DE4224068A1 - Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft und luftzerlegungsanlage - Google Patents

Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft und luftzerlegungsanlage

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DE4224068A1
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei dem gereinigte und abgekühlte Luft in ein mindestens eine Rektifiziersäule aufweisendes Destilliersystem geleitet und dort durch Gegenstrom-Stoffaustausch zwischen einer Dampf- und einer Flüssigkeitsphase rektifiziert wird, wobei der Stoffaustausch in mindestens einem Teilbereich mindestens einer Rektifiziersäule durch eine Packung bewirkt wird, sowie eine Luftzerlegungsanlage zur Durchführung des Verfahrens.
Seit einiger Zeit hat man begonnen, in der Tieftemperaturtechnik, insbesondere bei der Luftzerlegung Packungen einzusetzen, die bisher hauptsächlich für andere Trennaufgaben verwendet wurden. Der Begriff Packung schließt hier sowohl geordnete Packungen als auch ungeordnete Packungen (Füllkörperschüttungen) ein.
Beispielsweise aus der EP-A-03 21 163 ist bekannt, mindestens in einem Teilbereich der Niederdrucksäule eines zweistufigen Luftzerlegers eine Packung einzusetzen. Dabei wird vorgeschlagen, aus anderen Gebieten der Destillation bekannte Packungen zu verwenden, da es angeblich nicht auf die speziellen Eigenschaften der Packung ankommt. Üblicherweise besitzen derartige, beispielsweise geordneten, Packungen eine spezifische Oberfläche (d. h. für den Stoffaustausch zur Verfügung stehende Oberfläche relativ zum Gesamtvolumen der Packung) von 125 bis 700 m2/m3. Der Einsatz von Packungen höherer Dichte in industriellen Luftzerlegern ist bisher nicht bekannt. Auch die EP-A-04 67 395, in der pauschal ein Bereich zwischen 250 und 1000 m2/m3 genannt ist, beschränkt sich in der konkreten Ausführung auf spezifische Oberflächen bis höchstens 700 m2/m3.
Durch den gegenüber ausschließlich mit konventionellen Rektifizierböden ausgestatteten Kolonnen verringerten Druckabfall kann das Verfahren bei gleichen Produktspezifikationen mit geringerem Einsatzdruck gefahren werden. Dem dadurch bewirkten Rückgang an Energiekosten stehen jedoch erhöhte Kosten für die Herstellung der Rektifiziersäule gegenüber.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die wirtschaftlich besonders günstig sind, insbesondere durch relativ geringe Anlagekosten.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Stoffaustausch in mindestens einem Teilbereich mindestens einer Rektifiziersäule durch eine Packung bewirkt wird, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m2/m3 aufweist.
Durch Einspeisungen und Abführungen von verschiedenen Fraktionen weisen verschiedene Abschnitte einer Luftzerlegersäule in der Regel verschiedene Belastungen, das heißt unterschiedliche Durchsätze an Dampf und Flüssigkeit auf. Wenn insbesondere in relativ gering belasteten Teilbereichen einer Rektifiziersäule eines Luftzerlegungsverfahrens eine Packung eingesetzt wird, hat es sich im Rahmen der Erfindung gezeigt, daß durch den Einsatz einer Packung mit sehr hoher spezifischer Oberfläche die Höhe der entsprechenden mit Packungen gefüllten Säulenbereiche erheblich geringer ist. Im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ergeben sich bei gleicher Stoffaustauschwirkung eine geringere Gesamthöhe der Säule und die damit verbunden entsprechend niedrige Anlagekosten. Dies gilt selbstverständlich in verstärktem Maße bei einer Rektifiziersäule, bei der in allen gepackten Abschnitten Packungen von mindestens 1000 m2/m3 eingesetzt werden.
