DE69100239T2

DE69100239T2 - Herstellung von ultrahochreinem Sauerstoff bei der Tieftemperatur-Luftzerlegung.

Info

Publication number: DE69100239T2
Application number: DE91301790T
Authority: DE
Inventors: Rakesh Agrawal; Thomas Edward Cormier; Alan Lindsay Prentice; Donald Winston Woodward
Original assignee: Air Products and Chemicals Inc
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 1990-03-06
Filing date: 1991-03-04
Publication date: 1994-03-31
Anticipated expiration: 2011-03-05
Also published as: DE69100239D1; EP0446004A1; ES2046013T5; ES2046013T3; EP0446004B1; US5049173A; EP0446004B2; CA2037255C; CA2037255A1

Description

Die vorliegene Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tieftemperatur-Destillation von Luft oder Sauerstoff/Stickstoff-Mischungen, um Stickstoff und/oder Sauerstoff mit wirtschaftlich verwertbarer Reinheit und kleine Mengen von ultra-hochreinem Sauerstoff zu erzeugen.
Zahlreiche Verfahren zur Erzeugung eines ultra-hochreinen Sauerstoffproduktstroms durch Verwendung von Tieftemperaturdestillation sind im Stand der Technik bekannt; unter diesen sind die folgenden:
Die US-A-3,363,427 offenbart ein Verfahren zur Erzeugung von ultrahochreinem Sauerstoff aus einem Sauerstoffstrom mit kommerzieller Qualität welcher typischerweise eine Sauerstoff-Konzentration von ungefähr 99,5 bis 99,8 Volumen-%, eine geringe Menge von Argon als einer leichten Verunreinigung und kleine Mengen von schwereren Verunreinigungen hat, bestehend aus verschiedenen Kohlenwasserstoffen (hauptsächlich Methan), Krypton und Xenon. Bei dem Verfahren werden die Kohlenwasserstoffe entweder durch Verbrennung in einer katalytischen Kammer oder als Spülflüssigkeit aus einer Hilfs- bzw. Reservedestillationssäule entfernt. Wenn eine katalytische Verbrennungseinheit nicht angewendet wird, werden Mehrfach-Destillationssäulen mit verschiedenen Wärmeaustauschern und Aufkocher/Kondensatoren verwendet, um die Trennung durchzuführen. In diesem Betriebsmodus wird Kühlung für das System entweder durch Einbringen von flüssigem Stickstoff von einer externen Quelle oder durch Verwendung eines Stickstoffstroms von der Luftzerlegungseinheit, der zu der Luftzerlegungseinheit rückgeführt wird, zur Verfügung gestellt, um so Kälte von einem Punkt zu einem anderen zu übertragen. Diese katalytische Verbrennungsmöglichkeit erfordert einen zusätzlichen Kompressor und Wärmetauscher.
Die US-A-4,560,397 offenbart ein Verfahren zur Erzeugung von ultrahochreinem Sauerstoff und eines Stickstoffs unter hohem Druck durch Tieftemperatur-Destillation von Luft. Bei dem Verfahren wird die Luft in einer Hochdrucksäule fraktioniert, wobei ein Stickstoffproduktstrom, welcher von dem Kopf der Hochdrucksäule abgezogen wird, und ein flüssiger Rohsauerstoffstrom, welcher von dem Boden der Hochdrucksäule entnommen wird, erzeugt werden. Dieser flüssige Rohsauerstoffstrom ist mit sämtlichen schweren Verunreinigungen beladen, die in der Einspeisungsluft enthalten sind, und enthält ebenfalls einen größeren Teil des Argons, das in der Einspeisungsluft enthalten ist. Ein Teil dieses flüssigen Rohsauerstoff stroms wird in einer sekundären Niederdrucksäule destilliert, um einen sogenannten ultrahochreinen Sauerstoff zu erzeugen. Da sämtliche schweren Verunreinigungen mit dem Sauerstoff abwärts in diese sekundäre Säule wandern werden, ist es unmöglich, ein flüssiges Sauerstoffprodukt mit spurenmäßig geringen Konzentrationen von Verunreinigungen unmittelbar aus dieser Säule zu erzeugen. Um dieses Problem auszuräumen, wird ein gasförmiges Sauerstoffprodukt von einem Punkt abgezogen, der zumindest eine Gleichgewichtsstufe über dem Aufkocher/Kondensator dieser sekundären Säule ist. Da jedoch dieser Dampfstrom im Gleichgewicht mit einem flüssigen Strom mit hoher Konzentration von Schwersiedenden ist, ist es unmöglich, die Konzentration der schweren Verunreinigungen auf das gewünsche Niveau zu erniedrigen. Z.B. ist, bezugnehmend auf die Resultate in dem zitierten Patent, die Konzentration von Methan in dem sogenannten ultrahochreinen Sauerstoff 8 vppm und von Krypton 1,3 vppm. Für die Standards für ultrahochreinen Sauerstoff, die insbesondere für die Elektronikindustrie erforderlich sind, wäre diese Konzentration als hoch anzusehen; der typische Kohlenwasserstoffgehalt des ultrahochreinen Sauerstoffs für die Elektronikindustrie ist geringer als 1 vppm.
Die US-A-4,755,202 offenbart ein Verfahren zur Erzeugung von ultrahochreinem Sauerstoff aus einer Luftzerlegungseinrichtung, die einen Doppelsäulen-Kreis verwendet. In diesem Verfahren wird ein angereicherter, Sauerstoff enthaltender Strom (Sauerstoffkonzentrationsbereich von 90,0 bis 99,9 %) von dem Boden der Niederdrucksäule abgezogen und in eine Gegenstrom-Absorptionssäule eingespeist. In der Absorptionssäule wird der aufsteigende, angereicherte, Sauerstoff enthaltende Strom durch einen fallenden flüssigen Strom von schwereren Komponenten gereinigt. Ein kohlenwasserstoffarmer, angereicherter, Sauerstoff enthaltender Strom wird von dem Kopf der Absorptionssäule entnommen und nachfolgendend kondensiert. Ein Teil dieses kondensierten, kohlenwasserstoffarmen Stroms wird als Rückfluß zu der Absorptionssäule rückgeführt, während der andere Teil zu einer Stripper- bzw. Rektifizier- bzw. Trennsäule geleitet wird. In der Strippersäule wird der fallende, kohlenwasserstoffarme flüssige Strom von den leichten Komponenten, wie etwa Argon, getrennt, um ein flüssiges, ultrahochreines Sauerstoffprodukt am Boden zu erzeugen. Ein Teil des flüssigen, ultrahochreinen Sauerstoffs wird wieder aufgekocht, um einen Dampfstrom für die Stripper- säule zur Verfügung zu stellen. Dieser Dampf strom wird von dem Kopf der Strippersäule entnommen und wird als Zweitprodukt zurückgewonnen. Im wesentlichen weist dieses Verfahren zwei unerwünschte Merkmale auf. Das erste ist, daß durch Verwenden eines Einspeisungs-Sauerstoffstroms von dem Boden der Niederdrucksäule, welcher sowohl mit leichten als auch mit schweren Verunreinigungen kontaminiert ist, zwei Destillationssäulen erforderlich sind, um die Trennung durchzuführen (eine Absorptionssäule und eine Strippersäule). Das zweite ist, daß das Verfahren einen Sauerstoff enthaltenden Dampf strom an dem Kopf der Strippersäule erzeugt, welcher eine erhöhte Argonkonzentration aufweist; es ist üblicherweise unerwünscht, einen Sauerstoffprodukt- Zweitstrom mit verringertem Sauerstoffgehalt zu haben.
