt wird.
Bei einem Verfahren der erfindungsgemäßen Art, das noch zusätzlich mit vorgeschaltetem Molekularsieb zur Entfernung von Wasser und Kohlendioxid aus der Rohluft arbeitet, besteht die Möglichkeit, daß als komprimierter Gasstrom im Molekularsieb gereinigte Rohluft verwendet wird, daß der in der ersten Expansionsturbine zu entspannende Teil etwa in der Mitte und die in der zweiten Expansionsturbine zu entspannenden Teilströme am kalten Ende des Hauptwärmeaustauschers von der gereinigten Rohluft abgezweigt werden, und daß die Teilströme nach der Entspannung in der ersten bzw. zweiten Expansionsturbine entweder in die Niederdrucksäule eingebl äsen oder dem Restgas zugemischt
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oder teilweise in die Niederdruoksäule eingeblasen und teilweise dem Restgas zugemischt werden. Die Verwendung von Molekularsiebanlagen hat den Vorteil, daß als Hauptwärmeaustauscher anstelle von Revex oder Regeneratoren normale Wärmeaustauscher eingesetzt werden können, und daß es nicht mehr nötig ist, restliches Kohlendioxid und Wasser auf den unteren Böden der Drucksäule auszuvraschen.
Hinsichtlich der Behandlung des Ausgleichsstromes bietet das erfindungsgemäße Verfahren noch einige, unter Umständen mit Vorteil anzuwendende Varianten.
So kann es zweckmäßig sein, daß der in der ersten Expansionsturbine zu entspannende Teil des komprimierten Gasstromes im Hauptwärmeaustauscher in zwei weitere Teilströme aufgeteilt wird, wobei der eine weitere Teilstrom den Hauptwärmeaustauscher in seiner gesamten Länge durchströmt, während der andere weitere Teilstrom bereits in mittlerer Höhe herausgeführt wLrd. Damit ergibt sich eine zusätzliche Möglichkeit, das Temperaturprofil des Hauptwärmeaustauschers einzuregulieren. Die Eintrittstemperatur für die Expansionsturbine kann dadurch gesteigert werden, daß die beiden weiteren Teilströme nach Verlassen des Hauptwärmeaustauschers vereinigt und gemeinsam in
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der ersten Expansionsturbine entspannt werden. Eine bessere Ausnutzung des höheren Enthalpiegefälles bei höheren Temperaturen ergibt sich, wenn die beiden weiteren Teilströme nach Verlassen des Hauptwärmeaustauschers einzeln in je einer Expansionsturbine parallel entspannt und vor Eintritt in den TurbinennachkUhler wiedervereinigt werden. Eine Erhöhung der Eintrittstemperatur fUr die zweite Expansionsturbine läßt sich dadurch erreichen, daß der am warmen Ende des Hauptwärmeaustauschers entnommene weitere Teilstrom nach Entspannung in der Expansionsturbine sowie vor Wiedervereinigung mit dem anderen weiteren Teilstrom und vor Eintritt in den TurbinennachkUhler im Gegenstrom zu dem im Turbinennachiihler angewärmten ersten Teilstrom abgekühlt wird. Die bei einer Vereinigung der beiden weiteren Teilströme direkt nach ihrer Entspannung und vor Einführung in den TurbinennachkUhler aufgrund ihrer unterschiedlichen Temperaturen auftretenden Exergieverluste werden durch Abführung der Überschüssigen Wärme des einen weiteren Teilstromes in dem zusätzlich eingeschalteten Wärmeaustauscher' verringert .
Im folgenden sollen Beispiele für das erfindungsgemäfle Verfahren anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert werden.
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Figur 1 zeigt ein Verfahren zur Luftzerlegung ohne Sauerstoffkreislauf, mit Revex oder Regeneratoren, mit TurbinennaehkUhler und zwei Expansionsturbinen, die mit gereinigter Luft aus der Drucksäule betrieben werden.
Figur 2 zeigt ein Verfahren zur Luftzerlegung mit Sauerstoffkreislauf, mit Revex oder Regeneratoren sowie mit TurbinennaehkUhler und zwei Expansionsturbinen, die mit gereinigter Luft aus der Drucksäule betrieben werden.
Figur 3 zeigt ein Verfahren zur Luftzerlegung mit Sauerstoffkreislauf, mit Revex oder* Regeneratoren und zwei Expansionsturbinen, die mit gereinigter Luft aus der Drucksäule betrieben werden, wobei TurbinennaehkUhler und Kaltast des Sauerstoffgegenströ'mers zu einem Wärmeaustauscher vereinigt sind.
