DE69925769T2 - Verfahren zur Sauerstoffproduktion - Google Patents

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    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die effiziente Erzeugung von Sauerstoff durch kryogene Luftzerlegung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf kryogene Luftzerlegungsverfahren, bei denen es gewünscht ist, wenigstens einen Teil des gesamten Sauerstoffs mit einer Reinheit geringer als 99,5% und bevorzugt geringer als 97% herzustellen.
  • Es gibt viele US-Patente, die das effiziente Erzeugen von Sauerstoff mit einer Reinheit von weniger als 99,5% lehren. Beispiele sind die US-A-4,704,148, die US-A-4,936,099, die US-A-5678427 und die EP-A-0556516.
  • Die US-A-2,753,698 offenbart ein Verfahren zur Fraktionierung von Luft, bei dem die gesamte zu zerlegende Luft in der Hochdrucksäule eines Doppel-Rektifikators bzw. Gegenstromdestillierers vorfraktioniert wird, um rohe (unsaubere) flüssige Sauerstoff- (roher-LOX) Bodenströme und gasförmige Stickstoff-Überkopf-Ströme zu erzeugen. Der so erzeugte rohe LOX wird auf einen mittleren Druck expandiert und vollständig durch einen Wärmeaustausch mit kondensierendem Stickstoff verdampft. Der verdampfte Rohsauerstoff wird dann ein wenig erwärmt, gegen eine Energieerzeugungslast expandiert und in der Niederdrucksäule des Doppel-Gegenstromdestillierers durch den Stickstoff, der innerhalb der Hochdrucksäule kondensiert ist und auf der Oberseite der Niederdrucksäule eingetreten ist, gereinigt. Der Boden-Strom der Niederdrucksäule wird mit dem Stickstoff der Hochdrucksäule wieder verdampft. Dieses Verfahren zur Verfügungsstellen von Kälte wird im Folgenden als CGOX-Expansion bezeichnet werden. Bei diesem Verfahren wird keine andere Kühlquelle benutzt. Deswegen wird das konventionelle Verfahren der Luftexpansion hin zur Niederdrucksäule durch die vorgeschlagene CGOX-Expansion ersetzt. Tatsächlich wird nach diesem Patent angenommen, dass die Verbesserung daher rührt, weil zusätzlich die Luft in die Hochdrucksäule eingespeist wird (da keine gasförmige Luft zur Niederdrucksäule expandiert wird) und dieses zu einem zusätzlichen Stickstoffrückfluss führt, der von der Oberseite der Hochdrucksäule produziert wurde. Es wird angenommen, dass die Menge des zusätzlichen Stickstoffrückflusses gleich ist der zusätzlichen Menge an Stickstoff in der Luft, die in die Hochdrucksäule eingespeist wird. Eine Verbesserung in der Effizienz der Reinigung mit flüssigem Stickstoff im oberen Teil der Niederdrucksäule wird beansprucht, um den Nachteil des Aufkochens im unteren Teil der Niederdrucksäule zu überwinden.
  • Die US-A-4,410,343 offenbart ein Verfahren zur Produktion von Sauerstoff niedriger Reinheit welches eine Niederdruck- und eine Mitteldrucksäule einsetzt, wobei die Bodenströme der Niederdrucksäule gegen kondensierende Luft wiederverdampft werden und die daraus resultierende Luft in beide, die Mitteldruck- und die Niederdrucksäulen eingespeist wird.
  • Die US-A-4,704,148 offenbart ein Verfahren, welches Hoch- und Niederdruckdestillationssäulen für die Zerlegung der Luft benutzt, um Sauerstoff niedriger Reinheit und einen Abfallstickstoffstrom zu erzeugen. Speiseluft vom kalten Ende der Hauptwärmetauscher wird verwendet, um die Niederdruckdestillationssäule wieder aufzukochen und das Sauerstoffprodukt niedriger Reinheit zu verdampfen. Der Wärmebedarf für das Säulenaufkochen und die Sauerstoffprodukt-Verdampfung wird durch das Kondensieren von Luftanteilen geliefert. In diesem Verfahren ist die Speiseluft in drei Unterströme aufgeteilt. Einer der Unterströme wird vollständig kondensiert und dazu verwendet, einen Rückfluss zu beiden, der Niederdruck- und der Hochdruckdestillationssäulen, zu liefern. Ein zweiter Unterstrom wird partiell kondensiert mit dem Dampfanteil des partiell kondensierten Unterstroms, der zum Boden der Druckdestillationssäule gespeist wurde, und des Flüssiganteils, der den Rückfluss zur Niederdrucksdestillationssäule liefert. Der dritte Unterstrom wird expandiert, um wieder Kälte zu erlangen, und wird dann in die Niederdruckdestillationssäule als Säulenspeisung eingeleitet. Zusätzlich wird der Hochdrucksäulenkondensierer als ein Zwischenverdampfer in der Niederdrucksäule verwendet.
  • Die US-A-4,796,431 (Erickson) lehrt ein Verfahren zum Abziehen eines Stickstoffstroms aus einer Hochdrucksäule, das partielle Expandieren dieses Stickstoffs auf einen Zwischendruck und das anschließende Kondensieren desselben durch Wärmeaustausch gegen entweder Roh-LOX aus dem Boden der Hochdrucksäule oder gegen eine Flüssigkeit aus einer Zwischenhöhe der Niederdrucksäule. Dieses Kühlverfahren wird im Folgenden als Stickstoff-Expansion, gefolgt von Kondensation (NEC), bezeichnet werden. Im allgemeinen liefert NEC den gesamten Kühlbedarf des kalten Teils. Erickson lehrt, dass nur bei den Anwendungen, bei denen NEC alleine nicht in der Lage ist, den Kühlbedarf zu liefern, eine Ergänzungskühlung durch die Expansion von einiger Speiseluft geliefert wird. Die Verwendung dieser ergänzenden Kühlung, um den Energieverbrauch zu reduzieren, wird jedoch nicht gelehrt. Diese Ergänzungskühlung wird im Kontext eines Flussdiagramms, welches auch andere Änderungen zur Reduktion des Versorgungsluftdruckes umfasst, gelehrt. Diese Maßnahme reduzierte den Druck des Stickstoffs zum Expander und deswegen die Kühlmenge, die vom NEC verfügbar war. In diesem Patent lehrt Erickson auch die Verwendung von zwei NEC. Der Stickstoff aus der Hochdrucksäule wird in zwei Ströme aufgeteilt, und jeder Strom wird partiell expandiert auf verschiedene Drücke und gegen verschiedene Flüssigkeiten kondensiert. Z.B. wird ein expandierter Stickstoffstrom gegen Roh-LOX kondensiert, und der andere wird gegen eine Flüssigkeit aus einer Zwischenhöhe der Niederdrucksäule expandiert. Erickson beansprucht, dass die Verwendung eines zweiten NEC den Kühlmengenausstoß anhebt, der dazu verwendet werden kann, einen Kältekompressor anzutreiben, um den Sauerstofflieferungsdruck weiter zu steigern.
  • In der US-A-4,936,099 (Woodward et al) wird eine CGOX-Expansion im Zusammenhang mit der Produktion von Sauerstoff niedriger Reinheit verwendet. In diesem Fall wird ein gasförmiges Sauerstoffprodukt durch Verdampfen von Flüssigsauerstoff aus dem Boden der Niederdrucksäule durch Wärmeaustausch gegen einen Teil der Speiseluft erzeugt.
  • In einigen Luftzerlegungsanlagen ist Überschusskälte naturgemäß vorhanden. Das gilt im Wesentlichen wegen einem von zwei Gründen:
    • (1) eine Beschränkung der Betriebsausrüstung führt zu einem Überschuss-Fluss durch den Expander, und
    • (2) das Wiedererlangen des Produkts vom Destillationssystem ist gering und es produziert Überschussabfall bei einem angehobenen Druck, der dann expandiert wird.
  • In diesen Fällen haben einige Patente vorgeschlagen, Überschusskälte zur Komprimierung eines ausreichenden Prozessstromes bei kryogenen Temperaturen zu verwenden. Dieses Verfahren der Verdichtung bei kryogenen Temperaturen wird künftig als Kaltverdichtung bezeichnet werden.
  • Ein Beispiel für die Erzeugung von Überschusskälte aus dem ersten Grund und die anschließende Verwendung der Kaltverdichtung kann in der US-A-4,072,023 gefunden werden. In diesem Patent werden Gegenstromwärmetauscher verwendet, um Wasser und Kohlendioxid von der Speiseluft zu entfernen. Ein erfolgreicher Betrieb eines solchen Gegenstromwärmetauschers verlangt die Verwendung eines Ausgleichsstromes. Der Ausgleichsstrom wird im allgemeinen vom Destillationssäulensystem abgezogen, wird anschließend im kalten Teil des Hauptwärmetauschers in indirektem Wärmeaustausch mit der ankommenden Speiseluft teilerwärmt und anschließend in einem Expander expandiert, um die benötigte Kälte zu liefern. Leider kann die Flussgeschwindigkeit dieses Ausgleichsstromes nicht unterhalb eines bestimmten Teiles der Speiseluftflussgeschwindigkeit abgesenkt werden. Für Anlagen großer Größe, bei denen der Kältebedarf pro Einheit eines Produktstromes nicht so groß ist, erzeugt der Zwang des Vorhandenseins einer Ausgleichsstrom-Durchflussgeschwindigkeit oberhalb eines bestimmten Anteils des Speiseluftflusses Überschusskälte. Die US-A-4,072,023 lehrt, diese Überschusskälte zur Kaltverdichtung eines Prozessstromes zu verwenden.