Die US-A-4,824,453 offenbart ein Verfahren zur Erzeugung ultrahochreinen Sauerstoffs in einem Tieftemperatur- Luftzerlegungssystem mit drei Säulen, bei dem Sauerstoff und Stickstoff zunächst in einer Hochdrucksäule und dann in einer Niederdrucksäule getrennt werden, und Sauerstoff und Argon in einer Argon-Seitenarmsäule, die von der Niederdrucksäule gespeist wird, getrennt werden. Bei dem Verfahren wird eine Seitenfraktion von der Argon-Seitenarmsäule abgezogen, und durch Rektifikation in eine ultrahochreine Sauerstofffraktion und eine leichtere Restfraktion getrennt. Die Seitenfraktion enthält ungefähr 90 % Sauerstoff und im wesentlichen keinen Stickstoff.
Die US-A-4,869,741 offenbart ein Verfahren zur Erzeugung von ultrahochreinem Sauerstoffs bei dem flüssiger Sauerstoff, der schwere und leichte Verunreinigungen enthält, als Einspeisungsstrom verwendet wird. Bei dem Verfahren werden zwei Destillationssäulen, drei Aufkocher/Kondensatoren und ein Kompressor des rückzirkulierten Stickstoffstrom zusammen mit einem Hauptwärmetauscher verwendet, um die Trennung durchzuführen.
Die vorliegende Erfindung ist eine Verbesserung eines üblichen Tieftemperatur-Luftzerlegungsverfahrens zur Erzeugung von Mengen an ultrahochreinem Sauerstoff. Die Verbesserung gemäß der vorliegenden Erfindung ist bei jedem Tieftemperaturverfahren für die Franktionierung von Luft unter Verwendung eines Tieftemperatur-Destillationssäulensystems anwendbar, das zumindest eine Destillationssäule aufweist. Bei diesen Verfahren wird Einspeisungsluft komprimiert, bis nahe an ihren Taupunkt gekühlt und zur Rektif ikation in das Destillationssäulensystem eingespeist, um durch einen Stickstoff enthaltenden Kopf und einen flüssigen Rohsauerstoff-Boden zu erzeugen. Die Verbesserung, welche zur Erzeugung eines ultrahochreinen Sauerstoffproduktes dient, weist die Schritte auf, die in den Ansprüchen 1 und 18 definiert sind.
Bei der Verbesserung gemäß der vorliegenden Erfindung kann der entnommene Sauerstoff enthaltende Strom, der zu trennen bzw. zu rektifizieren ("strippen") ist, entweder als Flüssigkeit oder als Dampfstrom entnommen werden. Auch kann die Wärmeleistung zum Aufkochen der Tieftemperatur-Trennbzw. Stripper/Destillationssäule bzw. Vorzerlegungskolonne durch Unterkühlen zumindest eines Teils des flüssigen Rohsauerstoff-Bodens von der Destillationssäule des Tieftemperatur-Destillationssäulensystems zur Verfügung gestellt werden oder durch zumindest teilweises Kondensieren eines Teiles des Stickstoffkopfes von der Destillations säule des Tieftemperatur-Destillationssäulensystems.
Die Verbesserung gemäß der vorliegenden Erfindung ist bei Ein-, Zwei- und Drei-Destillationssäulen-Systemen anwendbar. Bei dem Zwei-Säulensystem wird ein Einspeisungsluftstrom komprimiert, bis nahe an seinen Taupunkt abgekühlt und in ein Hochdruck-Destillationssäulensystem zur Rektifikation eingespeist, wobei ein Stickstoff enthaltender Kopf und ein flüssiger Rohsauerstoff-Boden erzeugt werden; und der flüssige Rohsauerstoff wird in seinem Druck reduziert und in die Hochdruck-Destillationssäule eingespeist und dort weiter fraktioniert wird, wodurch ein Niederdruck- Stickstoffkopf erzeugt wird. In dem Dreisäuen-Destillationssystem wird ein eingespeister Luftstrom komprimiert, bis nahe an seinen Taupunkt gekühlt und in ein Hochdruck- Destillationsspulensystem zur Rektif ikation eingespeist, wodurch ein Stickstoff enthaltender Kopf und ein flüssiger Rohsauerstoff-Boden erzeugt werden; der flüssige Rohsauerstoff wird in seinem Druck reduziert, in eine Niederdruck- Destillationsspule eingespeist und dort weiter fraktioniert, wodurch ein Niederdruck-Stickstoffkopf erzeugt wird; und ein Argon enthaltenden Seitenstrom wird von der Niederdrucksäule entnommen und in einer Argon-Seitenarmdestillationsspule rektifiziert, wodurch ein Rohargonkopf und eine angereicherte Sauerstoffflüssigkeit, welche in die Niederdrucksäule rückgeführt wird, erzeugt werden.
In den Mehrsäulen-Destillationssystemen kann der Sauerstoff enthaltende Strom, welcher im wesentlichen frei von schwereren Verunreinigungen ist, von irgendeiner der Destillationssäulen, in welchen hauptsächlich Sauerstoff und Stickstoff getrennt werden, entnommen werden.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für einen Stickstoff-Erzeuger oder ein Einzel-Säulensystem geeignet, wobei ein Einspeisungsluftstrom komprimiert, bis nahe an seinen Taupunkt gekühlt und zur Rektifikation in das Destaillationssäulensystem eingespeist wird, wodurch ein Stickstoff enthaltender Kopf und ein flüssiger Rohsauerstoff-Boden erzeugt werden. In diesem Fall weist die Verbesserung zur Erzeugung eines ultrahochreinen Sauerstoffprodukts die folgenden Schritte auf: Die Rohflüssigkeit vom Boden wird rektifiziert, wodurch ein Sauerstoff enthaltender Strom erzeugt wird, welcher im wesentlichen frei von schwereren Verunreinigung ist, zu denen Kohlenwasserstoffe, Kohlendioxid, Xenon und Krypton gehören; anschließend wird der Sauerstoff enthaltende Strom in einer Tieftemperatur- bzw. Stripper-/Destillationssäule rektifiziert bzw. gestrippt wird, wodurch an dem Boden der Tieftemperatur-Stripper/Destillationssäule ein ultrahochreines Sauerstoffprodukt erzeugt wird, und die Tieftemperatur-Stripper/Destillationssäule bzw. Vorzerlegungskolonne mit einem Flüssigkeitsstrom wird von der Destillationssäule als Rückfluß versorgt, welcher im wesentlichen frei von schwereren Komponenten ist, zu denen Kohlenwasserstoffe, Kohlendioxid, Xenon und Krypton gehören. Bei dieser Ausführungsform ist das bevorzugte Verfahren, um Wärmeleistung zum Aufkochen der Tieftemperatur-Stripper/Destillationssäule zur Verfügung zu stellen, durch Kondensieren zumindest eines Teils des Sauerstoff enthaltenden Stroms vor der Destillation in der Tieftemperatur-Stripper/Destillations säule.
Die Figuren 3 bis 10 sind schematische Flußdiagramme für alternative Ausführungsformen des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung.
Die Ausführungsformen der Figuren 1 und 2 gehören nicht zur Erfindung.
Wie zu erkennen ist, arbeitet die Verbesserung nicht als alleinstehende Einheit bzw. Einrichtung; jedoch beruhen ihre Effizienz und Kosteneffektivität auf ihrer neuartigen Integration bzw. Einbeziehung in Tieftemperatur-Luftzerlegungseinheiten bzw. -Einrichtungen. Die Verbesserung läßt sich am besten unter Bezugnahme auf die folgenden zwei allgemeinen Ausführungsformen beschreiben.