Aus früheren Messungen im Bereich von spezifischen Oberflächen bis etwa 500 m2/m3 war jedoch zu erwarten, daß sich die hydraulischen Eigenschaften einer sehr dichten Packung deutlich verschlechtern, daß insbesondere der Druckverlust pro theoretischem Boden mit steigender Packungsdichte merklich anwächst und auch der für eine bestimmte Gasbelastung benötigte Kolonnendurchmesser ansteigt. In der begründeten Erwartung, daß sich dieser Zusammenhang bei höheren absoluten spezifischen Oberflächen fortsetzen würde, kamen solche dichteren Packungen wegen der vorauszusehenden wirtschaftlichen Nachteile beim Einsatz in industriellen Luftzerlegern nicht in Frage. Darüber hinaus war außerdem mit größeren Problemen bei der Verteilung von Gas und insbesondere von Flüssigkeit auf die Packung sowie bei der Querverteilung von Gas und Flüssigkeit innerhalb der Packung zu rechnen.
Im Rahmen umfangreicher Messungen, die in einer aufwendigen Versuchsanlage unter den Bedingungen eines industriellen Luftzerlegers durchgeführt wurden, hat sich herausgestellt, daß im Falle der Rektifikation von Luftgasen die hydraulischen Verschlechterungen bei Packungen mit spezifischer Oberfläche oberhalb etwa 1000 m2/m3 sehr viel geringer ausfallen, als nach bisherigen Erkenntnissen zu erwarten war. Dieser Effekt ist so bedeutend, daß beim Einsatz derart dichter Packungen bei der Luftrektifikation die Vorteile hinsichtlich der Anlagekosten die Nachteile in der Hydraulik deutlich überwiegen. Dies gilt insbesondere beim Einsatz dieser Art von Packungen in relativ gering belasteten Abschnitten einer Säule oder in einer Säule mit konstanter Gasbelastung.
Die dichte Packung weist ansonsten vorzugsweise geordnete Struktur auf, ähnlich wie beispielsweise aus DE-C-27 22 424 oder DE-B-27 22 556 bekannte Packungen. Bevorzugt wird jedoch eine glatte Packung eingesetzt, deren Struktur in der Patentanmeldung P 42 09 132.2 beschrieben ist, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird.
In vorteilhafter Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird der Stoffaustausch im obersten und/oder im untersten Abschnitt der Rektifiziersäule mindestens teilweise durch eine Packung bewirkt wird, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m2/m3 aufweist. Bei dem obersten Säulenabschnitt kann es sich beispielsweise um den Rein-Stickstoff-Abschnitt einer Luftzerlegersäule handelt, durch den nur ein Teil des Stickstoffprodukts geführt wird, bei dem untersten Abschnitt um den Sauerstoff-Abschnitt, der in der Regel ebenfalls einen relativ geringen Durchsatz an Gas und Flüssigkeit aufweist. An diesen Stellen kann die von der Stoffaustauschfläche her besonders dichte Packung ihre Vorteile voll entfalten.
Noch stärker gilt dies im Falle des Anschlusses einer Rohargonsäule an eine Niederdrucksäule. In der Regel handelt es sich dabei um die Niederdrucksäule einer zweistufigen Säule, grundsätzlich ist jedoch auch der Anschluß einer Rohargonsäule an eine Einzelsäule zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung möglich. Gemäß der Erfindung kann sowohl in der Rohargonsäule als auch in der Niederdrucksäule oder lediglich in einer der beiden Säulen, beispielsweise in der Niederdrucksäule, eine Packung mit mindestens 1000 m2/m3 eingesetzt werden.
Besonders günstig ist es, wenn der Stoffaustausch mindestens in einem Teilbereich der Rohargonsäule durch eine Packung bewirkt wird, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m2/m3 aufweist. In vielen Fällen kann ein großer Teil, im wesentlichen der gesamte oder auch der gesamte Stoffaustausch in der Rohargonsäule durch eine derartige Packung bewirkt werden.
Als Beispiel sei hier auf ein Verfahren zur rein rektifikatorischen Abtrennung von Sauerstoff und Argon in einer Rohargonsäule hingewiesen, die Packungen enthält und eine sehr hohe Trennstufenzahl aufweist (EP-A-03 77 117). Es ergibt sich damit eine sehr große Bauhöhe der Rohargonsäule. Durch den erfindungsgemäßen Einsatz einer Packung mit sehr hoher spezifischer Oberfläche, beispielsweise 1200 oder 1500 m2/m3, können die Bauhöhe einer derartigen Rohargonsäule und damit die Investitionskosten für die Anlage entscheidend reduziert werden.