  • Beispiele der Erzeugung von Überschusskälte aus dem zweiten Grund und der anschließenden Verwendung der Kaltverdichtung können in der US-A-4,966,002 und der US-A-5,385,024 gefunden werden. In diesen beiden Patenten wird Luft nahe dem Boden einer Einzeldestillationssäule eingespeist, um Hochdruckstickstoff zu liefern. Da eine Einzeldestillationssäule ohne Wiederverdampfer am Boden verwendet wird, ist der Erhalt an Stickstoff gering. Dies erzeugt eine große Menge an sauerstoff-angereicherten Abfallstrom bei einem erhöhten Druck. Ein Teil dieses sauerstoff-angereicherten Abfallstroms wird partiell erwärmt und expandiert, um die erforderliche Kälte zu liefern, und die überschüssige Kälte wird verwendet, um einen anderen Teil des Abfallstromes kalt zu verdichten. Der kalt verdichtete Abfallstrom wird zur Destillationssäule zurück geführt.
  • Nach der US-A-5,475,980 wird die Kaltverdichtung verwendet, um die Effizienz der Kühlung in dem Wärmetauscher zu erhöhen, der gepumpten flüssigen Sauerstoff bei einem Druck oberhalb von 15 bar (1,5 Mpa) verdampft. Für diesen Zweck wird ein Hilfsstrom bei einer Zwischentemperatur aus einer Zwischenstelle des Wärmetauschers entnommen. Dieser Hilfsstrom wird dann kalt verdichtet und wieder in den Wärmetauscher eingeführt und weiter gekühlt. Wenigstens ein Teil des weiter gekühlten Stromes wird dann in einem Expander expandiert. Wenn der Druck des Hilfsstromes, der kalt komprimiert werden soll, viel höher als der der Hochdrucksäule ist, wird nur ein Teil desselben zur Hochdrucksäule nach dem Kaltverdichten und teilweisem Kühlen expandiert. In diesem Fall wird zusätzlich Energie am warmen Ende der Anlage erzeugt, um die Anforderungen an die Kühlung und die Kaltverdampfung zu erreichen. Wenn jedoch der Hilfsstrom aus der Hochdrucksäule abgezogen wird, dann wird alles nach einer Kaltverdichtung und dem Kühlen expandiert. Dies stellt sicher, dass der Großteil der Energie, der für die Kaltverdichtung benötigt wird, aus dem Expander wiedererlangt wird und zur Kaltverdichtung verwendet wird. Im Ergebnis ist das Bedürfnis eines zusätzlichen Dampfstromes durch den Expander, um Arbeitsenergie zu erzeugen, minimal und es bedarf keiner Überschusskälte wie in den oben zitierten US-A-4,072,023; US-A-4,966,002 und US-A-5,385,024.
  • Nach der DE-A-2854508 wird ein Teil der Luft, die zur Hochdrucksäule gespeist wurde, auf dem warmen Niveau durch Verwendung von Arbeitsenergie des Expanders weiter verdichtet, der Kälte zum Kühlraum liefert. Dieser weiterkomprimierte Luftstrom wird dann anschließend gekühlt und im gleichen Expander expandiert, der den Verdichter antreibt. In diesem Schema ist der Anteil des Speiseluftstromes, der weiterverdichtet und dann zur Kühlung expandiert wird, der gleiche. Im Ergebnis wird bei einem vorgegebenen Anteil der Speiseluft in dem Kühlraum mehr Kälte erzeugt. Das Patent lehrt zwei Verfahren, um diese Überschusskälte auszunutzen:
    • (i) um mehr Flüssigprodukte aus dem kalten Teil (Cold Box) zu produzieren, und
    • (ii) um den Fluss durch den Verdichter und den Expander zu reduzieren und hierdurch den Fluss zur Hochdrucksäule zu erhöhen.
  • Es wird beansprucht, dass ein erhöhter Strom zur Hochdrucksäule zu einer größeren Produktausbeute aus dem Kühlraum führt.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur kryogenen Destillation von Luft in einem Destillationssäulensystem zur Verfügung mit einer Destillationssäule mit höherem Druck ("HP") und einer Destillationssäule mit niedrigerem Druck ("LP"), wobei wenigstens ein Teil der Speiseluft der Destillationssäule mit höherem Druck zugeführt wird, Produkt-Sauerstoff mit einer Sauerstoffkonzentration von weniger als 99,5% an dem Boden der Destillationssäule mit niedrigerem Druck erzeugt wird und das Aufkochen, bzw. Sieden am Boden der Destillationssäule mit nedrigerem Druck durch Kondensieren eines Stroms zur Verfügung gestellt wird, dessen Stickstoff-Konzentration größer als die in dem Speiseluftstrom ist. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung besitzt folgende Schritte:
    • (a) Erzeugen von Arbeitsenergie, die wenigstens 10% des gesamten Kältebedarfes des Destillationssäulensystems beträgt, durch wenigstens eines der folgenden Verfahren
    • (1) Entnehmen eines Dampfstromes (im folgenden "erster Prozessdampfstrom") aus der Destillationssäule mit höherem Druck mit einem Stickstoffgehalt, der größer ist als der in der Speiseluft, Arbeitsexpandieren dieses Stroms und anschließendes Kondensieren von wenigstens einem Teil des expandierten Stroms durch Austausch latenter Wärme mit wenigstens einem Teil eines Flüssigkeitsstroms, der einen Sauerstoffgehalt hat, der größer ist als der Gehalt an Sauerstoff in der Speiseluft und
    • (i) bei einer Zwischenhöhe der Destillationssäule mit niedrigerem Druck eine Flüssigkeit ist und/oder
    • (ii) eine der flüssigen Einspeisungen zu der Destillationssäule mit niedrigerem Druck mit einer Sauerstoffkonzentration größer als die Konzentration an Sauerstoff in der Speiseluft ist; und
    • (2) Abziehen eines Dampfprozessstromes aus der Destillationssäule mit höherem Druck (im folgenden "zweiter Prozessdampfstrom") mit einem Stickstoffgehalt größer als der in der Speiseluft, Kondensieren wenigstens eines Teils dieses zweiten Prozessdampfstromes durch Austausch latenter Wärme mit wenigstens einem Teil eines Flüssigkeitsstromes, der eine Sauerstoffkonzentration hat, die größer ist als die Konzentration an Sauerstoff in der Speiseluft und welche sich auch auf einem Druck größer als der der Destillationssäule mit niedrigerem Druck befindet, und nach der Verdampfung des wenigstens eines Teils des Flüssigkeitsstroms zu einer Dampffraktion aufgrund des Austauschs von latenter Wärme Arbeitsexpandieren wenigstens eines Teils des sich ergebenden Dampfstroms;
    • (b) Arbeitsexpandieren eines "dritten" Prozessdampfstromes, um zusätzliche Arbeitsenergie zu erzeugen, so dass die Gesamtarbeit, die entlang des Schrittes (a) erzeugt wurde, den Gesamtkältebedarf des Destillationssäulensystems übertrifft; und
    • (c) das Verwenden der Arbeit, die über den Kältebedarf des Destillationssäulensystems hinaus erzeugt wurde, um einen Prozessstrom bei einer Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur zu verdichten.
  • Der arbeitsexpandierte dritte Prozessstrom ist ein Teil der Speiseluft, die gegebenenfalls zur Destillationssäule mit niedrigerem Druck eingespeist wurde, oder ein stickstoffreicher Produktdampfstrom, der aus der Destillationssäule mit höherem Druck entnommen wurde und nicht nach der Arbeitsexpansion kondensiert wird.
  • Die vorliegende Erfindung lehrt effizientere kryogene Verfahren zur Produktion von Sauerstoff niedriger Reinheit. Der Sauerstoff niedriger Reinheit ist als Produktstrom definiert mit einer Sauerstoffkonzentration von weniger als 99,5% und bevorzugt weniger als 97%.
  • Nach der bevorzugten Art und Weise wird nur eines der Verfahren der Arbeitsexpansion der Schritte (a)(1) und (a)(2) verwendet; auch der zweite Prozessstrom in Schritt (a)(2) wird oftmals der gleiche sein wie der erste Prozessstrom in Schritt (a)(1).
  • In der am stärksten bevorzugten Art und Weise, wenn das Arbeitsexpansionsverfahren des Schrittes (a)(1) verwendet wird, dann wird der stickstoffreiche Dampfstrom hohen Drucks, d.h. der erste Prozessdampfstrom, expandiert und anschließend durch Austausch latenter Wärme kondensiert gegen einen flüssigen Strom bei einer Zwischenhöhe der LP-Säule (Säule niedrigen Drucks) oder gegen den Roh-Flüssig-Sauerstoffstrom (Roh-LOX), welcher dem Boden der HP-Säule (Säule hohen Drucks) entspringt und die Einspeisung zur LP-Säule bildet. Bei diesem Verfahren wird der Druck des Roh-LOX-Stroms in die Nähe des Drucks der LP-Säule abgesenkt. Der stickstoffreiche Strom mit hohem Druck kann teilweise vor der Expansion erwärmt werden. Sofern das Arbeitsexpansionsverfahren nach Schritt (a)(2) verwendet wird, wird der stickstoffreiche Strom mit hohem Druck (d.h. der zweite Prozessdampfstrom) durch Austausch latenter Wärme gegen wenigstens einen Teil des Roh-LOX-Stroms kondensiert, der sich auf einem Druck befindet, der höher ist als der Druck der LP-Säule; und der resultierende Dampf von der wenigstens teilweisen Verdampfung des Roh-LOX wird zur LP-Säule arbeitsleistend expandiert. Vor der Arbeitsexpansion kann der sich ergebende Dampf aus der wenigstens teilweisen Verdampfung des Roh-LOX teilweise erwärmt werden. Als eine Alternative zur Roh-LOX-Verdampfung kann eine sauerstoffangereicherte Flüssigkeit mit einem Sauerstoffgehalt größer als Luft von der LP- Säule entnommen werden und auf den gewünschten Druck größer als der Druck der LP-Säule vor der wenigstens teilweisen Verdampfung gepumpt werden.