Ausführungsform Nr. 1

Im wesentlichen ist die erste Ausführungsform ein Verfahren zur Erzeugung eines ultrahochreinen Sauerstoffprodukts durch Entnahme eines Seitenstromes, welcher etwas Sauerstoff enthält, extrem arm an oder frei von schweren Komponenten ist, wie etwa Kohlendioxid, Krypton, Xenon und leichten Kohlenwasserstoffen, von einer Stelle einer Sauerstoff und Stickstoff trennenden Fraktionierungssäule einer Luftzerlegungseinheit bzw. -einrichtung. Der entnommene Seitenstrom kann entweder als Dampf oder als Flüssigkeit entnommen werden. Eine derartige Stelle ist typischerweise einige Stufen oberhalb der Lufteinspeisung zu der Hochdrucksäule eines Einzel- oder Doppel-Säulensystem oder einige Stufen oberhalb der Einspeisung für den flüssigen Rohsauerstoff in eine Niederdrucksäule eines zwei- oder reisäuligen Systems. Dieser entnommene, von schweren Verunreinigungen freie, Sauerstoff enthaltende Strom wird nachfolgend durch Strippen bzw. Destillieren in einer Hilfs-Destillationssäule getrennt, um an dem Boden einer solchen Säule ein ultrahochreines Sauerstoffprodukt zu erzeugen.
Wie gesehen werden kann, unterscheidet sich das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung von den üblichen Verfahren zur Erzeugung ultrahochreinen Sauerstoffs, welche sämtlich einen Sauerstoffstrom behandeln bzw. verarbeiten, der eine hohe Sauerstoffkonzentration aufweist, aber noch nicht frei von schweren Verunreinigungen bzw. Kontaminationsstoffen ist. Bei diesen üblichen Verfahren muß der Sauerstoffeinsspeisungsstrom be- bzw. verarbeitet werden, um die schweren Verunreinigungen zu entfernen, wozu zumindest eine zusätzliche Destillationssäule für diesen Zweck erforderlich ist.
Diese Ausführungsform Nr. 1 gemäß der vorliegenden Erfindung kann am besten im Lichte der nachfolgenden Diskussion von sieben Variationen verstanden werden, welche in den Flußdiagrammen gemäß den Figuren 1 bis 7 dargestellt sind. Diese Flußdiagramme können in zwei Unterkategorien unterteilt werden. Der erste Untersatz zieht einen Sauerstoff enthaltenden, jedoch von schweren Verunreinigungen freien hochsiedendem Flüssigkeitsstrom von der Hochdruck- und/oder der Niederdrucksäule eines Zwei-Säulensystems ab und führt eine Trennung durch, um einen ultrahochreinen Sauerstoff rückzugewinnen. Der zweite Untersatz zieht einen Sauerstoff enthaltenden, jedoch von schweren Verunreinigungen freien Dampfstrom von der Hochdruck- und der Niederdrucksäule ab und führt eine weitere Trennung an diesem Strom durch, um ultrahochreinen Sauerstoff zurückzugewinnen. Zuerst wird der Untersatz mit dem Abziehen von Flüssigkeit erörtert werden, gefolgt von einer Erörterung des Untersatzes mit dem Abziehen von Dampf.
Die Figuren 1 und 2 zeigen Flußdiagramme, die auf einem Flüssigkeitsabzug von einer Hochdrucksäule einer Einzelsäulen-Luftzerlegungseinheit basieren. Gemäß Figur 1 wird ein Einspeisungsluftstrom über die Leitung 10 in einen Hauptluftkompressor (MAC) 12 eingespeist. Nach der Komprimierung wird der Einspeisungsluftstrom üblicherweise mit einem Luftkühler oder einem Wasserkühler nachgekühlt und anschließend in der Einrichtung 16 bearbeitet bzw. verarbeitet, um irgendwelche Verunreinigungen zu entfernen, welche bei tiefen Temperaturen ausfrieren würden, d.h. Wasser und Kohlendioxid. Das Verfahren zur Entfernung des Wassers und des Kohlendioxids kann irgendein bekanntes Verfahren sein, wie etwa ein Adsorptions-Molekularsieb- Bett. Diese komprimierte, von Wasser und Kohlendioxid freie Luft wird dann über die Leitung 18 in den Hauptwärmetauscher 20 eingespeist, wo sie bis nahe an ihren Taupunkt gekühlt wird. Der gekühlte Einspeisungsluftstrom wird dann über die Leitung 21 zu dem Boden eines Rektifierapparates 22 geleitet, um die Einspeisungsluft in einen Stickstoff- Kopfstrom und eine mit Sauerstoff angereicherte Boden- Flüssigkeit zu separieren.
Der Stickstoff-Kopf wird über eine Leitung 24 von dem Kopf des Rektifizierapparates 22 entnommen und anschließend in zwei Unterströme aufgespalten. Der erste Unterstrom wird über eine Leitung 26 in einen Aufkocher/Kondensator 28 eingespeist, worin er verflüssigt und anschließend über eine Leitung 30 zu dem Kopf des Rektifizierapparates 22 zurückgeleitet wird, um Rückfluß für den Rektifizierapparat zur Verfügung zu stellen. Der zweite Nebenstrom wird über eine Leitung 32 von dem Rektifizierapparat 22 abgezogen, in dem Hauptwärmetauscher 20 aufgewärmt, um Kälte bzw. Kühlung zur Verfügung zu stellen, und von dem Verfahren über eine Leitung 34 als gasförmiger Stickstoffproduktstrom abgezogen bzw. entnommen.
Ein sauerstoffangereicherter, flüssiger Seitenstrom wird über eine Leitung 100 von einer Zwischenstelle des Rektifizierapparates 22 entnommen. Die Zwischenstelle wird so ausgewählt, daß der sauerstoffangereicherte Seitenstrom eine Sauerstoffkonzentration von weniger als 35 % aufweist und im wesentlichen frei von schwereren Komponenten ist, wie etwa Kohlenwasserstoffen, Kohlendioxid, Krypton und Xenon. Der sauerstoffangereicherte Seitenstrom wird anschließend an einem Ventil in seinem Druck reduziert und in eine Fraktionierkolonne 102 eingespeist, um getrennt bzw. rektifiziert ("gestrippt") zu werden, wodurch ein Rektifizierer-Kopf bzw. Stripper-Kopf und eine ultrahochreine Sauerstoff-Bodenflüssigkeit erzeugt werden. Der Rektifizierer-Kopf wird über eine Leitung 104 als Abgasstrom entnommen und in dem Wärmetauscher 20 aufgewärmt, um Kühlung zurückzugewinnen.
Zumindest ein Teil der ultrahochreinen Sauerstoff-Boden flüssigkeit wird durch indirekter Wärme in dem Aufkocher 106 verdampft, wodurch Aufkochen für den Destillierer bzw. Stripper 102 zur Verfügung gestellt wird. Die Wärmeleistung für den Aufkocher 106 wird durch Kondensieren zumindest eines Teils des Stickstoff-Kopfes in der Leitung 108 von dem Kopf des Rektifizierapparates 22 in der Leitung 26 zur Verfügung gestellt. Nachdem er kondensiert worden ist, wird er mit dem kondensierten Stickstoff von dem Kondensator 28 wieder vereinigt und als Rückfluß für die Hochdrucksäule verwendet.
Ein ultrahochreines Sauerstoffprodukt wird von dem Boden der Vorzerlegungskolonne bzw. des Strippers 102 entnommen. Das Produkt kann über eine Leitung 112 als gasförmiges Produkt und/oder eine Leitung 114 als flüssiges Produkt abgeführt werden.
Eine sauerstoffangereicherte Bodenflüssigkeit wird von dem Boden des Rektifizierapparates 22 über eine Leitung 38 entnommen, in ihrem Druck erniedrigt und in den Sumpf eingespeist, der den Aufkocher/Kondensator 28 umgibt, worin sie verdampft wird, wodurch der Stickstoff-Kopf in der Leitung 26 kondensiert wird. Der verdampfte sauerstoffangereicherte Strom oder Abgasstrom wird von dem Kopf des Sumpfbereiches, der den Aufkocher/Kondensator 28 umgibt, über eine Leitung 40 entnommen.