Vorteilhaft ist außerdem die Anwendung der Erfindung auf ein Doppelsäulenverfahren, bei dem das Destilliersystem eine Drucksäule und eine Niederdrucksäule aufweist, wobei mindestens ein Teil der gereinigten und abgekühlten Luft in die Drucksäule eingeleitet wird und eine sauerstoffangereicherte und eine stickstoffreiche Fraktion aus der Drucksäule in die Niederdrucksäule eingeleitet werden. Diese Doppelsäule kann beispielsweise ausschließlich zur Gewinnung von Sauerstoff und/oder Stickstoff dienen, oder es können zusätzliche Trennsäulen zur Gewinnung von Edelgasen angeschlossen sein.
Bei einem Doppelsäulenverfahren wird bevorzugt der Stoffaustausch in mindestens einem Teilbereich der Niederdrucksäule durch eine Packung bewirkt, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m2/m3 aufweist. Insbesondere können weite Teilbereiche oder auch der gesamte für den Stoffaustausch wirksame Bereich der Niederdrucksäule mit einer dichten Packung ausgestattet sein.
Durch die Verbindung mit der in aller Regel unterhalb der Niederdrucksäule angeordneten Drucksäule bewirkt die durch die Erfindung verringerte Bauhöhe einen besonders großen Vorteil. Es kann unter Umständen auf ansonsten benötigte Pumpen zur Förderung der flüssigen Fraktionen aus der Drucksäule zur Niederdrucksäule verzichtet werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Kopf der Niederdrucksäule durch indirekten Wärmeaustausch mit einer Fraktion aus dem unteren Bereich der Drucksäule gekühlt wird. Beim erfindungsgemäßen Einsatz der dichten Packung kann sogar die Höhendifferenz zwischen Sumpf der Drucksäule und Kopf der Niederdrucksäule allein durch die vorhandene Druckdifferenz überwunden werden.
Falls nur Teile der Niederdrucksäule mit der Packung hoher spezifischer Oberfläche ausgestattet werden, ist es günstig, wenn der Stoffaustausch in dem Abschnitt der Niederdrucksäule, der unterhalb der Einspeisestelle der sauerstoffangereicherten Fraktion aus der Drucksäule liegt, mindestens teilweise durch eine Packung bewirkt wird, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m2/m3 aufweist. Dieser Abschnitt wird allgemein als Sauerstoffabschnitt bezeichnet. Da die Einspeisungen der beiden Fraktionen aus der Drucksäule oberhalb dieses Abschnittes liegen, weist dieser eine relativ geringe Belastung auf.
Ähnliches gilt für den Rein-Stickstoff-Abschnitt, der zwischen dem Kopf der Niederdrucksäule, an dem eine Rein-Stickstofffraktion entnommen wird und der Entnahmestelle einer Unrein-Stickstofffraktion unterhalb des Kopfes liegt, und für den Argon-Zwischenabschnitt. Letzterer befindet sich zwischen der Entnahmestelle eines argonhaltigen Sauerstoffstroms, der zur Rohargonsäule geführt wird und der Einspeisestelle einer in indirektem Wärmeaustausch mit Gas vom Kopf der Rohargonsäule verdampften Fraktion. Bevorzugt wird in einem dieser Abschnitte oder in beiden der Stoffaustausch mindestens teilweise durch eine Packung bewirkt, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m2/m3 aufweist.
Zusätzlich kann auch der Stoffaustausch in der Drucksäule mindestens teilweise durch eine Packung bewirkt werden. Es kann sich dabei um eine Packung hoher spezifischer Oberfläche handeln, aber auch der Einsatz einer weniger dichten Packung ist möglich. Seltener kommt der Einsatz einer sehr dichten Packung ausschließlich in der Drucksäule in Frage.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Luftzerlegungsanlage gemäß den Patentansprüchen 13 bis 24.