  • Mit Arbeitsexpansion ist folgendes gemeint: wenn ein Prozessstrom in einem Expander expandiert wird, so erzeugt dies Arbeit. Diese Arbeit kann in einer Ölbremse vernichtet werden oder verwendet werden, um Elektrizität zu erzeugen, oder verwendet werden, um direkt einen anderen Prozessstrom zu verdichten.
  • Zusammen mit Sauerstoff niedriger Reinheit können auch andere Produkte produziert werden. Dies umfasst hochreinen Sauerstoff (Reinheit gleich oder größer als 99,5%), Stickstoff, Argon, Krypton und Xenon. Sofern benötigt, können Flüssigprodukte wie flüssiger Stickstoff, flüssiger Sauerstoff und flüssiges Argon auch mitproduziert werden.
  • Das Folgende ist eine beispielhafte Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen:
  • 1 bis 9 zeigen schematische Diagramme von verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
  • 10(a) bis 10(c) zeigen schematische Diagramme von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in einer Konfiguration zur Verwendung mit vielen Niederdruckdestillationssäulen, und
  • 11 und 12 zeigen schematische Diagramme von zwei Verfahren gemäß dem Stand der Technik.
  • In den 1 bis 9 werden für gemeinsame Ströme die gleichen Strombezugsziffern verwendet.
  • Unter Bezugnahme auf 1 ist der verdichtete Speiseluftstrom frei von schwereren Komponenten, wie z.B. Wasser und Kohlendioxid, als Strom 100 gezeichnet. Der Druck dieses verdichtetet Luftstroms ist im allgemeinen größer als 3,5 bar (350 kPa) absolut und geringer als 24 bar (2,4 MPa) absolut. Der bevorzugte Druckbereich reicht von 5 bar (0,5 MPa) absolut bis zu 10 bar (1 MPa) absolut. Ein höherer Speiseluftdruck ist hilfreich bei der Reduzierung der Größe der Molekularsiebbetten, die für das Entfernen von Wasser und Kohlendioxid verwendet werden. Der Speiseluftstrom wird in zwei Ströme 102 und 110 aufgeteilt. Der Hauptteil des Stroms 102 wird im Hauptwärmetauscher 190 gekühlt und dann als Strom 106 zum Boden der Säule 196 mit höherem Druck (HP) eingespeist. Die Einspeisung zur Hochdrucksäule wird in einen Stickstoffdampfstrom höheren Drucks 150 und den Roh-Flüssigsauerstoffstrom 130 (Roh-LOX) im Bereich des Bodens destilliert. Der Roh-LOX-Strom wird gegebenenfalls in eine Säule 198 niedrigeren Drucks (LP) eingespeist, wo er destilliert wird, um einen Stickstoffdampfstrom 160 mit niedrigerem Druck auf der Oberseite und einen Flüssigsauerstoffproduktstrom 170 am Boden zu produzieren. Alternativ kann das Sauerstoffprodukt vom Boden der LP-Säule als Dampf abgezogen werden. Der Flüssigsauerstoffproduktstrom 170 wird durch eine Pumpe 171 auf einen gewünschten Druck gepumpt und anschließend durch Wärmetausch gegen einen ausreichend mit Druck beaufschlagten Prozessstrom verdampft, um den gasförmigen Sauerstoffproduktstrom 172 zu liefern. Der Stickstoffdampfstrom 160 wird im Wärmetauscher 192 erwärmt, um den Strom 162 zu liefern, der im Hauptwärmetauscher 190 weiter erwärmt wird, um ein gasförmiges Stickstoffprodukt mit niedrigem Druck (Strom 164) zu liefern. Das Aufkochen bzw. das Sieden am Boden der LP-Säule wird durch das Kondensieren im Verdampfer/Kondensierer 193 eines ersten Teils des Hochdruck-Stickstoff-Stroms von der Leitung 150 in die Leitung 152 bewerkstelligt, um einen ersten Flüssigstickstoffstrom 153 mit hohem Druck zu liefern. Ein Teil des Stroms 153 wird im Wärmetauscher 192 unterkühlt und (der Strom 158) im Druck reduziert, um einen Rückfluss zur LP-Säule zu liefern. Der Rest des Stroms 153 stellt einen Rückfluss zur HP-Säule dar.
  • Gemäß Schritt (a)(2) der Erfindung wird wenigstens ein Teil (Strom 134) des Roh-LOX-Stroms mit einer Konzentration an Sauerstoff größer als die in der Speiseluft über das Ventil 135 im Druck reduziert auf einen Druck, der zwischen den HP- und LP-Säulen-Drücken liegt. In 1 wird vor der Druckreduzierung Roh-LOX im Unterkühler 192 durch Wärmeaustausch mit dem zurückfließenden gasförmigen Stickstoffstrom von der LP-Säule unterkühlt. Diese Unterkühlung ist optional. Der Druck-reduzierte Roh-LOX-Strom 136 wird zu einem Verdampfer/Kondensierer 194 geschickt, wo er wenigstens teilweise durch Austausch latenter Wärme gegen den zweiten Teil des Hochdruckstickstoffsstromes aus der Leitung 150 in Leitung 154 gesiedet wird (der zweite Prozessstrom des Schrittes (a)(2) der Erfindung), um den zweiten Hochdruck-Flüssigstickstoffstrom 156 zu liefern. Der erste und zweite Hochdruck-Flüssigstickstoff-Strom liefern den erforderlichen Rückfluss zu den HP- und LP-Säulen. Der verdampfte Anteil des druckreduzierten Roh-LOX-Stroms in der Leitung 137 (im Folgenden als ROH-GOX-Strom bezeichnet) wird teilweise im Hauptwärmetauscher 190 erwärmt und anschließend (Strom 138) im Expander 139 zur LP-Säule 198 als zusätzliche Einspeisung (Strom 140) arbeitsexpandiert. Das teilweise Erwärmen des Roh-GOX-Stroms 137 ist optional und in ähnlicher Art und Weise könnte der Strom 140 nach der Arbeitsexpansion vor dem Einspeisen desselben in die LP-Säule weiter gekühlt werden. Nicht verdampftes druckreduziertes Roh-GOX vom Verdampfer/Kondensierer 194 (Strom 142) wird druckreduziert und in die LP-Säule eingespeist. In ähnlicher Art und Weise wird der Teil des Roh-LOX (Strom 132), der nicht in den Verdampfer/Kondensierer 194 eingespeist wird, im Druck reduziert und an einer höheren Stelle der LP-Säule eingespeist.
  • Gemäß Schritt (b) der Erfindung wird ein Teil des teilweise gekühlten Luftstromes als Strom 104 (der dritte Prozessstrom) von dem Hauptwärmetauscher abgezogen und im Expander 103 arbeitsexpandiert und anschließend (Strom 105) in die LP-Säule eingespeist. Beide Expandierer 103 und 130 erzeugen mehr Arbeit als für das Kältegleichgewicht der Anlage benötigt wird. Bei einer kryogenen Luftzerlegungsanlage sind alle Wärmetauscher, Destillationssäulen und die zugeordneten Ventile, Leitungen und andere Ausrüstung, die in 1 gezeigt ist in einem isolierten Raum, genannt der Kühlraum bzw. das Kühlhaus, untergebracht. Da sich das Innere des Raumes auf Temperaturen unterhalb der Umgebung befindet existiert ein Wärmeverlust aus der Umgebung zum Kühlraum. Auch die Produktströme (wie die Ströme 164 und 172), die den Kühlraum verlassen, befinden sich auf niedrigeren Drücken als die Speiseluftströme. Das führt zu Entalpieverlusten, weil die Produkte den Kühlraum verlassen. Für den Betrieb einer Anlage ist es essentiell, dass beide Verluste durch Herausführen einer gleichwertigen Menge an Energie aus dem Kühlraum ausgeglichen werden. Im Allgemeinen wird diese Energie als Arbeitsenergie entzogen. In dieser Erfindung übertrifft der Arbeitsausstoß beider Expander 103 und 139 die Arbeit, die entnommen werden muss, um den Kühlraum im Kältegleichgewicht zu halten. Diese absichtlich erzeugte zusätzliche Arbeit wird anschließend zur Kaltverdichtung eines Prozessstromes innerhalb des Kühlraums verwendet. Auf diese Art und Weise verlässt die zusätzliche Arbeit nicht den Kühlraum und das Kältegleichgewicht ist aufrechterhalten.
  • In 1 wird, um den von der Pumpe 171 gepumpten flüssigen Sauerstoff zu verdampfen, ein Teil des Speiseluftstroms 100 im Strom 110 weiter in einem optionalen Verstärker 113 verstärkt und gegen Kühlwasser (nicht gezeigt in der Figur) gekühlt und anschließend (als Strom 112) teilweise im Hauptwärmetauscher 190 gekühlt. Dieser teilweise gekühlte Luftstrom 114 wird anschließend durch den Kaltverdichter 115 kalt verdichtet. Der Energieeintrag in den Kaltverdichter ist die zusätzliche Arbeitsenergie, die von den Expandern 103 und 139 erzeugt wurde (d.h., die nicht für die Kühlung erforderlich war). Der kalt verdichtete Strom 116 wird dann wiederum in den Hauptwärmetauscher eingeführt, in dem er durch Wärmeaustausch gegen den gepumpten Flüssigsauerstoffstrom abkühlt. Ein Teil (Strom 120) des gekühlten Flüssigluftstroms 118 wird zur HP-Säule geleitet und ein anderer Teil (122) wird (als Strom 124) nach einem gewissen Unterkühlen im Unterkühler 192 zur LP-Säule geleitet.