Dieser verdampfte Abgasstrom wird anschließend verarbeitet, um Kühlung zurückzugewinnen, welche inherent in dem Strom enthalten ist. Um die Kühlung auszugleichen, die für das Verfahren von der Kälte, die inherent in dem Abgasstrom enthalten ist, zur Verfügung gestellt wird, wird der Strom 40 in zwei Teile aufgespalten. Der erste Teil wird über eine Leitung 44 in den Hauptwärmetauscher 20 eingespeist, wo er zur Wiedergewinnung von Kälte aufgewärmt wird. Der zweite Teil wird über eine Leitung 42 mit dem aufgewärmten ersten Teil in der Leitung 44 gemischt, um eine Leitung 46 auszubilden. Dieser wiedervereinigte Strom in der Leitung 46 wird anschließend in zwei Teile aufgespalten, wiederum um die Kühlungserfordernisse des Verfahrens auszugleichen. Der erste Teil in einer Leitung 50 wird in einem Expander bzw. in einer Expansionsvorrichtung 52 expandiert und anschließend mit dem zweiten Teil in einer Leitung 48 wieder vereinigt, nachdem er in seinem Druck an einem Ventil reduziert worden ist, um einen expandierten Abgasstrom in einer Leitung 54 zu bilden. Dieser expandierte Abgasstrom wird dann in den Hauptwärmetauscher 20 eingespeist und dort aufgewärmt, um Kälte zur Verfügung zu stellen, und wird dann aus dem Prozeß über eine Leitung 56 als Abgas über entnommen. Um die Anzahl der Ströme, die durch den Wärmetauscher 20 hindurchgeführt werden, zu begrenzen, kann der Abgasstrom des Strippers bzw. der Vorzerlegungskolonne in einer Leitung 104 mit dem expandierten Abgasstrom von dem Rektifizierapparat 22 in der Leitung 54 vereinigt werden.
Schließlich wird ein kleiner Kühlstrom über eine Leitung 60 aus dem den Aufkocher/Kondensator 28 umgebenden Sumpf entnommen, um die Ansammlung von Kohlenwasserstoffen in der Sumpf-Flüssigkeit zu verhindern. Falls erforderlich ist auch ein flüssiges Stickstoffprodukt als eine Fraktion des kondensierten Stickstoffstroms zurückgewinnbar.
Fig. 2 ist der identische Prozeß, wie er in Fig. 1 gezeigt wird, mit der Ausnahme, daß die Wärmeleistung zum Aufkochen der Fraktionierkolonne 102 durch Unterkühlen eines Teils des flüssigen Rohsauerstoffs von der Säule 22 zur Verfügung gestellt wird, anstelle des Kondensierens eines Teil des Stickstoff-Kopfes von der Säule 22. In Fig. 2 wird ein Teil des flüssigen Rohsauerstoffstroms in der Leitung 38 über eine Leitung 288 in einen Aufkocher 286, der an dem Boden des Strippers bzw. der Vorzerlegungskolonne 102 angeordnet ist, eingespeist. Im Aufkocher 286 wird der Teil unterkühlt, wodurch die Wärmeleistung, die zum Aufkochen des Strippers bzw. der Vorzerlegungskolonne 102 erforderlich ist, zur Verfügung gestellt wird, nachfolgend im Druck reduziert und über eine Leitung 290 mit dem restlichen Teil des flüssigen Rohsauerstoffs in der Leitung 38 wieder vereinigt.
Die Fig. 3 ist eine Erweiterung von Fig. 1 für den Fall, daß eine Luftzerlegungseinrichtung mit einer Doppelsäule verwendet wird. Unter Bezugnahme auf den verbesserten Abschnitt gemäß Fig. 3 wird ein sauerstoffangereicherter flüssiger Seitenstrom über eine Leitung 100 von einer Zwischenstelle des Rektifizierapparates 22 entnommen. Die Zwischenstelle wird so ausgewählt, daß der sauerstoffangereicherte Seitenstrom eine Sauerstoffkonzentration von weniger als 35 % aufweist und im wesentlichen frei von schwereren Komponenten, wie etwa Kohlenwasserstoffen, ist. Der sauerstoffangereicherte Seitenstrom wird anschließend in seinem Druck an einem Ventil reduziert und in die Fraktionierkolonne 102 eingespeist, um vorzerlegt bzw. gestrippt zu werden, wodurch ein Vorzerlegungs- bzw. Stripper-Kopf und eine ultrahochreine Sauerstoff-Bodenflüssigkeit erzeugt werden. Der Kopf des Strippers wird über eine Leitung 104 entnommen und in eine mittlere Stelle bzw. in einer Zwischenstelle der Niederdrucksäule 200 eingespeist. Obwohl gemäß der Darstellung in Fig. 3 der Kopf des Strippers an der gleichen Stelle wie die sauerstoffangereicherte Bodenflüssigkeit von der Hochdrucksäule md ie Niederdrucksäule eingespeist wird, kann er an jeder zweckmäßigen Stelle in die Niederdrucksäule eingespeist werden. Vorzugsweise sollte er an einer Stelle eingespeist werden, wo die Zusammensetzung des Dampfes in der Niederdrucksäule dem Kopf des Strippers ähnlich ist.
An dem Boden dee Strippers 102 wird zumindest ein Teil der ultrahochreinen Sauerstoff-Bodenflüssigkeit durch indirekte Warme in den Aufkocher 106 verdampft, wodurch Aufkochen für den Stripper 102 zur Verfügung gestellt wird. Die Wärmeleistung für den Aufkocher 106 wird durch Kondensieren zumindest eines Teiles in der Leitung 108 des Stickstoffkopfes von dem Kopf des Rektifizierapparates 22 zur Verfügung gestellt. Nachdem er kondensiert worden ist, wird er als Rückfluß entweder für die Hoch- oder Niederdruckdestillationssäulen verwendet; dies ist durch eine Leitung 230 angedeutet.
Ein ultrahochreines Sauerstoffprodukt wird von dem Boden des Stirppers 102 entnommen. Das Produkt kann als gasförmiges Produkt über eine Leitung 112 und/oder ein flüssiges Produkt über eine Leitung 114 abgezogen werden.
Wie bei den Figuren 1 und 2 gibt es nichts Kritisches bei der Auswahl der Erzeugung der Wärmeleistung, die zum Aufkochen der Säule 102 erforderlich ist. Zusätzlich zu der in den Figuren 2 und 3 gezeigten Auswahl könnte die Wärmeleistung durch Kondensieren eines Teils des Lufteinspeisungsstromes anstelle des Hochdruck-Stickstoffstroms zur Verfügung gestellt werden.
Die Fig. 4 stellt das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung dar, wobei ein Seitenstrom von der Niederdrucksäule einer Luftzerlegungseinheit dreisäulig abgezogen wird.
Gemäß Fig. 4 wird ein flüssiger Strom über eine Leitung 300 von dem oberen Abschnitt einer Niederdrucksäule 200 oberhalb der Rohsauerstoff-Einspeisung Leitungen 338 und 348 zu der Niederdrucksäule 200, entnommen. Dieser Flüssigkeitsstrom in der Leitung 300 enthält etwas Sauerstoff, ist arm an schweren Bestandteilen und wird in den Kopf des Strippers 302 eingespeist. Die Kolonne bzw. Säule 302 kann entweder durch gasförmigen Hochdruck-Stickstoff über Leitung 108, oder einen Teil der Einspeisungsluft von der Leitung 21 aufgekocht werden. Zusätzlich kann ein kleiner, argonangereicherter Seitenstrom über eine Leitung 350 entnommen, und über eine Leitung 276 in die Seitenarmsäule 275 eingespeist werden, um Rohargon zu erzeugen. Dieser Kreis ist zweckmäßig, um kleine Mengen von ultrahochreinem Sauerstoff ohne zusätzliche Energieerfordernisse zu erzeugen. Zusätzlich kann ein Seitenstrom aus normalreinem gasförmigem Sauerstoff über eine Leitung 360 aus dem Stripper 302, einige Stufen von dem Boden entfernt entnommen werden, um L/V in diesem Abschnitt zu reduzieren und die Rückgewinnung von ultrahochreinem Sauerstoff zu verbessern. Das Abziehen der Ströme 350 und 360 aus dem Stripper 302 ist optional. Auch ist die Seitenarmsäule 275 in Fig. 4 optional.