Im folgenden werden die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Zeichnungen schematisch dargestellt sind. Die in den Figuren gezeigten Verfahren weisen jeweils mindestens zwei Rektifizierstufen auf; die Erfindung ist jedoch auch auf einstufige Luftzerlegungsverfahren anwendbar.
Es zeigen im einzelnen:
Fig. 1 ein Luftzerlegungsverfahren gemäß der Erfindung mit drei Abschnitten in der Niederdrucksäule,
Fig. 2 ein Verfahren mit vier Abschnitten in der Niederdrucksäule, bei dem zusätzlich ein Teil der Luft direkt in die Niederdrucksäule eingeblasen wird,
Fig. 3 eine andere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer der Niederdrucksäule angeschlossenen Rohargonsäule und fünf Abschnitten in der Niederdrucksäule und
Fig. 4 eine weitere Variante mit Rohargonsäule und direkter Lufteinblasung mit sechs Abschnitten in der Niederdrucksäule.
Die einander entsprechenden Verfahrensschritte und Vorrichtungsmerkmale sind in den Ausführungsbeispielen mit denselben Bezugszeichen versehen.
Bei dem in dem Schema von Fig. 1 dargestellten Verfahren wird gereinigte Luft 1 unter einem Druck von 4 bis 20 bar, vorzugsweise 5 bis 12 bar in einem Wärmetauscher 2 gegen Produktströme auf etwa Taupunkt abgekühlt und in die Drucksäule 3 einer zweistufigen Rektifiziereinrichtung eingespeist. Die Drucksäule 3 steht über einen gemeinsamen Kondensator-Verdampfer 4 in Wärmeaustauschbeziehung zu einer Niederdrucksäule 5.
Sumpfflüssigkeit 6 und Stickstoff 7 werden aus der Drucksäule 3 abgezogen, in einem Gegenströmer 8 unterkühlt und in die Niederdrucksäule 5 eingedrosselt. Aus der Niederdrucksäule werden Sauerstoff 9, Stickstoff 10 und unreiner Stickstoff 11 entnommen. Die Produkte können auch mindestens teilweise flüssig entnommen werden. Dies ist der Übersichtlichkeit halber in den Verfahrensschemen nicht dargestellt.
Die Niederdrucksäule 5 weist in Verfahren und Vorrichtung von Fig. 1 folgende Abschnitte auf:
A = Rein-Stickstoff-Abschnitt (oberhalb der Unreinstickstoffleitung 11),
B = Unrein-Stickstoff-Abschnitt (begrenzt durch Unreinstickstoffleitung 11 und Sumpfflüssigkeitsleitung 6)
E = Sauerstoff-Abschnitt (unterhalb der Mündung der Sumpfflüssigkeitsleitung 6).
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform von erfindungsgemäßem Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung wird ein Teil der zu zerlegenden Luft in einer Turbine 12 arbeitsleistend entspannt und über Leitung 13 unter Umgehung der Vorzerlegung in Drucksäule 3 direkt in die Niederdrucksäule 5 eingeblasen. Die Turbinenluft 13 kann dabei beispielsweise in Höhe der Sumpfflüssigkeitsleitung 6 in die Niederdrucksäule eingespeist werden; günstiger ist jedoch eine Zuführung im Bereich unterhalb der Sumpfflüssigkeitseinführung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Dadurch werden in der Niederdrucksäule insgesamt vier Abschnitte definiert:
A und B wie in Fig. 1,
C = Unrein-Sauerstoff-Abschnitt (begrenzt durch Sumpfflüssigkeitsleitung 6 und Einblaseleitung 13 für Turbinenluft),
E = Sauerstoff-Abschnitt (unterhalb der Mündung der Einblaseleitung 13).
Fig. 3 zeigt eine der Luftrektifikation angeschlossene Rohargonsäule 15. Über Argonübergangsleitung 14 wird ein argonhaltiger Sauerstoffstrom aus dem unteren Bereich der Niederdrucksäule 5 (unterhalb der Sumpfflüssigkeitsleitung 6) entnommen, in den unteren Bereich der Rohargonsäule 15 geleitet und dort in ein Rohargonprodukt 16 und eine Restfraktion 17 zerlegt. Die Restfraktion wird in die Niederdrucksäule zurückgeleitet. Sie kann entweder über die Leitung 14 zurückfließen (falls ein entsprechendes Gefälle vorhanden ist) oder, wie in Fig. 3 gezeigt, mittels einer Pumpe 18 über eine eigene Leitung 17 gefördert werden.