Figur 4 zeigt ein Verfahren zur Luftzerlegung ohne Sauerstoffkreislauf mit (nicht dargestellter) vorgeschalteter Molekularsiebanlage, mit TurbinennaehkUhler und zwei Expansionsturbinen, die mit gereinigter Luft betrieben werden.
Figur '5 zeigt ein Verfahren zur Luftzerlegung ohne Sauerstoffkreislauf, mit Revex oder Regeneratoren mit TurbinennaehkUhler und zwei Expansionsturbinen, die mit Stickstoff aus der Drucksäule betrieben werden, und Aufspaltung des Ausgleichsstromes in den Revex oder Regeneratoren.
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- 12 - 251855?
Die Figuren 6 und 7 zeigen im Ausschnitt Varianten des in Figur 5 dargestellten Verfahrens, die aber auch auf die Verfahren der Figuren 1 bis 3 anwendbar sind.
In den Abbildungen ist 1 ein Luftkompressor, 2 ein Revex oder Regenerator, 3 eine Rektifikationskolonne mit Drucksäule 4 und Niederdrucksäule 5. 6 und 7 sind Expansionsturbinen, 8 ein Turbinennachktihler.
In Figur 1 treten bei 10 135 000 NmVh Rohluft ein, die im Luftkompressor 1 auf 6,2 bar verdichtet werden. Die Rohluft wird im Revex 2 von Wasser und Kohlendioxid befreit und 'gelangt durch Leitung 11 in die Drucksäule 4. Aus dem Sumpf der Drucksäule wird durch Leitung 12 sauerstoffreiche Flüssigkeit abgezogen und im Drosselventil 15 In die Niederdrucksäule 5 entspannt, wo ein Druck von ca. 1,5 bar herrscht. Aus dem oberen Teil derDrucksäule wird durch Leitung 13 flüssiger Stickstoff abgezogen und im Drosselventil 14 als Rücklaufflüssigkeit in die Niederdrucksäule entspannt. Im Wärmeaustauscher 9 überträgt der durch Leitung 16 vom Kopf der Niederdrucksäule abgezogene unreine Stickstoff einen Teil seiner Kälte auf die aus der Drucksäule kommenden Ströme. Durch Leitung 18 wird vom Fuß der NiederdrucksKule gasförmiger Sauerstoff mit einer Reinheit von 99,5 Mol-# entnommen. Der reine Sauerstoff verläßt die Anlage bei 19, der unreine Stickstoff bei 17.
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Aus der Drucksäule werden einige Böden oberhalb der Eintrittsöffnung für die zu zerlegende Luft durch Leitung 20 34.500 Nm /h gereinigte Luft entnommen. Davon gelangen 18.OOO Nm als Ausgleichsstrom in den Revex 2, wo sie sich im Gegenstrom zur Rohluft auf ca. 180 K erwärmen. In der Expansionsturbine 6 wird die Luft auf ca. 1,3 bar entspannt und dabei auf ca. 126 K abgekühlt. Im Turbinennachkühler 8 werden die restlichen 16.3OO Nm im Gegenstrom zu der in der Expansionsturbine 6 entspannten Luft auf ca. 123 K erwärmt und gelangen danach durch Leitung 22 zur Expansionsturbine 7, wo sie von ca. 5,9 auf ca. 1,4 bar entspannt werden. Sie verlassen die Expansionsturbine mit einer Temperatur von ca. 87 K und werden so durch die Leitungen 23 und 30 in die Niederdrucksäule eingeblasen. Bei 21 werden 1530 Nm^/h flüssigen, bei 19 21.070 NnrVh gasförmigen Sauerstoffs abgezogen.
Eine leichte Senkung des flüssigen zugunsten des gasförmigen Anteils der Sauerstoffproduktion ergibt sich, wenn neben der in der Expansionsturbine 7 entspannten Luft zusätzlich ein Teil der in der Expansionsturbine 6 entspannten Luft in die Niederdrucksäule eingeblasen wird. Dies geschieht mit Hilfe der\entile 27 und 28 durch Leitung 29. Werden auf diesem Wege z.B. 7.7OO Nm abgezweigt und eingeblasen, so erhöht sich die Produktmenge an gasförmigem Sauerstoff auf 21.250 Nm , wtfawmd
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die flüssige Produktmenge auf 1.450 Nnr sinkt. Die offenbar geringere gesamte Kälteproduktion hat ihre Ursache darin* daß in diesem Falle in der Expansionsturbine 6 mit Rücksicht auf den Druck der Niederdrucksäule und den Druckverlust im Turbinennachklihler nur auf 1,46 anstatt auf 1,30 bar entspannt wird, wobei sich die Luft anstatt auf 126 K nur auf 1J50 K abkühlt.