Die Figuren 5 bis 7 zeigen Flußdiagramme, die auf dem Abzug eines Dampfstromes aus der Hochdruck- oder der Niederdrucksäule basieren. Dieser Dampfstrom ist extrem arm an schweren Bestandteilen, enthält jedoch immer noch Sauerstoff. Eine Trennung wird an diesem Dampfstrom durchgeführt, um ultrahochreinen Sauerstoff zu erzeugen. Diese Figuren werden in weiteren Einzelheiten wie folgt erörtert. Wie bei den Figuren 1 bis 4 werden gemeinsame Ströme und Anlagen mit den gleichen Bezugsnummern identifiziert.
In Fig. 5 wird ein Dampfstrom, der Sauerstoff enthält, über eine Leitung 401 von der Hochdrucksäule 22 ein paar theoretische Stufen oberhalb der Lufteinspeisung zu der Hochdrucksäule 22 abgezogen. Dieser Dampfstrom, welcher im wesentlich frei von schweren Bestandteilen ist, wird in dem Hauptwärmetauscher 20 aufgewärmt und in einer Turbine 403 expandiert, um Kühlung zur Verfügung zu stellen. Das Abgas von der Turbine 403 wird über eine Leitung 407 in eine Hilfs-Destillationssäule 402 eingespeist, um ultrahochreinen Sauerstoff zu erzeugen. In Fig. 5 wird ein flüssiger Strom aus reinem Stickstoff, Leitung 231, als Rückfluß für den Kopf der Säule 402 verwendet. Dieser Rückflußstrom, Leitung 231, stammt ursprünglich von dem Kopf der Hochdrucksäule 22 und ist frei von schweren Bestandteilen; deshalb wird ein reines Stickstoffprodukt an dem Kopf der Säule 402 erzeugt. Alternativ können irgendwelche zweckmäßigen stickstoffreiche, aber von schweren Bestandteilen freie Flüssigkeitsströme von der Hochdrucksäule oder der Niederdrucksäule als Rückfluß für diese Säule verwendet werden. In einem solchen Fall würde der Dampf, der den Kopf der Hilfssäule verläßt, Mengen von Sauerstoff enthalten und könnte entweder in die Niederdrucksäule zur weiteren Trennung (wie in den Figuren 3 oder 4 gezeigt) eingespeist werden oder als ein sekundärer Produktstrom rückgewonnen werden. Der Boden der Säule 402 wird durch einen gasförmigen Stickstoffstrom einer Leitung 108 von dem Kopf der Hochdrucksäule aufgekocht. Alternativ kann ein Teil des Einspeisungsluftstroms für diesen Zweck verwendet werden. Auch in dieser Figur 5 wird ein argonangereicherter Strom über eine Leitung 460 aus der Säule 402 abgezogen und in die Niederdrucksäule 200 eingespeist. Dieser Schritt ist optional und wird verwendet, um den Argongehalt in dem ultrahochreinen Sauerstoff zu verringern. Abhängig von den Mengen an ultrahochreinem Sauerstoff, die benötigt werden, kann entweder das gesamte Abgas vom Expander (Leitung 404) über eine Leitung 407 in die Säule 402 eingespeist oder ein Teil davon abgezogen und über eine Leitung 405 in die Niederdrucksäule 200 eingespeist werden.
Die Fig. 6 ist der Figur 5 ähnlich, mit nur einem Unterschied. Die gasförmige Einspeisung in die Säule 402 ist kein expandierter Strom, sondern ein Dampfstrom, der von der Niederdrucksäule 200 über eine Leitung 500 abgezogen wird. Dieser Dampfstrom wird einige Böden bzw. Kolonnenböden oberhalb des Punktes abgezogen, wo die oberste Einspeisung, die schwere Bestandteile enthält, in die Niederdrucksäule 200 eingespeist wird. Folglich wird er für Fig. 6 einige Böden oberhalb des Punktes abgezogen, wo flüssiger Rohsauerstoff über eine Leitung 38 von dem Boden der Hochdrucksäule 22 in die Niederdrucksäule 200 eingespeist wird. Wenn expandierte Einspeisungsluft oberhalb der flüssigen Rohsauerstoffeinspeisung eingespeist wird, dann wird die Dampfeinspeisung zu der Säule 402 einige Böden oberhalb der Einspeisung der expandierten Luft in die Säule 200 abgezogen. Diese Abzugsposition wird so ausgewählt, daß der von schweren Bestandteile freie flüssige Rückfluß, der die Niederdrucksäule herunterfließt, genügend Böden zur Verfügung hat, um mit schweren Bestandteilen kontaminierten Dampf, der die Niederdrucksäule aufsteigt, zu strippen.
Die Fig. 7 ist eine andere Variante, welche insbesondere zweckmäßig sein kann, wenn kleine Mengen von ultrahochreinem Sauerstoff erforderlich sind. Ähnlich wie bei Fig. 5 wird ein Dampf strom, der Sauerstoff enthält, jedoch extrem arm an schweren Bestandteilen ist, über eine Leitung 600 von der Hochdrucksäule 22 abgezogen. Statt diesen Strom in einer Turbine zu expandieren wird er dazu verwendet, um ein Aufkochen für die Säule 102 zur Verfügung zu stellen. Der kondensierte Einspeisungsstrom in einer Leitung 602 wird in seinem Druck reduziert und in den Kopf der Säule 102 eingespeist. Der von dem Kopf der Säule 102 über eine Leitung 104 abgezogene Dampf wird einer zweckmäßigen Stelle in die Niederdrucksäule eingespeist. Wenn flüssiger, ultrahochreiner Sauerstoff, Leitung 114, zu erzeugen ist, wird ein zusätzlicher flüssiger Einspeisungsstrom benötigt. Dieser Strom, welcher frei von schweren Bestandteilen ist, wird über eine Leitung 500 aus der Niederdrucksäule 200 abgezogen, um in den Kopf der Säule 102 eingespeist zu werden.
In Fig. 4, wo ein flüssiger Strom von der Niederdrucksäule in die Hilfssäule zur Trennung und Erzeugung von ultrahochreinem Sauerstoff eingespeist wird, ist die Konzentration von Sauerstoff in diesem von schweren Bestandteilen freien flüssigen Einsspeisungsstrom typischerweise geringer als 35 %. Damit die Rückgewinnung von ultrahochreinem Sauerstoff sinnvoll ist, ist es wünschenswert, daß die Sauerstoffkonzentration höher als 1 % ist. Diese Grenzen für die Sauerstoffkonzentration wären ebenso für den Flüssigkeitsabzug von der Hochdrucksäule (Fig. 1 - 3) anwendbar. Der typische Konzentrationsbereich von Sauerstoff wird 5 % bis 25 % sein. Die obere Grenze von ungefähr 35 % Sauerstoff wird ebenfalls für die Flüssigkeits-Einspeisung, Leitung 500, in Fig. 7 zutreffen, jedoch gibt es keine untere Grenze, und der Strom könnte reiner, flüssiger Stickstoff sein.
Für die Fälle, daß ein gasförmiger Strom entweder von der Hochdrucksäule oder der Niederdrucksäule abgezogen und in die Hilfssäule zur Erzeugung von ultrahochreinem Sauerstoff Fig. 5 bis 7) eingespeist wird, wird die Sauerstoffkonzentration in dem Dampfstrom geringer als 20 % sein. Die wahrscheinlichste Sauerstoff-Konzentration wird in dem Bereich von 3 % bis 15 % liegen. Eine Sauerstoff-Konzentration von weniger als 1 % ist wegen der extrem niedrigen Produktionsraten für ultrahochreinen Sauerstoff nicht wünschenswert.