Der Kopf der Rohargonsäule wird durch einen Rohargonkondensator 19 gekühlt, auf dessen Verdampfungsseite über Leitung 20 herangeführte Sumpfflüssigkeit aus der Drucksäule 3 verdampft. Die verdampfte Fraktion wird über Leitung 21 zur Niederdrucksäule geführt. Sie kann beispielweise auf Höhe der Sumpfflüssigkeitsleitung 6 eingeleitet werden. Besonders vorteilhaft ist jedoch eine Einspeisung zwischen Mündung der Sumpfflüssigkeitsleitung 6 und Anschluß der Argonübergangsleitung.
Durch die beschriebene Verfahrensweise ergeben sich in der Niederdrucksäule von Fig. 3 folgende Unterteilungen:
A und B wie in Fig. 1,
C = Unrein-Sauerstoff-Abschnitt (begrenzt durch Sumpfflüssigkeitsleitung 6 und Leitung 21 zur Einführung der verdampften Fraktion aus dem Rohargonkondensator 19),
D = Argon-Zwischenabschnitt (begrenzt durch Leitung 21 zur Einführung der verdampften Fraktion aus dem Rohargonkondensator 19 und Entnahmeleitung 14 für die in der Rohargonsäule zu zerlegende argonhaltige Sauerstofffraktion),
E = Sauerstoff-Abschnitt (unterhalb der Entnahmeleitung 14 für die in der Rohargonsäule zu zerlegende argonhaltige Sauerstofffraktion).
In Fig. 4 ist eine Kombination der Varianten der Fig. 2 und 3 dargestellt. Ausgehend von Fig. 3 wird als zusätzliches Merkmal in einer Turbine 12 arbeitsleistend entspannte Luft direkt in die Niederdrucksäule 5 eingeblasen. Ähnlich wie beim Verfahren der Fig. 2 ist es möglich, die Turbinenluft beispielsweise in Höhe der Sumpfflüssigkeitsleitung 6 einzuführen. Bevorzugt wird sie, wie in Fig. 4 gezeigt, im Bereich zwischen Sumpfflüssigkeitseinführung 6 und Einleitung der verdampften Fraktion 21 aus dem Rohargonkondensator 19 eingespeist. So wird der Unrein-Sauerstoff-Abschnitt weiter in zwei Unterabschnitte C1 und C2 unterteilt.
Erfindungsgemäß wird der Stoffaustausch in einigen Abschnitten der Niederdrucksäule 5 und/oder der Rohargonsäule 15 mindestens teilweise durch eine Packung bewirkt, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m2/m3 aufweist.
Zur Verwirklichung der Erfindung müssen nicht in jedem Abschnitt der Niederdrucksäule Packungen eingesetzt werden; in einem oder mehreren Abschnitten kann der Stoffaustausch auch teilweise oder ausschließlich durch andere Stoffaustauschelemente bewirkt werden, beispielsweise durch konventionelle Rektifizierböden wie Glocken- oder Siebböden. In einem Abschnitt, in dem in einem oder in mehreren Teilbereichen eine Packung angeordnet ist, kann der Stoffaustausch in anderen Teilbereichen durch andere Stoffaustauschelemente bewerkstelligt werden. Bevorzugt werden in allen Abschnitten der Niederdrucksäule 5 hauptsächlich Packungen eingesetzt, um den Stoffaustausch zu bewirken.
Eine einfache Form der Realisierung der Erfindung ist ein Verfahren gemäß Fig. 1, bei dem in einem Stickstoffabschnitt, beispielsweise dem im Sauerstoff-Abschnitt E und/oder im Rein-Stickstoff-Abschnitt eine Packung mit einer spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m2/m3 eingesetzt wird.