Die Verteilung der in den Expansionsturbinen 6 und 7 entspannten Luftströme kann mit Hilfe der Regelventile 24 swie 27 und 28 eingestellt werden. Die Ströme können entweder durch die Leitungen 25 und 26 sowie die Ventile 24 bzw. 27 mit unreinem kaltem Produktstickstoff vereinigt werden, der durch Leitung 16 abgeführt wird, oder durch die Leitungen 23 bzw. 29 sowie 30 in die Niederdrucksäule eingeblasen werden.
Figur 2 zeigt ein Verfahrensschema mit Sauerstoffkreislauf und Entnahme der Turbinenluft aus der Drucksäule.
108.000 Nm-5A Rohluft werden bei 10 eingeführt, im Kompressor 1 auf ca. 7*2 bar verdichtet, im Revex 2 auf ca. 104 K abgekühlt und durch Leitung 11 der Drucksäule 4 der Rektifikationskolonne JajgefUhrt. Durch Leitung 20 werden 37.010 Nnr/h vorgereinigter Luft von 102 K abgezogen, von denen 17.780 Nnr im Revex 2 erwärmt und in der Expansionsturbine 6
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von 6,55 auf 1,40 bar entspannt werden. Sie kühlen sich bei der Entspannung von I87 K auf 13I K ab. gelangen in den TurbinennachkUhler 8, kühlen sich dort im Wärmeaustausch mit dem kalten, durch Leitung 22 abgezweigten Teilstrom weiter auf 108 K ab und vereinigen sich mit dem in Leitung 16 strömenden unreinen Stickstoff vom Kopf der Niederdrucksäule. Durch Leitung 22 werden 13-690 Nnr5 und durch Leitung 31 5-5^0 Nm Luft abgezweigt und der Expansionsturbine 7 zugeführt. Der erste Teilstrom erwärmt sich im Turbinennachkühler von 102 K auf 128 K, der zweite im Kaltast 39 des Sauerstoffgegenströmers 38 / 39 auf I62 K. Die daraus sich ergebende Mischungstemperatur am Eingang der Expansionsturbine 7 beträgt I38 K. In der Expansionsturbine 7 wird die Luft von 6,60 auf ca. 1,45 bar entspannt und mit 97 K durch Leitung 32 in die Niederdrucksäule
; eingeblasen.
; Durch Leitung 33 werden aus der Niederdrucksäule
; 15 150 Nnr/h gasförmigen Sauerstoffs mit einer Temperatur von 101 K entnommen. Davon werden 13.220 NnP im Revex 2 auf 293 K erwärmt und nach Zumischung von 1-930 Nnr Sauerstoff mit 302 K aus Leitung 36 im Kompressor 34 auf ca. 40 bar verdichtet. I.850 Nnr werden abgezweigt und durch Leitung 37 nach Abkühlung im Sauerstoffgegenströmer 38/39 von 306 auf ISO bzw. 103 K in die Niederdrucksäule zurückgegeben. 13-300 Nnr/h gasförmigen
6 0 9 8 U U 1 0 2 6 1 QRjG1NAL msPECTED
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■-16- 2S185b7
Sauerstoffs werden bei 35 als Produkt abgezogen. Der durch Leitung 36 abgezweigte Sauerstoffteilstrom beträgt I.930 Nm Er erwärmt sich im SauerstoffgegenstrÖmer 39/38 von 101 auf 162 bzw. 302 K und wird danach zusammen mit dem durch den Revex geführten Anteil im Kompressor 34 verdichtet.
Bei 21 können der Anlage 2.100 Nnr/h flüssigen Sauerstoffs mit einer Temperatur von 89 K entnommen werden. Bei 4o sind der Anlage 1.000 Nm /h Stickstoff zu entnehmen, die sich bei 87 K zu gleichen Teilen auf die flüssige und die gasförmige Phase verteilen.