Ausführungsform Nr. 2

Die Ausführungsform Nr. 1 erörterte den Abzug eines von schweren Komponenten freien, Sauerstoff enthaltenden Stroms aus den Hauptsäulensystemen (Hochdruck- und/oder Niederdrucksäulen) und sein anschließendes Einspeisen in eine Hilfssäule, um ultrahochreinen Sauerstoff zurückzugewinnen. Die Ausführungsform Nr. 2 ist ein Verfahren, durch welches ein von schweren Komponenten freier, jedoch Sauerstoff enthaltender Strom aus einem schwere Bestandteile enthaltenden flüssigen Rohsauerstoff der Hochdrucksäule erzeugt und dann zur Erzeugung ultrahochreinen Sauerstoffs in die Hilfssäule eingespeist wird. Diese Ausführungsform Nr. 2 verringert die Menge des von schweren Bestandteilen freien, jedoch Sauerstoff enthaltenden Stroms, der aus dem Hauptsäulensystem abgezogen wird, und vermindert dadurch den Einfluß eines derartigen Abzugs auf die Stickstoff-Rückgewinnung. Diese Ausführungsform ist insbesondere für Hochdruck-Stickstoffanlagen nützlich.
Diese Ausführungsform wird im einzelnen unter Bezugnahme auf die Figuren 8 bis 10 beschrieben. Die Fig. 8 zeigt eine Modifikation eines Doppelsäulen-Hochdruck-Stickstofferzeugers mit einem Dual-Aufkocher mit einem Abgasexpander. In diesem Stickstoff-Erzeuger wird der flüssige Rohsauerstoffstrom von dem Boden der Hauptsäule 22 (Hochdrucksäule) über eine Leitung 38 in den Kopf der Säule 702 eingespeist, die bei einem niedrigeren Druck arbeitet. Das Aufkochen an dem Boden der Niederdruckspule 702 wird durch Kondensieren eines Teiles des Stickstoffs auf Leitung 730 von der Hauptsäule 22 zur Verfügung gestellt. Der Dampf von dem Kopf der Säule 702 wird über Leitungen 700 und 704 in einem Kreislauf zu einer Zwischenstufe des Hauptluftkompressors 12 zurückgeführt. Die nicht aufgekochte Flüssigkeit auf Leitung 720 von dem Boden der Säule 702 wird in ihrem Druck reduziert und in einem zweiten Aufkocher/Kondensator 28 gegenüber kondensierendem Stickstoff auf Leitung 26 von der Hauptdestillationssäule 22 aufgekocht. Der Dampf auf - Leitung 40 von dem zweiten Aufkocher/Kondensator 28 wird aufgewärmt und in einem Turboexpander expandiert, um die erforderliche Kälte zur Verfügung zu stellen. Dieses Verfahren kann modifiziert werden, um ultrahochreinen Sauerstoff zu erzeugen. Bei dieser Modifikation werden einige Böden oder Kolonnenböden, wie der Abschnitt 750, zu der Säule 702 oberhalb der Einspeisung des flüssigen Rohsauerstoffs durch die Leitung 38 hinzugefügt, und der Kopf der Säule 702 wird thermisch mit dem Boden der Säule 102, die ultrahochreinen Sauerstoff erzeugt, über den Aufkocher/Kondensator 742 gekoppelt. Ein Flüssigkeits Strom, welcher extrem arm an schweren Bestandteilen ist, jedoch genügende Mengen an Sauerstoff enthält, kann über eine Leitung 100 von der Haupt-Stickstoffsäule 22 abgezogen und in den Kopfabschnitt der Säule 102 eingespeist werden. Der flüssige Rohsauerstoff von dem Boden der Haupt-Stickstoffsäule 22 wird über eine Leitung 38 in einen Zwischenabschnitt der Säule 402 eingespeist. Ein Dampfstrom wird über eine Leitung 700 von einer Zwischenstelle der Säule 702 abgezogen, um zurückgeführt zu werden. Der Dampf an dem Kopf der Säule 702, Leitung 740, wird in dem Aufkocher/Kondensator 742 kondensiert, indem die Wärmeleistung zum Aufkochen der Säule 102 zur Verfügung gestellt wird. Ein Teil dieses kondensierten Stromes, Leitung 744, wird über eine Leitung 746 als Rückfluß zu der Säule 702 zurückgeführt. Aufgrund dieses Rückflusses wird der in den Kopfabschnitt der Säule 702 aufsteigende Dampf von schweren Bestandteilen gereinigt, und deshalb ist dieser Dampf, Leitung 740, frei von schweren Bestandteilen, wenn er kondensiert wird. Der verbleibende Teil des kondensierten, von schweren Bestandteilen befreiten Stroms, Leitung 744, wird als sekundäre Sauerstoffquelle über eine Leitung 748 in den Kopfabschnitt der Säule 102 eingespeist. Gemäß Fig. 8 wird der Strom 748 einige Böden unterhalb des Stromes 100 eingespeist; die Position dieser Ströme würde sich in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration in jedem der Ströme ändern.
Diese Technik zusätzliche Böden bzw. Kolonnenböden als Kopfabschnitt zu der Säule 702 hinzuzufügen und thermisch ihren Kopf mit dem Boden der Säule 102 zu verbinden, erlaubt es, eine zusätzliche, von schweren Bestandteilen freie Sauerstoffquelle aus dem flüssigen Rohsauerstoff zu erzeugen. Deshalb verringert diese Ausführungsform für eine gegebene Menge von ultrahochreinem Sauerstoff, der zu erzeugen ist, die Menge der von schweren Bestandteilen befreiten und Sauerstoff enthaltenden Flüssigkeit, die über die Leitung 100 von der Hauptstickstoffsäule 22 abzuziehen ist. Diese Verfahrensschritte verringern die abträglichen Effekte auf die Stickstoffrückgewinnung, weil, wenn der Fluß des Stromes 100 verringert wird, der Flüssigkeitsrückfluß in dem Bodenabschnitt der Hauptsäule 22 erhöht wird.