Die folgende Tabelle zeigt ein Zahlenbeispiel für eine Niederdrucksäule mit fünf Abschnitten gemäß Fig. 3. Die Bezeichnung der Abschnitte in den Ausführungsbeispielen der übrigen Figuren ist so gewählt, daß die Werte der Tabelle unmittelbar auf diese Varianten übertragen werden können. Die Tabelle enthält für jeden der Abschnitte A bis E einen Zahlenbereich für die Belastung (Durchsatz an aufsteigendem Gas) relativ zum Unrein-Stickstoff-Abschnitt B, einen bevorzugten Zahlenbereich für eine in dem Abschnitt einzusetzende Packung sowie zwei besonders bevorzugte Zahlenwerte von konkreten Ausführungsbeispielen.
Tabelle
Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß im Abschnitt B, der am höchsten belastet ist, eine relativ grobe Packung zum Einsatz kommt. Niedriger belastete Abschnitte, beispielsweise Abschnitt E, werden vorzugsweise mit feineren Packungen ausgestattet. Der Argon-Zwischenabschnitt D enthält bevorzugt eine Packung mit besonders hoher spezifischer Oberfläche. Der Wert 1500 m2/m3 ist dabei keine Obergrenze, grundsätzlich sind auch höhere spezifische Oberflächen denkbar.
Die in verschiedenen Abschnitten eingesetzten Packungen können ansonsten gleiche oder verschiedene Struktur aufweisen. Bevorzugt werden jedoch in einem, mehreren oder allen Abschnitten geordnete Packungen eingesetzt, wie sie in der Patentanmeldung P 42 09 132.2 mit gleichem Zeitrang beschrieben sind. Verschiedene spezifische Oberflächen werden durch verschiedene Amplituden bei der Faltung der Lamellen erzeugt, aus denen die Packung hergestellt ist.
Durch den erfindungsgemäßen Einsatz von Packungen sehr hoher spezifischer Oberfläche fällt die Bauhöhe der Niederdrucksäule 5 der Ausführungsbeispiele wesentlich geringer aus als beispielsweise beim ausschließlichen Einsatz von Packungen einer spezifischen Oberfläche von weniger als 1000 m2/m3.
In den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 4 beziehungsweise 3 und 4 kann auch in der Drucksäule 3 und/oder insbesondere in der Rohargonsäule 15 der Stoffaustausch in einem oder mehreren Teilbereichen oder in der gesamten Kolonne durch Packungen bewirkt werden. Diese weisen vorzugsweise ebenfalls die in der Patentanmeldung P 42 09 132.2 beschriebene Struktur auf.
Es können auch in der Rohargonsäule Packungen unterschiedlicher spezifischer Oberfläche eingesetzt werden, vorzugsweise wird jedoch eine Packung mit konstanter spezifischer Oberfläche verwendet. Die besonders bevorzugten Werte der spezifischen Oberfläche dieser Packung liegen bei 1000 bis 1500 m2/m3, vorzugsweise bei 1100 bis 1250 m2/m3. Bevorzugt findet im wesentlichen der gesamte Stoffaustausch in der Rohargonsäule 15 an einer derart dichten Packung statt.
Falls bereits in der Niederdrucksäule oder in der Drucksäule eine Packung mit einer spezifischen Oberfläche von mindestens 1000 m2/m3 eingesetzt wird, können die Packungsdichte in der Rohargonsäule auch unterhalb dieser Grenze liegen, vorzugsweise bei 700 bis 900 m2/m3, insbesondere bei ca. 750 m2/m3.
Besonders günstig ist der erfindungsgemäße Einsatz einer besonders dichten Packung außerdem bei Luftzerlegungsanlagen und -verfahren, bei denen eine Rektifiziersäule in einen Vakuumbehälter, beispielsweise einen Flüssigkeits­ tank eingebaut ist. (Einzelheiten zu derartigen Verfahren und Vorrichtungen sind der älteren Patentanmeldung P 41 35 302.1 zu entnehmen.) Durch den Einbau einer Packung mit einer spezifischen Oberfläche von mindestens 1000 m2/m3 in einen oder mehrere Teilbereiche oder in den gesamten für den Stoffaustausch wirksamen Bereich einer derartigen Säule kann deren Bauhöhe verringert werden. Es vermindern sich damit nicht nur die Herstel­ lungskosten der Säule selbst, sondern auch diejenigen des sie umschließenden Vakuumbehälters.