  • Mehrere bekannte Abwandlungen können auf das Beispiel-Flussdiagramm in 1 angewendet werden. Beispielsweise kann der gesamte Roh-LOX-Strom 130 aus der HP-Säule zur LP-Säule geleitet werden und nichts davon wird in den Verdampfer/Kondensierer 194 geleitet. Anstelle dessen wird eine Flüssigkeit von einer Zwischenhöhe der LP-Säule abgezogen und auf einen Druck zwischen den Drücken der HP- und LP-Säule gepumpt und zum Verdampfer/Kondensierer 194 geleitet. Der Rest der Behandlung im Verdampfer/Kondensierer 194 ist analog zu der des Stroms 134 wie vorher erklärt. In einer anderen Abwandlung können die beiden Hochdruck-Stickstoffströme 152 und 154, die im Verdampfer/Kondensierer 193 und 194 kondensieren, jeweils nicht vom selben Ausgangspunkt in der HP-Säule stammen. Jeder kann aus verschiedenen Höhen der HP-Säule erhalten werden und nach der Kondensation in ihren Verdampfern 193 und 194 wird jeder zu einer geeigneten Stelle im Destillationssystem geleitet. Als ein Beispiel könnte der Strom 154 von einer Stelle unterhalb der obersten Stelle der Hochdrucksäule abgezogen werden und nach der Kondensation im Verdampfer/Kondensierer 194 könnte ein Teil desselben zu einer Zwischenstelle der HP-Säule zurückgeführt werden und der andere Teil wird zur LP-Säule gesandt.
  • 2 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der ein Prozessstrom gemäß Schritt (a)(1) arbeitsexpandiert wird. Der unterkühlte Roh-LOX-Strom 134 wird hier über das Ventil 135 auf einen Druck entspannt, der sehr nahe beim Druck der LP-Säule liegt und anschließend in den Verdampfer/Kondensierer 194 eingespeist. Der zweite Teil des Hochdruckstickstoffstroms in der Leitung 254 (nun der erste Prozessstrom des Schritts (a)(1)) wird teilweise (optional) im Hauptwärmetauscher erwärmt und anschließend (Strom 238) im Expander 139 arbeitsexpandiert um einen Strickstoffstrom 240 mit niedrigerem Druck zu liefern. Dieser Strom 240 wird anschließend durch Austausch latenter Wärme im Verdampfer/Kondensierer 194 kondensiert, um den Strom 242 zu liefern, der nach etwas Unterkühlung zu der LP-Säule gesandt wird. Der verdampfte Strom 137 und der flüssige Strom 142 vom Verdampfer/Kondesierer 194 werden zu einer geeigneten Stelle in der LP-Säule gesandt. Sofern benötigt kann ein Teil des kondensierten Stickstoffstroms in der Leitung 242 zur HP-Säule gepumpt werden. Nochmals, die beiden Stickstoffströme, einer kondensierend im Verdampfer/Kondensierer 193 und der andere kondensierend im Kondensierer/Verdampfer 194 können von verschiedenen Höhen der HP-Säule abgezogen werden und können deswegen eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweisen.
  • Eine andere Variante von 2 unter Verwendung der Arbeitsexpansion gemäß Schritt (a)(1) wird in 3 gezeigt. In diesem Schema ist der Verdampfer/Kondensierer 194 weggelassen und der gesamte Roh-LOX-Strom vom Boden der HP-Säule wird ohne jegliche Verdampfung zur LP-Säule gesandt. Anstelle des Verdampfers/Kondensierers 194 wird ein Zwischenverdampfer 394 auf einer Zwischenhöhe der LP-Säule verwendet. Nun wird der arbeitsexpandierte Stickstoffstrom 240 vom Expander 139 im Verdampfer/Kondensierer 394 durch Austausch latenter Wärme gegen eine Flüssigkeit bei der Zwischenhöhe der LP-Säule kondensiert. Der kondensierte Stickstoffstrom 342 wird in analoger Weise zur 2 behandelt. Die anderen Betriebsmerkmale von 3 sind auch die gleichen wie in 2.
  • Es ist möglich, verschiedene Varianten der vorgeschlagenen Erfindung in den 1 bis 3 zu zeichnen. Einige dieser Varianten werden nun als weitere Beispiele diskutiert.
  • Die zusätzliche Arbeitsenergie, die aus den beiden Expandern entnommen wurde, kann dazu verwendet werden, irgendeinen geeigneten Prozessstrom kalt zu verdichten. Während die 1 bis 3 die Kaltverdichtung eines Teils des Speiseluftstroms zeigen, der anschließend gegen den gepumpten LOX-Strom kondensiert wird, ist es möglich, direkt einen gasförmigen Sauerstoffstrom kalt zu verdichten. Dieser gasförmige Sauerstoffstrom kann direkt vom Boden der LP-Säule abgezogen werden oder er kann erhalten werden, nachdem das gepumpte LOX von der Pumpe 171 gegen einen geeigneten Prozessstrom verdampft wurde. Es ist ebenfalls möglich, einen Strom, der reich an Stickstoff ist, kalt zu verdichten. Dieser stickstoffreiche Dampfstrom zur Kaltverdichtung kann von irgendeiner Quelle wie z.B. der LP-Säule oder der HP-Säule stammen. 4 zeigt eine Variante, bei der dieser stickstoffreiche Dampfstrom von der HP-Säule abgezogen wird. Alle Merkmale der 4 sind die gleichen wie in 1 außer, dass der gepumpte flüssige Sauerstoff von der Pumpe 171 nicht durch Austausch latenter Wärme gegen einen kaltverdichteten Luftstrom verdampft wird, sondern gegen den kaltverdichteten Stickstoffstrom von der HP-Säule. Während der stickstoffreiche Strom zur Kaltverdichtung von jeder geeigneten Stelle der HP-Säule abgezogen werden kann, ist in 4 gezeigt, dass dieser von der Oberseite, bzw. der Spitze der HP-Säule als Strom 480 abgezogen wird. Dieser Strom 480 wird dann teilweise (optional) im Hauptwärmetauscher erwärmt, kaltverdichtet (Strom 482) in 484, anschließend (Strom 486) durch Austausch latenter Wärme gegen den verdampfenden Sauerstoff von Pumpe 171 kondensiert. Dieser kondensierte Strom wird anschließend zum Destillationssäulensystem gesandt. In 4 kann, sofern notwendig, der stickstoffreiche Strom 480 zuerst im Hauptwärmetauscher auf eine Temperatur nahe bei der Umgebungstemperatur erwärmt werden und anschließend im Druck durch einen Hilfsverdichter verstärkt werden, anschließend teilweise im Hauptwärmetauscher gekühlt werden und anschließend zum Kaltverdichter 484 gesandt werden. Der Vorteil des Kaltverdichters eines stickstoffreichen Stroms und des anschließenden Kondensierens gegen wenigstens einen Teil des flüssigen Sauerstoffs der Pumpe 171 ist, dass es einen wesentlich größeren Stickstoffrückfluss zum Destillationssäulensystem liefert und dies verbessert den Erhalt und/oder die Reinheit des Stickstoffprodukts. Beispielsweise auch wenn nicht in 4 gezeigt, wird man in der Lage sein, eine größere Menge des Hochdruckstickstoffprodukts aus 4 als aus der korresponderienden 1 mitzuproduzieren.
  • Es soll betont werden, dass der Zweck der Kaltverdichtung nicht auf das Anheben des Sauerstoffdrucks begrenzt ist. Es kann verwendet werden, um irgendwelche geeignete Prozessströme im Schritt (c) der Erfindung kalt zu verdichten. Beispielsweise kann in 4 entweder ein Teil oder der gesamte kaltverdichtete Stickstoffstrom 486 nicht durch weiteres Kühlen kondensiert werden, sondern weiter im Hauptwärmetauscher erwärmt werden, um einen unter Druck stehenden Stickstoffproduktstrom zu liefern. Ein weiteres Beispiel ist in 5 gezeigt. Der Unterschied zwischen diesem Beispiel und dem in 3 ist, dass der gesamte Hochdruckstickstoffstrom von der Oberseite der HP-Säule 196 in die Leitung 554 abgezogen wird. Dieser Strom wird anschließend partiell im Hauptwärmetauscher (Strom 556) erwärmt und in zwei Ströme 538 und 551 aufgeteilt. Der Strom 538 wird weiter in einer Art und Weise analog zur Behandlung des Stroms 238 in 3 durch Arbeitsexpansion im Expander 139 und (über die Leitung 540) durch Kondensation in einem Zwischenverdampfer/Kondensierer 549 behandelt. Der Strom 551 wird im Verdichter 515 gemäß Schritt (c) der Erfindung kalt verdichtet. Der kaltverdichtete Strom 552 wird nicht gegen den gepumpten flüssigen Sauerstoff von der Pumpe 171 kondensiert, sondern wird durch Austausch latenter Wärme gegen die Flüssigkeit im Bodenverdampfer/Kondensierer 593 der LP-Säule kondensiert. Dies liefert das benötigte Sieden bzw. Aufkochen am Boden der LP-Säule. Die kondensierten Flüssigstickstoffströme in den Leitungen 542 und 553 werden dann als Rückfluss zu den HP- und LP-Säulen gesandt. Sofern ein Teil des Flüssigstickstoffstroms 542 mit niedrigerem Druck zur HP-Säule gesandt werden soll, würde eine Pumpe 543 hilfreich sein. In einer anderen Variante kann der Stickstoffstrom 551 mit hohem Druck für die Kaltverdichtung sofort vom Strom 554 abgezogen werden. In ähnlicher Art und Weise kann der kaltverdichtete Stickstoffstrom in der Leitung 552 teilweise durch Wärmeaustausch gegen irgendeine geeigneten Prozessstrom vor der Kondensation im Verdampfer/Kondensierer 593 gekühlt werden. Diese Beispiele zeigen klar, dass die vorliegende Erfindung dafür verwendet werden kann, jeden geeigneten Prozessstrom kalt zu verdichten. Weiterhin müssen 538 und 551 nicht die selbe Zusammensetzung aufweisen, d.h. jeder kann von unterschiedlichen Stellen der HP-Säule gezogen sein.