Das Wesentliche dieser Ausführungsform Nr. 2 ist, daß, wenn der flüssige Rohsauerstoff in einem Aufkocher/Kondensator gegenüber einem kondensierenden Stickstoffstrom gekocht wird und wenn der Druck des Stickstoffstromes hinreichend hoch ist, dann der verdampfte Strom bei einem hinreichenden Druck ist, so daß ein Teil von ihm gegenüber einem ultrahochreinen flüssigen Sauerstoff an dem Boden der Hilfssäule zurückkondensiert werden kann. Diese rückkondensierte Flüssigkeit wird dann in zwei Fraktionen aufgespalten. Eine Fraktion wird als Rückfluß für die Kurzsäule verwendet, um einen von schweren Bestandteilen freien Dampfstrom zur Verfügung zu stellen, um gegenüber ultrahochreinem flüssigem Sauerstoff zurückkondensiert zu werden. Die zweite Fraktion bildet die Einspeisung für die Hilfssäule, um ultrahochreinen Sauerstoff zu erzeugen.
Um die allgemeine Anwendbarkeit dieser Ausführungsform zu demonstrieren, ist eine vereinfachte Version von Fig. 8 in der Fig. 9 dargestellt. Gemäß Fig. 9 wird Stickstoff, Leitung 26, von dem Kopf der Hauptsule 22 in einen einzigen Aufkocher/Kondensator 28 kondensiert (üblich einsäuliger Abgasexpander-Stickstofferzeuger). Einige Böden bzw. Kolonnenböden 750 werden oberhalb des Aufkochers/Kondensators 28 hinzugefügt, wodurch praktisch eine Säule 702 gebildet wird. Ein Teil des verdampften flüssigen Rohsauerstoffs steigt in dieser Säule auf und wird durch die fallende Flüssigkeit von schweren Bestandteilen gereinigt. Der von schweren Bestandteile freie Dampf, Leitung 740, wird in dem Aufkocher/Kondensator 742 durch Kochen des Bodens der Säule 102 kondensiert. Ein Teil dieser kondensierten Flüssigkeit wird über Leitung 746 als Rückfluß zu der Säule 702 geschickt, um den aufsteigenden Dampf von den schweren Bestandteilen zu reinigen. Der verbleibende Teil der kondensierten Flüssigkeit, Leitung 748, bildet einen Teil der Einspeisung in die Säule 102 und wird an einer zweckmäßigen Stelle in den Kopfabschnitt der Säule 102 eingespeist.
Wenn gemäß den Figuren 8 und 9 der Druck des Stickstoffprodukts, Leitung 24, so ist, daß der verdampfte flüssige Rohsauerstoff nicht vollständig in dem Aufkocher/Kondensator, der am Boden der Hilfssäule angeordnet ist, kondensieren kann, dann kann eine teilweise Kondensation verwendet werden, wie in Fig. 10 gezeigt wird. Gemäß Fig. 10 wird ein von schweren Bestandteilen freier Strom, Leitung 740, teilweise in dem Aufkocher/Kondensator 742, der an dem Boden der Säule 102 angeordnet ist, kondensiert, wobei ein gemischter Strom erzeugt wird. Dieser teilweise kondensierte Strom wird dann über eine Leitung 740 in einen Separator 790 eingespeist, wodurch ein Kopfdampf und Flüssigkeits-Boden erzeugt werden. Die Bodenflüssigkeit, Leitung 794, wird in der gleichen Weise wie der kondensierte Strom 744 in den Figuren 8 und 9 behandelt. Der Kopfdampf wird über eine Leitung 792 mit dem sauerstoffangereicherten Abgas in der Leitung 40 von dem Boden der Säule 702 gemischt. In einer anderen Alternative könnte dieser Kopfdampf, Leitung 792, im Druck erniedrigt und an einer zweckmäßigen Stelle in die Säule 102 eingespeist werden. Dieses wird insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn der Flüssigkeitsstrom über die Leitung 100 von der Haupt-Stickstoffspule 22 (Hochdruckspule) abgezogen wird und in die Säule 102 einige Böden oberhalb der Dampfeinspeisungsstelle eingespeist werden kann, wo 792 eingespeist wird, so daß er den geeigneten Rückfluß zur Verfügung stellen kann, um etwas Sauerstoff von der Dampfeinspeisung 792 zurückzugewinnen.
Gemäß den Figuren 8 bis 10 wird die Sauerstoffkonzentration in dem Strom 740, der in dem Aufkocher/Kondensator 742, der an dem Boden der Säule 102 angeordnet ist, kondensiert werden soll, geringer als 35 % sein. Folglich wird der Strom 748, der von dem flüssigen Rohsauerstoff rückgewonnen und dann als zusätzliche Quelle in die Säule 102 eingespeist wird, eine Sauerstoffkonzentration von weniger als 35 % und typischerweise in dem Bereich von 5 % bis 25 Sauerstoff aufweisen. wegen dieser zusätzlichen Einspeisung in die Hilfssäule kann der flüssige Einspeisungsstrom 100, der von der Hauptstickstoff säule 22 abgezogen wird, extrem niedrige Sauerstoffkonzentrationen aufweisen; so wenig, daß er ein flüssiger Stickstoffstrom sein könnte, der von dem Kopf der Säule 22 abgezogen wird. Deshalb kann der Strom 748 die einzige Sauerstoffquelle für die Säule 102 sein, und die Flüssigkeits-Einspeisung 100 von der Haupt-Stickstoffsäule 22 (Hochdrucksäule) sollte ein paar Böden bzw. Trays oberhalb dieses Einspeisungsstromes eingespeist werden. Diese Anordnung verringert den Sauerstoffgehalt in dem Dampfstrom, der den Kopf der Säule 102 verläßt.