Das in Figur 3 dargestellte Verfahren arbeitet mit Sauerstoffkreislauf und Turbinenluft aus der Drucksäule. Es unterscheidet sich von dem der Figur 2 im wesentlichen nur dadurch, daß der TurbinennachkUhler und der Kaltast 39 des Sauerstoffgegenströmers 38/39 zu einem einzigen Wärmeaustauscher 51 zusammengefaßt sind. Infolgedessen sind auch die Leitungen 22 und 31 durch eine einzige Leitung 52 ersetzt.
Figur. 4 zeigt ein Verfahrensschema, bei dem die bei 10 eintretende komprimierte Rohluft bereits in einem Molsieb von Kohlendioxid und Wasser befreit wurde. Bereits etwa in der Mitte des Hauptwärmeaustauschers 2a wird durch Leitung 4l
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; Luft fUr die Expansionsturbine 6 abgezogen, während der Teilst rom für die Expansionsturbine 7 von dem zu zerlegenden Luftstrom erst nach dessen Austritt aus dem Revex durch Leitung abgezweigt wird. Im übrigen ist das Verfahrensschema so ausgebildet wie in Figur 1.
Das in Figur 5 dargestellte Verfahrensschema unterscheidet sich von dem der Figur 1 im wesentlichen dadurch, daß die Expansionsturbinen β und 7 hier nicht mit vorgereinigter Luft, sondern mit Stickstoff aus der Drucksäule betrieben werden. Der Stickstoff wird gasförmig durch Leitung 4]5 vom Kopf der Drucksäule entnommen und zum Teil in den Revex 2, z.T. durch Leitung 46 in den TurbinennachkUhler 8 eingeführt. Im Revex findet eine weitere Teilung statt. Die durch Leitung 45 und herausgeführten weiteren Teilströme unterschiedlicher Temperatur werden vor ihrer Entspannung In der Expansionsturbine 6 vereinigt, nach Entspannung im TurbinennachkUhler 8 abgekühlt und dem unreinen kalten Stickstoff vom Kopf der NMerdrucksäule 5 zugemischt. Der durch Leitung 46 abgezweigte Stickstoffteilst rom wird nach Erwärmung im TurbinennachkUhler 8 und Entspannung in der Expansionsturbine 7 durch Leitung 48 mit vom Kopf der Niederdrucksäule abgezogenem unreinem Stickstoff vereinigt.
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In den Figuren 6 und 7 sind Varianten hinsichtlich der Behandlung des Ausgleichsstromes dargestellt. Die Figuren zeigen lediglich jeweils einen Ausschnitt aus dem Verfahrensschema, das im Übrigen im Sinne der Verfahrensschemata 1 bis 3 sowie 5 ergänzt werden kann. In beiden Fällen wird der durch Leitung 44 strömende, im Revex 2 auf Umgebungstemperatur angewärmte Teil des Ausgleichsstromes in der Expansionsturbine 49 parallel zu dem anderen, in Leitung 45 strömenden und in der Expansionsturbine 6 entspannten Teil separat entspannt, worauf beide Teilströme wiedervereinigt und im TurbinennachkUhler abgekühlt werden. In Figur 6 wird zusätzlich im Wärmeaustauscher 50 eine Abkühlung des wärmeren Teilstromes herbeigeführt, so daß beide bei ungefähr gleicher Temperatur vereinigt werden können und die Temperatur des in der Expansionsturbine 7 zu entspannenden Stromes zusätzlich erhöht wird.
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Claims (1)

  1. LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
    (η 806) - 19 - H75^18557
    El/fl 23.4.I975
    Patentansprüche
    .) Verfahren zur Luftzerlegung mit PlUssigkeitserzeugung durch Tieftemperaturrektifikation nach dem Niederdruckverfahren in einer Drucksäule und einer Niederdrucksäule, bei dem verdichtete Rohluft in einem Hauptwärmeaustauscher, der als Revex oder Regenerator oder Im Falle eines vorgeschalteten Molekularsiebes als normaler Wärmeaustauscher ausgeführt ist, im Gegenstrom zu Zerlegungsprodukten abgekühlt und ein aus gereinigter Rohluft oder Stickstoff bestehender, auf den Druck der Drucksäule komprimierter Gasstrom teilweise in einer Expansionsturbine entspannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß yon dem komprimierten Gasstrom ein Teilstrom abgezweigt wird, der im Gegenetrom zu dem in der Expansionsturbine entspannten Teil des komprimierten Gasstroms in einem Turbinennachktihler angewärmt und danach in einer zwei ten Expansionsturbine entspannt wird.