  • In den 1 bis 5 wird die Expansion eines Teils der Speiseluft zur LP-Säule gemacht, um die Anforderungen des Schrittes (b) der Erfindung zu erfüllen. 6 zeigt ein Beispiel, bei dem ein stickstoffreicher Strom von der HP-Säule arbeitsexpandiert wird. 6 ist analog zur 1, außer dass die Leitungen für die Ströme 104 und 105 weggelassen sind. Anstelle dessen wird ein Teil des Hochdruckstickstoffdampfes von der Oberseite der HP-Säule in die Leitung 604 abgezogen. Dieser Strom ist nun der dritte Prozessstrom gemäß Schritt (b) der Erfindung. Der Hochdruckstickstoff im Strom 604 wird teilweise im Hauptwärmetauscher erwärmt und anschließend im Expander 603 arbeitsexpandiert. Der arbeitsexpandierte Strom 605 wird anschließend im Hauptwärmetauscher erwärmt, um einen Stickstoffstrom in der Leitung 606 zu liefern. Der Druck des Stickstoffstroms 606 kann der gleiche oder größer sein als der des Stickstoffs im Strom 164.
  • Die 1 bis 6 zeigen Beispiele, bei denen alle, die ersten oder zweiten Prozessströme, der dritte Prozessstrom und der kaltverdichtete Prozessstrom in den Schritten (a), (b), (c) der Erfindung nicht vom selben Prozessstrom stammen. Wenigstens zwei dieser Ströme haben eine unterschiedliche Zusammensetzung. Da solche Schemen mit unterschiedlichen Prozessströmen nun leicht gezeichnet werden können, zeigt 7 ein Beispiel, bei dem alle Ströme für alle drei Schritte der Erfindung von der Oberseite der HP-Säule gezogen werden.
  • Ein Teil des Hochdruckstickstoffs von der Oberseite der HP-Säule wird in der Leitung 754 abgezogen. Dieser Strom wird anschließend in zwei Ströme 704 und 780 aufgeteilt und beide werden teilweise auf deren jeweilige geeignete Temperaturen im Hauptwärmetauscher erwärmt. Nach dem teilweisen Erwärmen des Stroms 780 wird dieser weiter in zwei Ströme 738 und 782 aufgeteilt. Der Strom 738 liefert den ersten Prozessstrom des Schrittes (a)(1) der Erfindung und wird in einer Art und Weise analog zu der des Stroms 238 in 3 durch Arbeitsexpansion im Expander 139 und (über die Leitung 740) durch Kondensierung in einem Zwischenverdampfer/Kondensierer 794 behandelt. Der Strom 704 liefert den dritten Prozessstrom des Schrittes (b) der Erfindung und wird in einer analogen Art und Weise zum Strom 604 in 6 durch teilweises Erwärmen im Hauptwärmetauscher, Arbeitsexpandieren im Expander 703 und weiteres Erwärmen (über die Leitung 705) im Hauptwärmetauscher, um einen Stickstoffstrom 706 zu liefern, behandelt. Der Strom 782 liefert den erforderlichen Prozessstrom zur Kaltverdichtung im Verdichter 784 in Schritt (c) der Erfindung und wird (über die Leitungen 786, 787 und 788 und das Ventil 789) in einer zum Strom 482 in 4 analogen Art und Weise verarbeitet. Es wird darauf hingewiesen, dass in 7 der arbeitsexpandierte Stickstoffstrom 705 vom Expander 703 nicht gegen irgendeine sauerstoffreiche Flüssigkeit von oder zur LP-Säule in einer Art und Weise, wie sie für den Schritt (a)(1) der Erfindung gelehrt wurde, kondensiert wird.
  • Bis hierher zeigen alle beispielhaften Flussdiagramme wenigstens zwei Verdampfer/Kondensierer. Es soll jedoch betont werden, dass die vorliegende Erfindung nicht die Möglichkeit des Verwendens zusätzlicher Verdampfer/Kondensierer in der LP-Säule wie die, die in 1 bis 7 gezeigt sind vorwegnimmt. Sofern benötigt, können weitere Verdampfer/Kondensierer in der Bodensektion der LP-Säule verwendet werden, um die Erzeugung von Dampf in dieser Sektion weiter zu verteilen. Jeder geeignete Prozessstrom kann entweder ganz oder teilweise in diesen zusätzlichen Verdampfern/Kondensierern kondensiert werden. Zur Verdeutlichung zeigt 8 ein Beispiel, wo der Prozess in 5 modifiziert ist, um einen weiteren Verdampfer/Kondensierer in der LP-Säule zu umfassen. Während die Verdampfer/Kondensierer 893 und 894 analog zu den Verdampfern/Kondensierern 593 und 594 sind, ist der Verdampfer/Kondensierer 895 der zusätzliche Verdampfer/Kondensierer. Der Hochdruckstickstoffstrom 854 (analog zum Strom 554) wird teilweise erwärmt, um den Strom 8S6 (analog zum Strom 556) zu liefern, ist aber nun in drei Ströme aufgeteilt. Der zusätzliche Strom in der Leitung 857 wird im zusätzlichen Verdampfer/Kondensierer 895 gegen einen Flüssigkeitsstrom in der LP-Säule kondensiert und (über die Leitung 858) zum Wiederbefüllen der Hochdrucksäule geleitet. Die weitere Behandlung der Ströme 838 und 851 ist die gleiche wie für die Ströme 538 und 551 in 5. 8 ist nur ein Beispiel der Verwendung von vielen Verdampfern/Kondensierern in der LP-Säule. Aus dem Stand der Technik ist es einfach, viele solche Beispiele, die die vorliegende Erfindung nutzen, zu zeichnen. Zur Verdeutlichung mag die Möglichkeit des Kondensierens eines Dampfstromes in einem Verdampfer/Kondensierer, bedacht werden, der von einer Zwischenhöhe der HP-Säule abgezogen wurde, der in der LP-Säule angeordnet ist. In solchen Situationen, wenn ein Strom, der von der HP-Säule abgezogen wurde, der signifikante Mengen an Sauerstoff enthält, teilweise kondensiert wird, kann der unkondensierte Dampfanteil den ersten Prozessstrom des Schrittes (a)(1) oder den zweiten Prozessstrom des Schritts (a)(2) liefern.
  • Bei all den Prozessschemen der vorliegenden Erfindung, bei denen Arbeit durch das Verfahren, das in Schritt (a)(1) gelehrt wurde, entnommen wird, müssen nicht alle der ersten Prozessströme nach der Arbeitsexpansion durch Austausch latenter Wärme, wie in Schritt (a)(1) gelehrt, kondensiert werden. Ein Teil dieses Stroms kann als Produktstrom zurückerhalten werden oder für andere Zwecke im Prozessschema erhalten werden. Beispielsweise wird in den Prozessschemata, die in den 2, 3, 5, 7 und 8 gezeigt sind, wenigstens ein Teil des Hochdruckstickstoffstroms von der Hochdrucksäule im Expander 139 arbeitsexpandiert gemäß dem Schritt (a)(1) der Erfindung und ein Teil des Stromes, der den Expander 139 verlässt kann weiter im Hauptwärmetauscher erwärmt werden und als Stickstoffprodukt bei mittlerem Druck von irgendeinem dieser Prozessabflussdiagramme erhalten werden.
  • Wenn ein Teil der Speiseluft arbeitsexpandiert wird, kann diese bei etwa Umgebungstemperatur vor der Einspeisung in den Hauptwärmetauscher durch die Verwendung von Arbeitsenergie, welche aus dem Kühlraum entnommen wird, vorverdichtet werden. Beispielsweise zeigt 9 das Prozessschema von 1, außer dass der Strom 901 von dem Teil der Speiseluft in der Leitung 102 entnommen wird. Der entnommene Strom wird anschließend im Verdichter 993 verstärkt, anschließend mit Kühlwasser (nicht gezeigt in der Figur) gekühlt und weitergekühlt im Hauptwärmetauscher, um den Strom 904 zu liefern. Dieser Strom 904 wird weiter in einer Art und Weise analog zu der Behandlung des Stroms 104 in 1 behandelt, um den Speisestrom 905 zur LP-Säule zu liefern. Die Arbeitsenergie, die benötigt wird, um den Verdichter 993 anzutreiben, wird von den Expandern im Kühlraum abgeleitet. In 9 ist gezeigt, dass der Verdichter 993 ausschließlich durch den Expander 103 angetrieben wird. Ein Vorteil der Verwendung solch eines Systems ist, dass es ein Potential liefert, mehr Überschussarbeit aus den Expandern zu entnehmen und deshalb würde mehr Arbeitsenergie zur Kaltverdichtung zur Verfügung stehen. Als Alternative zur Druckverstärkung eines Teils des Speiseluftstroms in der Leitung 901 ist es möglich, erst andere Prozessströme anzuwärmen, die im Kühlraum (Kühlhaus) arbeitsexpandiert werden sollen, deren Druck in einem Verdichter wie der 993 zu verstärken, teilweises Kühlen dieser in geeigneten Wärmetauschern und anschließendem Einspeisen in geeignete Expander.