Claims

1. Verfahren zur Fraktionierung von Sauerstoff/Stickstoff- Gemischen durch kryogene Destillation unter Verwendung eines kryogenen Destillationskolonnensystems mit einer Hochdruck-Destillationskolonne und einer Niederdruck-Destillationskolonne, bei dem ein Speiseluftstrom komprimiert, bis nahe an seinen Taupunkt heran gekühlt und der Hochdruck-Destillationskolonne zur Rektifizierung zugeführt wird, wodurch ein Stickstoff enthaltendes Kopfprodukt und ein flüssiges Rohsauerstoff-Bodenprodukt hergestellt werden; wobei das Rohsauerstoff-Bodenprodukt im Druck vermindert und der Niederdruckkolonne zur weiteren Fraktionierung zugeführt wird, um ein Niederdruck-Stickstoff-Kopfprodukt herzustellen; ein Sauerstoff enthaltender Strom von entweder der Hoch- oder der Niederdruckkolonne an einer Stelle abgezogen wird, die über der Luftzufuhr oder der Rohsauerstoff-Bodenproduktzufuhr liegt, der Sauerstoff enthaltende Strom 1 bis 35 % Sauerstoff enthält und im wesentlichen frei von schwereren Verunreinigungen ist, die Kohlenwasserstoffe, Kohlendioxid, Xenon und Krypton umfassen; der Sauerstoff enthaltende Strom nachfolgend in einer kryogenen Stripp-/Destillationskolonne gestrippt wird; und ein ultrahochreines Sauerstoffprodukt vom Boden der kryogenen Stripp-/Destillationskolonne entnommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Sauerstoff/Stickstoffgemisch Luft ist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der abgezogene, Sauerstoff enthaltende Strom, der gestrippt werden soll, als flüssiger Strom abgezogen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Sauerstoffkonzentration 5 bis 25 % beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem der abgezogene, Sauerstoff enthaltende Strom, der gestrippt werden soll, als dampfförmiger Strom entnommen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Konzentration des abgezogenen Sauerstoffs im dampfförmigen Strom 1 bis 20 % beträgt.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem die Konzentration des abgezogenen Sauerstoffs 3 bis 15 % beträgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erforderliche Wärme zur Bereitstellung von Aufkochung für die kryogene Stripp-/Destaillationskolonne durch das Unterkühlen mindestens eines Anteils des flüssigen Rohsauerstof f-Bodenproduktes aus der Destillationskolonne des kryogenen Destillationskolonnensystems zur Verfügung gestellt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein stickstoffreicher, von schweren Bestandteilen freier flüssiger Strom als Rückfluß in die Stripp-/Destillationskolonne eingespeist wird.

Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der abgezogene, Sauerstoff enthaltende Strom, der gestrippt werden soll, von der Niederdruckkolonne abgezogen wird.

11. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der abgezogene, Sauerstoff enthaltende Strom, der gestrippt werden soll, aus der Hochdruckkolonne abgezogen wird.

12. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Stripp-Kopfprodukt in die Niederdruckkolonne eingespeist wird.

13. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Wärmebedarf zum Bereitstellen von Aufkochung für die kryogene Stripp-/Destillationskolonne dadurch zur Verfügung gestellt wird, daß ein Anteil des Stickstoff- Kopfproduktes aus der Hochdruck-Destillationskolonne des kryogenen Destillationssystems zumindest teilweise kondensiert wird.

14. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Argon enthaltender Nebenstrom aus der Niederdruckkolonne entnommen und in einer Argon-Seitenkolonne des kryogenen Destillationskolonnensystems rektifiziert wird, wodurch ein Rohargon-Kopfprodukt und eine mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit hergestellt werden.

Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem die mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit zur Niederdruckkolonne zurückgeführt wird.

16. Verfahren gemäß Anspruch 14 oder Anspruch 15, bei dem ein argonreicher Nebenstrom von der Stripp-/Destillationskolonne in die Niederdruckkolonne oder die Argon-Nebenkolonne eingespeist wird.

17. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Nebenstrom aus normaireinem Sauerstoff aus der Stripp-/Destillationskolonne abgezogen wird.

18. Verfahren zur Fraktionierung von Sauerstoff/Stickstoffgemischen durch kryogene Destillation unter Verwendung eines kryogenen Destillationskolonnensystems, das aus einer einzelnen Destillationskolonne besteht, bei dem ein Speiseluftstrom komprimiert, bis nahe an seinen Taupunkt heran gekühlt und zur Rektifizierung in das Destillationskolonnensystem eingespeist wird, wodurch ein Stickstoff enthaltendes Kopfprodukt und ein flüssiges Rohsauerstoff- Bodenprodukt erzeugt werden, wobei das Rohsauerstoff-Bodenprodukt rektifiziert wird, wodurch ein Sauerstoff enthaltender Strom hergestellt wird, der 1 bis 35 % Sauerstoff enthält und im wesentlichen frei von schwereren Verunreinigungen ist, die Kohlenwasserstoffe, Kohlendioxid, Xenon und Krypton umfassen; der Sauerstoff enthaltende Strom nachfolgend in einer kryogenen Stripp-/Destillationskolonne gestrippt wird, die mit einem flüssigen Strom aus der Destillationskolonne mit Rückfluß versorgt wird, welcher im wesentlichen frei von den schwereren Komponenten ist; und ein ultrahochreines Sauerstoffprodukt vom Boden der kryogenen Stripp-/Destillationskolonne abgezogen wird.

19. Verfahren gemäß Anspruch 18, bei dem der Wärmebedarf zur Bereitstellung von Aufkochung für die kryogene Stripp/Destillationskolonne dadurch zur Verfügung gestellt wird, daß mindestens ein Anteil des Sauerstoff enthaltenden Stromes vor der Rektifizierung kondensiert wird.

20. Verfahren gemäß Anspruch 18 oder Anspruch 19, bei dem der Rückflußstrom ein flüssiger, Sauerstoff enthaltender Nebenstrom aus der Destillationskolonne ist.

21. Verfahren gemäß Anspruch 18 oder Anspruch 19, bei dem der Rückflußstrom ein Flüssigstickstoffstrom von dem Oberteil der Destillationskolonne ist.

22. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 21, bei dem das Sauerstoff/Stickstoffgemisch Luft ist.

23. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 22, bei dem die Sauerstoffkonzentration im Sauerstoff enthaltenden Strom, der durch die Rektifizierung des Rohsauerstoff-Bodenprodukts erhalten wird, 5 bis 25 % beträgt.