Daneben ist auch die Anwendung der Erfindung auf Verfahren und Vorrichtungen vorteilhaft, bei denen flüssig gewonnener Sauerstoff gegen eine kondensie­ rende Fraktion (beispielsweise Hochdruckluft) verdampft wird. Bei solchen Verfahren wild das Sauerstoffprodukt oftmals flüssig auf Druck gebracht (sogenannte Innenverdichtung), beispielsweise durch Ausnutzung eines hydrostatischen Potentials oder durch eine Pumpe. Im Falle der Einspeisung von gegen verdampfenden Sauerstoff kondensierter Luft an einer mittleren Stelle der Drucksäule kann es günstig sein, oberhalb und unterhalb dieser Einspeisestelle verschieden dichte Packungen in der Drucksäule zu verwenden.

Claims (24)

1. Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei dem gereinigte und abgekühlte Luft in ein mindestens eine Rektifiziersäule aufweisendes Destilliersystem geleitet und dort durch Gegenstrom-Stoffaustausch zwischen einer Dampf- und einer Flüssigkeitsphase rektifiziert wird, wobei bei der Stoffaustausch in mindestens einem Teilbereich mindestens einer Rektifiziersäule durch eine Packung bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoffaustausch in mindestens einem Teilbereich mindestens einer Rektifiziersäule durch eine Packung bewirkt wird, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m2/m3 aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoffaustausch im obersten Abschnitt der Rektifiziersäule mindestens teilweise durch eine Packung bewirkt wird, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m2/m3 aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoffaustausch im untersten Abschnitt der Rektifiziersäule mindestens teilweise durch eine Packung bewirkt wird, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m2/m3 aufweist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Destilliersystem eine Niederdrucksäule und eine Rohargonsäule aufweist und daß ein argonhaltiger Sauerstoffstrom aus der Niederdrucksäule entnommen und in der Rohargonsäule in Rohargon und in eine Restfraktion zerlegt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoffaustausch mindestens in einem Teilbereich der Rohargonsäule durch eine Packung bewirkt wird, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m2/m3 aufweist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Destilliersystem eine Drucksäule und eine Niederdrucksäule aufweist, wobei mindestens ein Teil der gereinigten und abgekühlten Luft in die Drucksäule eingeleitet wird und eine sauerstoffangereicherte und eine stickstoffreiche Fraktion aus der Drucksäule in die Niederdrucksäule eingeleitet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoffaustausch in mindestens einem Teilbereich der Niederdrucksäule durch eine Packung bewirkt wird, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m2/m3 aufweist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoffaustausch in dem Abschnitt der Niederdrucksäule, der unterhalb der Einspeisestelle der sauerstoffangereicherten Fraktion aus der Drucksäule liegt, mindestens teilweise durch eine Packung bewirkt wird, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m2/m3 aufweist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Kopf der Niederdrucksäule eine Rein-Stickstofffraktion und unterhalb des Kopfes eine Unrein-Stickstofffraktion entnommen werden und und daß der Stoffaustausch in dem Abschnitt der Niederdrucksäule, der zwischen den Entnahmestellen von Rein- und Unrein-Stickstoff liegt, mindestens teilweise durch eine Packung bewirkt wird, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m2/m3 aufweist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein argonhaltiger Sauerstoffstrom unterhalb der Einspeisestelle der sauerstoffangereicherten Fraktion aus der Niederdrucksäule entnommen und in einer Rohargonsäule in Rohargon und in eine Restfraktion zerlegt wird, daß Gas vom Kopf der Rohargonsäule in indirekten Wärmeaustausch mit einer verdampfenden Fraktion aus der Drucksäule gebracht wird, wobei die bei dem indirekten Wärmeaustausch verdampfte Fraktion in die Niederdrucksäule eingeleitet wird, und daß der Stoffaustausch in dem Abschnitt der Niederdrucksäule, der zwischen der Einspeisestelle der verdampften Fraktion und der Entnahmestelle des argonhaltigen Sauerstoffstroms liegt, mindestens teilweise durch eine Packung bewirkt wird, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m2/m3 aufweist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoffaustausch in der Drucksäule mindestens teilweise durch eine Packung bewirkt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoffaustausch in mindestens einem Teilbereich der Drucksäule durch eine Packung bewirkt wird, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m2/m3 aufweist.
13. Luftzerlegungsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 mit einem Destilliersystem, das mindestens mindestens eine Rektifiziersäule (3, 4, 15) aufweist, die Stoffaustauschelemente enthält, wobei die Stoffaustauschelemente in mindestens einem Teilbereich mindestens einer Rektifiziersäule durch eine Packung gebildet werden, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m2/m3 aufweist.
14. Luftzerlegungsanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffaustauschelemente im obersten Abschnitt der Rektifiziersäule mindestens teilweise durch eine Packung gebildet werden, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m2/m3 aufweist.
15. Luftzerlegungsanlage nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffaustauschelemente im untersten Abschnitt der Rektifiziersäule mindestens teilweise durch eine Packung gebildet werden, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m2/m3 aufweist.
16. Luftzerlegungsanlage nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Destilliersystem eine Niederdrucksäule und eine Rohargonsäule aufweist und daß Niederdrucksäule und Rohargonsäule über eine Argonübergangsleitung miteinander verbunden sind.
17. Luftzerlegungsanlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffaustauschelemente mindestens in einem Teilbereich der Rohargonsäule durch eine Packung gebildet werden, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m2/m3 aufweist.
18. Luftzerlegungsanlage nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Destilliersystem eine Drucksäule und eine Niederdrucksäule aufweist, wobei eine Speiseleitung für zu zerlegende Luft in die Drucksäule mündet und eine Sumpfflüssigkeitsleitung und eine Druckstickstoffleitung von der Drucksäule in die Niederdrucksäule führen.
19. Luftzerlegungsanlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffaustauschelemente in mindestens einem Teilbereich der Niederdrucksäule durch eine Packung gebildet werden, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m2/m3 aufweist.
20. Luftzerlegungsanlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffaustauschelemente in dem Abschnitt der Niederdrucksäule, der unterhalb der Mündung der Sumpfflüssigkeitsleitung liegt, mindestens teilweise durch eine Packung gebildet werden, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m2/m3 aufweist.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, gekennzeichnet durch, eine Rein-Stickstoffleitung, die mit dem oberen Bereich der Niederdrucksäule verbunden ist, und durch eine Unrein-Stickstoffleitung, die unterhalb der Rein-Stickstoffleitung mit der Niederdrucksäule verbunden ist, wobei die Stoffaustauschelemente in dem Abschnitt der Niederdrucksäule, der zwischen Rein-Stickstoffleitung und Unrein-Stickstoffleitung angeordnet ist, mindestens teilweise durch eine Packung gebildet werden, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m2/m3 aufweist.
22. Luftzerlegungsanlage nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine Argonübergangsleitung unterhalb der Mündung der Sumpfflüssigkeitsleitung mit der Niederdrucksäule verbunden ist und in eine Rohargonsäule führt, die einen Kopfkondensator aufweist, dessen Verdampfungsraum über eine Flüssigkeitsleitung mit der Drucksäule und über eine Gasleitung mit der Niederdrucksäule verbunden ist, und daß die Stoffaustauschelemente in dem Abschnitt der Niederdrucksäule, der zwischen der Mündung der Gasleitung und der Argonübergangsleitung liegt, mindestens teilweise durch eine Packung gebildet werden, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m2/m3 aufweist.
23. Luftzerlegungsanlage nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffaustauschelemente in der Drucksäule mindestens teilweise durch eine Packung gebildet werden.
24. Luftzerlegungsanlage nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoffaustausch in mindestens einem Teilbereich der Drucksäule durch eine Packung bewirkt wird, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 1000 m2/m3 aufweist.
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