  • Es gibt verschiedene Verfahren zum Überleiten von zusätzlicher Arbeitsenergie zum Kaltverdichter. Zum Zwecke der Darstellung sind einige der alternativen Verfahren unten aufgelistet:
    • – Die gesamte Arbeit, die von beiden Expandern in den Schritten (a) und (b) der Erfindung extrahiert wurden, können außerhalb des Kühlraums verwendet werden und der Kaltverdichter in Schritt (c) der Erfindung kann durch einen Elektromotor angetrieben werden. Zu diesem Zweck können entweder einer oder beide der Expander mit einer Generatorlast versehen sein, um Elektrizität zu erzeugen oder mit einem Warmverdichter belastet sein, um einen Prozessstrom bei Umgebungs- oder oberhalb von Umgebungstemperaturen zu verdichten.
    • – Die gesamte Arbeit, die von einem der Expander extrahiert wurde, kann außerhalb dem Kühlraum (dem Kühlhaus) wiedergewonnen werden und dann kann die gesamte Arbeit, die vom zweiten Expander extrahiert wurde für die Kaltverdichtung verwendet werden. In solch einem Fall kann der zweite Expander direkt mit dem Kaltverdichter mittels einer gemeinsamen Welle gekoppelt sein, um die Arbeit vom expandierten Strom zum kaltverdichteten Strom direkt zu transferieren. Beispielsweise kann in 1 der Expander 139 direkt mit dem Kaltverdichter 115 gekoppelt sein, so dass dieser nur durch den Expander 139 angetrieben ist. In solch einem Fall liefert die Arbeit, die vom Expander 103 entnommen wurde, die gesamte Kühlung des Kühlraums (des Kühlhauses). Sofern geeignet, kann anstelle des Expanders 139 der Expander 103 direkt an den Kaltverdichter gekoppelt sein und nun würde der Expander 139 die benötigte Kühlung für die Anlage liefern.
    • – Es kann auch möglich sein, beide Expander direkt an den Kaltverdichter zu koppeln. In solch einem Fall werden beide Expander wenigstens einen Teil der Arbeit, die für die Kaltverdichtung benötigt wird, weitergeben. Auch wird wenigstens einer der Expander außerhalb des Kühlraums belastet werden, um die notwendige Kühlung für den Kühlraum zu liefern.
    • – Der Kaltverdichter wird direkt an einen Expander gekoppelt und braucht die gesamte Energie, die von diesem Expander ausgegeben wird, auf. Der zweite Expander wird außerhalb des Kühlraums belastet, so dass die gesamte Arbeit, die von diesem Expander entzogen wird, außerhalb des Kühlraums (des Kühlhauses) abgegeben wird. Wo die Arbeit, die vom zweiten Expander entnommen wird, den Kühlbedarf des Kühlraums (des Kühlhauses) übertrifft kann die überschüssige Arbeit, die vom zweiten Expander entnommen wurde, mittels elektromotorischer Hilfe zum Kaltverdichter transferiert werden.
  • Allen Fachleuten soll klar sein, dass eine einzelne Destillationssäule, die viele Verdampfer enthält, in viele Säulen, wobei jede einen Verdampfer enthält, aufgeteilt werden kann. Die Berechtigung zur Aufteilung einer Vielfachverdampfersäule in viele Abschnitte ist im allgemeinen eine Einsparung an Kapitalkosten. Ein Beispiel, wie diese Erfindung bei der Verwendung von vielen Niederdrucksäulen eingesetzt werden kann, ist in 10 gezeigt. 10(a) ist eine vereinfachte Darstellung des Prozesses, der in 3 gezeigt ist, viele Prozessleitungen und Betriebseinheiten wurden wegen der Klarheit weggelassen. Die Niederdrucksäule, die in 10(a) gezeigt ist, enthält drei Destillationssektionen oberhalb des Zwischenverdampfers und eine Sektion unterhalb. In 10(b) wurde die Sektion unterhalb des Zwischenverdampfers und der Bodenverdampfer wieder zu einer separaten Säule zusammengefasst. Aufgrund von Höhenunterschieden ist es notwendig, eine Transferpumpe hinzuzufügen. Der Vorteil der Konfiguration, die in 10(b) gezeigt ist, ist, dass die Höhe der Anlage reduziert wurde. In 10(c) wurden die Sektionen oberhalb und umfassend den Zwischenverdampfer zu einer separaten Säule wieder zusammengefasst. Die Zusammenstellung, die in 10(c) gezeigt ist, führt zur niedrigsten Anlagenhöhe. Das Reduzieren der Anlagenhöhe kann vorteilhaft sein, wenn die Destillationssäulen groß sind und die resultierenden Kosteneinsparungen oftmals den Kapitalaufwand im Zusammenhang mit dem Hinzufügen einer Transferpumpe ausstechen.
  • Das Verfahren, welches in dieser Erfindung gelehrt wird, kann verwendet werden, wenn es Nebenprodukte neben dem Sauerstoff niedriger Reinheit mit einem Sauerstoffgehalt von weniger als 99,5% gibt. Beispielsweise kann ein hochreiner Sauerstoff (99,5% oder größerer Sauerstoffgehalt) vom Destillationssystem mitproduziert werden. Ein Verfahren zum Erreichen dieses Zieles ist, Sauerstoff niedriger Reinheit von der LP-Säule an einer Stelle, die oberhalb des Bodens ist, abzuziehen und hochreinen Sauerstoff vom Boden der LP-Säule abzuziehen. Sofern der Sauerstoffstrom mit hoher Reinheit in dem flüssigen Zustand abgezogen wird, kann er anschließend weiter im Druck durch eine Pumpe verstärkt werden und anschließend durch Wärmeaustausch gegen einen geeigneten Prozessstrom verdampft werden. In ähnlicher Art und Weise kann ein Stickstoffproduktstrom mit hoher Reinheit bei erhöhtem Druck mitproduziert werden. Ein Verfahren zum Erreichen dieses Ziels würde sein, einen Teil des kondensierten flüssigen Stickstoffstroms von einem der geeigneten Verdampfer/Kondensierer zu nehmen und auf einen benötigten Druck zu pumpen und anschließend durch Wärmeaustausch mit einem geeigneten Prozessstrom zu verdampfen.
  • Der Wert der vorliegenden Erfindung ist, dass sie zu einer wesentlichen Reduktion des Energieverbrauchs führt. Dies wird anhand eines Vergleichs mit einigen bekannten Verfahren aus dem Stand der Technik, die unten aufgelistet sind, gezeigt werden.
    • – Der erste Prozess gemäß dem Stand der Technik ist in 11 gezeigt. Dies ist ein konventioneller Doppelsäulenprozess mit einem Luftexpander zur LP-Säule. Die Arbeitsenergie vom Luftexpander wird als elektrische Energie wiedererlangt. Der Prozess von 11 unterscheidet sich vom Prozess gemäß 3 darin, dass der Kaltverdichter 115, der Expander 139 und der Verdampfer/Kondensierer 394 und die zugehörigen Leitungen weggelassen sind.
    • – Der zweite Prozess aus dem Stand der Technik ist auf der Basis der US-A-4,786,431 abgeleitet (Erickson). Zu diesem Zweck sind im Vergleich zum Prozess der 2 der Verdichter 115 und der Luftexpander 103 weggelassen. Deswegen verbleibt nur ein Expander 139, um den gesamten Kältebedarf der Anlage zu liefern. In Übereinstimmung mit Ericksons Lehre wird der Ausfluss aus dem Expander 139 gegen einen Teil des Druckreduzierten Roh-LOX-Stroms 136 im Verdampfer/Kondensierer 194 kondensiert. Der kondensierte Stickstoffstrom 242 wird als Rückfluss zur LP-Säule gesandt und die Ströme 137 und 142 von der Siedeseite des Verdampfers/Kondensierers 194 werden zur LP-Säule geleitet.
    • – Der dritte Prozess aus dem Stand der Technik ist ebenfalls von der US-A-4,796,431 abgeleitet und in 12 gezeigt. In dieser Figur wird die gesamte Kühlung durch Arbeitsexpansion des Hochdruckstickstoffes von der Oberseite der HP-Säule geliefert. Deswegen wird kein Expander wie der Expander 103 in 2 verwendet. Der Hochdruckstickstoffstrom 1254 von der HP-Säule wird jedoch erwärmt und in zwei Ströme 1238 und 1255 aufgeteilt und jeder wird gemäß dem Verfahren, das in jeder der 2 und 3 beschrieben wurde arbeitsexpandiert. Demnach ist der Strom 1238 im Expander 139 arbeitsexpandiert und analog zum Strom 238 in 2 behandelt und der Strom 1255 wird im Expander 1239 arbeitsexpandiert, im Verdampfer/Kondensierer 1294 kondensiert und analog zum Strom 240 in 3 behandelt. Die Überschussarbeit, die von beiden Expandern entnommen wurde, wird im Kaltverdichter 115 in einer Art und Weise, wie sie in den 2 und 3 gezeigt ist, verwendet.