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    LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
    - 20 " __ 2 b 1 8 5 b 7
    2. Verfahren nach Anspruch 1 mit einem Sauerstoffkreislauf,
    bei dem ein aus der Niederdrucksäule abgezogener Sauerstoffstrom in zwei Teilströme aufgeteilt und der erste Sauerstoffteilstrom nach Erwärmung im Hauptwärmeaustauscher im Gegenstrom zur Rohluft mit dem zweiten Sauerstoffteilstrom wiedervereinigt wird und der wiedervereinigte Sauerstoffstrom komprimiert, mindestens teilweise im Gegenstrom zum zweiten Sauerstoffteilstrom in einem Sauerstoffgegenströmer abgekühlt und danach in die Niederdrucksäule entspannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß von dem komprimierten Gasstrom ein zweiter Teilstrom abgezweigt wird, der parallel mit dem zweiten Sauerstoffteilstrom im Gegenstrom zu dem in die Niederdrucksäule zu entspannenden Teil des wiedervereinigten Sauerstroffstroms im Kaltast des Sauerstoffgegenströmers angewärmt und danach in der zweiten Expansionsturbine entspannt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Turbinennachkühler sowie im Kaltast der Sauerstoffgegenströmers ablaufenden Wärmeaustauschprozesse in einem einzigen, gemeinsamen Wärmeaustauscher durchgeführt werden.
    6 0 9 B 4 A / 0 2 6 1
    LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
    - 21 - 251 855?
    ^. Verfahren nach den Ansprüche* 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß als komprimierter Oasstrom aus der Drucksäule abgezogener reiner oder unreiner Stickstoff verwendet wird, und daß die davon abgezweigten Teilströme nach Entspannung in der ersten bzw. zweiten Expansionsturbine entweder dem Restgas oder bei Verwendung von reinem Stickstoff dem reinen Produktstickstoff zugemischt wird.
    5· Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als komprimierter Gasstrom aus der Drucksäule abgezogene, gereinigte Luft verwendet wird, und daß die davon abgezweigten Teilströme nach Entspannung in der ersten bzw. zweiten Expansionsturbine wahlweise in die Niederdrucksäule eingeblasen, dem Restgas zugemischt oder teilweise in die Niederdrucksäule eingeblasen und teilweise dem Restgas zugemischt werden.
    6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 mit vorgeschaltetem Molekularsieb zur Entfernung von Wasser und Kohlendioxid aus der Rohluft, dadurch gekennzeichnet, daß als komprimierter Gasstrom im Molekularsieb gereinigte Rohluft verwendet wird, daß der in der ersten Expansionsturbine zu entspannende Teil
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    etwa in der Mitte und die in der zweiten Expansionsturbine zu entspannenden Teilströme am kalten Ende des Hautwärmetauschers von der gereinigten Rohluft abgezweigt werden, und daß die Teilströme nach der Entspannung in der ersten bzw. zweiten Expansionsturbine entweder in die Niederdrucksäule eingeblasen oder dem Restgas zugemischt oder teilweise in die Nfaierdrucksaule eingeblasen und teilweise dem Restgas zugemischt werden.
    7. Verfahren nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der in der ersten Expansionsturbine zu entspannende Teil des komprimierten Gasstromes im Hauptwärmeaustauscher in zwei weitere Teilströme aufgeteilt wird, wobei der eine weitere Teilstrom den Hauptwärmeaustauscher in seiner gesamten Länge durchströmt, während der andere weitere Teilstrom bereits in mittlerer Höhe herausgeführt wird.
    8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die beiden weiteren Teilströme nach Verlassen des Hauptwärmetauschers vereinigt und gemeinsam in der ersten Expansionsturbine entspannt werden.
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    LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
    9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden weiteren Teilströme nach Verlassen des Hauptwärmeaustauschers einzeln in je einer Expansionsturbine parallel entspannt und vor Eintritt in den TurbinennachkUhler wiedervereinigt werden.
    10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der am v/armen Ende des Hauptwärmeaustauschers entnommene weitere Teilstrom nach Entspannung in der Expansionsturbine sowie vor Wiedervereinigung mit dem anderen weiteren Teilstrom und vor Eintritt in den TurbinennachkUhler im Gegenstrom zu dem im TurbinennachkUhler angewärmten ersten Teilstrom abgekUhlt wird.
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    eerseite
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