    • – Ein vierter Vergleichsprozess ist von 1 durch Behalten von allem aus 1 außer dem Kaltverdichter 115 abgeleitet. Deswegen wird die Arbeit, die von beiden Expandern 139 und 103 erzeugt wird, verwendet, um Elektrizität zu erzeugen. Keinerlei Kaltverdichtung irgendeines Stroms wird innerhalb des Kühlraums (des Kühlhauses) gemacht.
  • Es wurden Kalkulationen angestellt um ein 95%-Sauerstoffprodukt bei 200 psia (1,38 MPa) zu erzeugen. Für alle Flussdiagramme war der Entladedruck von der Endstufe des Hauptspeiseluftverdichters ungefähr 5,3 bar (530 kPa) absolut. Der Druck an der Oberseite der LP-Säule war ungefähr 1,25 bar (125 kPa) absolut. Die Nettoleistungsaufnahme wurde durch die Berechnung der Leistungsaufnahme im Hauptspeiseluftkompressor, im verstärkenden Luftverdichter 113, um gepumpten flüssigen Sauerstoff zu verdampfen, und unter Berücksichtigung der elektrischen Arbeit die von jedem Expander erzeugt wird, berechnet. Die relative Leistungsaufnahme für mehrere Flussschemata ist unten aufgelistet:
  • Figure 00210001
  • Aus diesen Berechnungen wird klar, dass der Prozess der vorliegenden Erfindung gegenüber jedem Prozess aus dem Stand der Technik, der für die Fälle 1 bis 3 verwendet wird, besser ist. Auch wenn die Fälle 4 und 5 verglichen werden, wird der Vorteil klar, der durch Kaltverdichtung abgeleitet werden kann. Dies gelingt, weil zwischen diesen beiden Fällen alle Merkmale der Flussdiagramme gleich sind außer dass im Fall 4 keine Kaltverdichtung verwendet wird, wohingegen Fall 5 eine Kaltverdichtung verwendet. Ein weiteres Flussdiagramm gemäß der vorliegenden Erfindung in 2 zeigt eine wesentliche Verbesserung insbesondere im Vergleich mit dem Prozess gemäß Fall 3 im Stand der Technik (12).
  • Obwohl die vorliegende Erfindung hier unter Bezugnahme auf bestimmte spezifische Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, soll sie doch nicht als auf die gezeigten Details beschränkt angesehen werden. Vielmehr können verschiedene Modifikationen in den Details innerhalb dem Bereich der folgenden Ansprüche gemacht werden.

Claims (37)

  1. Verfahren für die Tieftemperatur- bzw. kryogene Destillation von Luft in einem Destillationssäulensystem mit einer Destillationssäule (196) mit höherem Druck und einer Destillationssäule (198) mit niedrigerem Druck, wobei wenigstens ein Teil (106) der Speiseluft (100) der Destillationssäule (196) mit höherem Druck zugeführt wird, Produkt-Sauerstoff (170) mit einer Sauerstoff-Konzentration von weniger als 99,5% an dem Boden der Destillationssäule (198) mit niedrigerem Druck erzeugt und Aufkochen bzw. Sieden am Boden der Destillationssäule (198) mit niedrigem Druck durch Kondensieren (193; 593; 893) eines Stroms (152; 552; 851) zur Verfügung gestellt wird, dessen Stickstoff-Konzentration größer als die in dem Speiseluftstrom (100) ist, wobei: (a) Arbeitsenergie, die wenigstens zehn Prozent (10%) des gesamten Kühlungsbedarfs des Destillationssäulensystems beträgt, erzeugt wird durch: (1) Arbeitsexpandieren (139) eines Dampfprozessstroms (238; 538; 738; 838) (im Folgenden "erster Prozessdampfstrom"), der aus der Destillationssäule (126) mit höherem Druck abgezogen wird und einen Stickstoffgehalt hat, der größer als der in der Speiseluft ist, und dann Kondensieren (194; 394; 594; 794; 894) wenigstens eines Teils des expandierten ersten Prozessstroms (240; 540; 740) durch Austausch von latenter Wärme mit wenigstens einem Teil eines flüssigen Stroms, der eine Sauerstoff-Konzentration hat, die größer als die Konzentration des Sauerstoffs in der Speiseluft ist, und (i) eine Flüssigkeit an einer Zwischenhöhe in der Destillationssäule (198) mit niedrigerem Druck und/oder (ii) eine der flüssigen Einspeisungen (136) zu der Destillationssäule (198) mit niedrigerem Druck ist; und/oder (2) Entnehmen eines Dampfprozessstroms (154) (im Folgenden "zweiter Prozessdampfstrom") mit einem Stickstoff-Gehalt, der größer als der in der Speiseluft ist, aus der Destillationssäule (196) mit höherem Druck, Kondensieren (194) wenigstens eines Teils des zweiten Dampfprozessstroms durch Austausch von latenter Wärme mit wenigstens einem Teil eines flüssigen Stroms (136), der eine Sauerstoff-Konzentration hat, die größer als die Konzentration des Sauerstoffs in der Speiseluft ist, und der sich auch auf einem Druck befindet, der gößer als der Druck der Destillationssäule (198) mit niedrigerem Druck ist, und – nach der Verdampfung wenigstens eines Teils des flüssigen Stroms (136) zu einer Dampffraktion aufgrund des Austauschs von latenter Wärme – Arbeitsexpandieren (139) wenigstens eines Teils (138) des sich ergebenden Dampfstroms (137); (b) Zusätzliche Arbeitsenergie in der Weise, dass die gesamte Arbeit, die zusammen mit dem Schritt (a) erzeugt wird, den gesamten Kühlbedarf des kryogenen Destillationssäulensystems übersteigt, wird durch Arbeitsexpansion (103; 603; 703) eines Verfahrensstroms (im Folgenden "dritter Verfahrensstrom") erzeugt, der aus einem Teil (104) der Speiseluft, der schließlich der Destillationssäule (198) mit niedrigerem Druck zugeführt wird, und einem stickstoff-reichen Produktdampfstrom (604; 704; 904) ausgewählt wird, der aus der Destillationssäule (196) mit höherem Druck abgezogen wird, wobei dieser dritte Prozessstrom nach der Arbeitsexpansion nicht kondensiert wird; und (c) die Arbeit, die über den Kühlbedarf des Destillationssäulensystems hinaus erzeugt wird, dazu verwendet wird, eine Kaltkompression (115; 484; 515; 784) eines Prozessstroms (114; 482; 551; 782; 851) bei einer Temperatur durchzuführen, die niedriger als die Umgebungstemperatur (198) ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Prozessstrom im Schritt (a) der erste Prozessstrom (254; 538; 738; 838) vor der Kondensation (394; 594; 794; 894) ist und der flüssige Strom eine Flüssigkeit auf eine Zwischenhöhe in der Destillationssäule (198) mit niedrigerem Druck ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Prozessstrom im Schritt (a) der erste Prozessstrom (254) vor der Kondensation (194) ist und der flüssige Strom eine der flüssigen Einspeisungen (136) zu der Destillationssäule (198) mit niedrigerem Druck ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die flüssige Einspeisung (136), die den arbeitsexpandierten ersten Prozessstrom (140) kondensiert, von der Destillationssäule (196) mit höherem Druck abgezogen wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei wenigstens ein Teil des kondensierten expandierten ersten Prozessstroms (542) gepumpt (543) und zu der Destillationssäule (196) mit höherem Druck geschickt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der gesamte expandierte erste Prozessstrom (242; 342) zu der Destillationssäule (198) mit niedrigerem Druck als Einspeisung geschickt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Prozessstrom im Schritt (a) ein Dampf (137) ist, der durch Verdampfung mindestens eines Teils des flüssigen Stroms (136) aufgrund des Wärmeaustauschs mit latenter Wärme (194) mit wenigstens dem zweiten Prozessstrom (154) zur Verfügung gestellt wird, wobei sich der flüssige Strom (136) auf einem Druck befindet, der größer als der Druck der Destillationssäule (198) mit niedrigerem Druck ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der verdampfte flüssige Strom (136) wenigstens ein Teil einer mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit (130) ist, die von der Destillationssäule (196) mit höherem Druck abgezogen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, wobei wenigstens ein Teil des kondensierten (194) zweiten Prozessstroms (156), falls erforderlich, gepumpt und zu der Destillationssäule (196) mit höherem Druck geschickt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, wobei wenigstens ein Teil des kondensierten (194) zweiten Prozessstroms (156) zu der Destillationssäule (198) mit niedrigerem Druck als Einspeisung geschickt wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der dritte Prozessstrom ein Teil (104) der Einspeisungsluft (100) ist und schließlich der Destillationssäule (198) mit niedrigerem Druck zugeführt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der dritte Prozessstrom ein stickstoff-reicher, gasförmiger Produktstrom (604; 704) ist, der von der Destillationssäule (196) mit höherem Druck abgezogen, erwärmt (190) und nach der Expansion aus der coldbox bzw. dem Kälteteil ausgegeben wird.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Prozessstrom, der im Schritt (c) komprimiert wird (115), wenigstens ein Teil (114) der Einspeisungsluft (100) ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Sauerstoff-Produkt (170) von der Destillationssäule (198) mit niedrigerem Druck als Flüssigkeit abgezogen und schließlich aufgekocht bzw. gesiedet wird (190), und wobei der kalte, komprimierte Teil (116) der Einspeisungsluft wenigstens teilweise durch indirekten Wärmeaustausch (190) mit dem siedenden Sauerstoff kondensiert wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Lufteinspeisungsteil (114), der im Schritt (c) kalt komprimiert wird (115), auch warm komprimiert wird (113), bevor er gekühlt (190) und anschließend kalt komprimiert wird (115).
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Verfahrensstrom, der im Schritt (c) komprimiert wird, ein Dampf (782; 851) ist, der von der Destillationssäule (196) mit höherem Druck abgezogen wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Sauerstoff-Produkt (170) von der Destillationssäule (198) mit niedrigem Druck als Flüssigkeit abgezogen und schließlich gesiedet wird (190), und wobei wenigstens ein Teil des kalt komprimierten Dampfes der Destillationssäule mit höherem Druck (486, 786) wenigstens teilweise durch indirekten Wärmeaustausch (190) mit dem siedenden Sauerstoff kondensiert wird.
  18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Expander (139), der für den Schritt (a) verwendet wird, direkt mit dem Kaltkompressor (115) gekoppelt ist, der im Schritt (c) verwendet wird.
  19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sauerstoff-Produkt eine Reinheit von weniger als 97% hat.
  20. Vorrichtung für die Tieftemperatur- bzw. kryogene Destillation von Luft in einem Destillationssäulensystem durch ein Verfahren, wie es in Anspruch 1 definiert wird, mit einer Destillationssäule (196) mit höherem Druck; einer Destillationssäule (198) mit niedrigerem Druck; einer Einrichtung (106) zur Einspeisung wenigstens eines Teils der Einspeisungsluft (100) zu der Destillationssäule (196) mit höherem Druck; einer Einrichtung zum Abziehen von Produkt-Sauerstoff (170) von dem Boden der Destillationssäule (198) mit niedrigerem Druck; einer Wärmetauscheranordnung (193; 593; 893), die Aufkochen bzw. Sieden am Boden der Destillationssäule (198) mit niedrigerem Druck durch Kondensieren eines Stroms (152; 552; 851) zur Verfügung stellt, dessen Stickstoff-Konzentration größer als die in dem Lufteinspeisungsstrom ist; einer oder beide von (1) einer ersten Arbeitsexpansionsanordnung (139) zum Expandieren eines ersten Prozess-Dampfstroms (254; 538; 738; 838), der von der Destillationssäule (196) mit höherem Druck abgezogen wird und einen Stickstoff-Gehalt hat, der größer als der in der Lufteinspeisung ist, und einer ersten Wärmetauscheranordnung (194; 394; 594; 794; 894) zum Kondensieren wenigstens eines Teils des expandierten Stroms (240; 540; 740) durch Austausch von latenter Wärme mit wenigstens einem Teil eines flüssigen Stroms, der (i) eine Flüssigkeit auf einer Zwischenhöhe in der Destillationssäule (198) mit niedrigerem Druck und/oder (ii) eine der flüssigen Einspeisungen (136) zu dieser Destillationssäule ist und eine Sauerstoff-Konzentration hat, die größer als die Konzentration des Sauerstoffes in der Einspeisungsluft (100); und (2) einer zweiten Wärmetauscheranordnung (194) zum Kondensieren wenigstens eines zweiten Prozessdampfstroms (194), der von der Destillationssäule (196) mit höherem Druck abgezogen wird und einen Stickstoff-Gehalt hat, der größer als der in der Einspeisungsluft ist, durch Austausch von latenter Wärme mit wenigstens einem Teil eines flüssigen Stroms (136), der eine Sauerstoff-Konzentration hat, die größer als die Konzentration von Sauerstoff in der Einspeisungsluft (100) ist, und der sich auch auf einem Druck befindet, der größer als der Druck der Destillationssäule (198) mit niedrigerem Druck ist und einer zweiten Arbeitsexpansionsanordnung (139) zum arbeitsleistenden Expandieren wenigstens eines Teils eines verdampften Teils (137) des flüssigen Stroms; wobei die erste und/oder zweite Arbeitsexpansionsanordnung wenigstens zehn Prozent (10%) des Gesamtkühlbedarfs des Destillationssäulensystems zur Verfügung stellt; einer dritten Arbeitsexpansionsanordnung (103; 603; 703; 103) zum arbeitsleistenden Expandieren eines dritten Prozessstroms, der ausgewählt ist aus einem Teil (104) der Zuführluft, der schließlich der Destillationssäule (198) mit niedrigerem Druck zugeführt wird, und einem stickstoff-reichen Produktdampfstrom (604; 704; 904), der von der Destillationssäule (196) mit höherem Druck abgezogen wird, um zusätzliche Arbeitsenergie in der Weise zu erzeugen, dass die gesamte Arbeit, die zusammen mit der ersten und/oder zweiten Arbeitsexpansionsanordnung erzeugt wird, den Gesamtkühlbedarf des Destillationssäulensystems übersteigt; und einer Kaltkompressionsanordnung (115; 484; 515; 784), die durch die Arbeit angetrieben wird, die als Überschuss zu dem Kühlbedarf des Destillationssäulensystems erzeugt wird, um einen Prozessstrom (114; 482; 551; 782; 851) bei einer Temperatur kalt zu komprimieren, die niedriger als die Umgebungstemperatur ist, wobei die Vorrichtung keine Wärmetauscheranordnung hat, um den arbeitsexpandierten dritten Prozessstrom (105; 605; 705; 905) zu kondensieren.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 20 mit der ersten Arbeitsexpansionsanordnung (139) und der ersten Wärmetauscheranordnung (394; 594; 794; 894), wobei die erste Wärmetauscheranordnung (394; 594; 794; 894) den expandierten Strom (240; 540; 740) gegen eine Flüssigkeit auf einer Zwischenhöhe in der Destillationssäule (198) mit niedrigerem Druck kondensiert.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 20 mit der ersten Arbeitsexpansionsanordnung (139) und der ersten Wärmetauscheranordnung (394; 594; 794; 894), wobei die erste Wärmetauscheranordnung (194) den expandierten Strom (240) gegen eine der flüssigen Einspeisungen (136) zu der Destillationssäule (198) mit niedrigerem Druck kondensiert.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, wobei die flüssige Einspeisung (136), die den arbeits-expandierten ersten Prozessstrom (140) in der ersten Wärmetauscheranordnung (194) kondensiert, von der Destillationssäule (196) mit höherem Druck abgezogen wird.
  24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23 mit einer Pumpanordnung (543) zum Pumpen wenigstens eines Teils des kondensierten, expandierten ersten Prozessstroms (542) zu der Destillationssäule (196) mit höherem Druck.
  25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei der gesamte kondensierte, expandierte erste Prozessstrom (242; 342) zu der Destillationssäule (198) mit niedrigerem Druck als Einspeisung geschickt wird.
  26. Vorrichtung nach Anspruch 20 mit der zweiten Wärmetauscheranordnung (194) und der zweiten Arbeitsexpansionsanordnung (139).
  27. Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei der verdampfte flüssige Strom (136) wenigstens ein Teil einer mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit (130) ist, die von der Destillationssäule (196) mit höherem Druck abgezogen wird.
  28. Vorrichtung nach Anspruch 26 oder Anspruch 27 mit einer Pumpenanordnung, die wenigstens einen Teil des kondensierten (194) zweiten Prozessstroms (156) zu der Destillationssäule (196) mit höherem Druck pumpt.
  29. Vorrichtung nach Anspruch 26 oder Anspruch 27, wobei wenigstens ein Teil des kondensierten (194) zweiten Prozessstroms (156) zu der Destillationssäule (198) mit niedrigerem Druck als Einspeisung geschickt wird.
  30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 29, wobei der dritte Prozessstrom ein Teil (104) der Einspeisungsluft (100) ist und schließlich der Destillationssäule (198) mit niedrigerem Druck zugeführt wird.
  31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 29, wobei der dritte Prozessstrom ein sauerstoff-reicher Produktdampfstrom (604; 704) ist, der von der Destillationssäule (196) mit höherem Druck abgezogen, erwärmt (190) und nach der Expansion aus der coldbox bzw. dem Kaltteil ausgegeben wird.
  32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 31, wobei der Prozessstrom, der in der Kaltkompressionsanordnung (115) komprimiert wird, wenigstens ein Teil (114) der Einspeisungsluft (100) ist.
  33. Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei das Sauerstoff-Produkt (170) von der Destillationssäule (198) mit niedrigerem Druck als Flüssigkeit abgezogen und schließlich gesiedet (190) wird, und wobei der kalt komprimierte Teil (116) der Einspeisungsluft wenigstens teilweise durch indirekten Wärmeaustausch (190) mit dem siedenden Sauerstoff kondensiert wird.
  34. Vorrichtung nach Anspruch 33 mit einer Warmkompressionsanordnung (113) zum Komprimieren des Einspeisungsluftteils (114) vor dem Kühlen (190) und dem anschließenden Komprimieren in der Kaltkompressionsanordnung (115).
  35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 33, wobei der Prozessstrom, der in der Kaltkompressionsanordnung (115) komprimiert wird, ein Dampf (782; 851) ist, der von der Destillationssäule (196) mit höherem Druck abgezogen wird.
  36. Vorrichtung nach Anspruch 35, wobei das Sauerstoff-Produkt (170) von der Destillationssäule (198) mit niedrigerem Druck als Flüssigkeit abgezogen und schließlich gesiedet (190) wird, und wobei ein Teil des kalt komprimierten Dampfes der Destillationssäule mit höherem Druck (486, 786) wenigstens teilweise durch indirekten Wärmeaustausch (190) mit dem siedenden Sauerstoff kondensiert wird.
  37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 36, wobei die erste oder zweite Expansionsanordnung (139) direkt mit dem Kaltkompressor (115) gekoppelt ist.
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