EP1310753A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft Download PDF

Info

Publication number
EP1310753A1
EP1310753A1 EP02024221A EP02024221A EP1310753A1 EP 1310753 A1 EP1310753 A1 EP 1310753A1 EP 02024221 A EP02024221 A EP 02024221A EP 02024221 A EP02024221 A EP 02024221A EP 1310753 A1 EP1310753 A1 EP 1310753A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure column
air
pressure
liquid
column
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02024221A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Joachim Dr. Krey
Thorsten Möller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Liquide AGS GmbH
Original Assignee
Messer AGS GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Messer AGS GmbH filed Critical Messer AGS GmbH
Publication of EP1310753A1 publication Critical patent/EP1310753A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04078Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression
    • F25J3/0409Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression of oxygen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04375Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc.
    • F25J3/04387Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc. using liquid or hydraulic turbine expansion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04406Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
    • F25J3/04412Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/50Processes or apparatus using separation by rectification using multiple (re-)boiler-condensers at different heights of the column
    • F25J2200/52Processes or apparatus using separation by rectification using multiple (re-)boiler-condensers at different heights of the column in the high pressure column of a double pressure main column system
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/02Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream
    • F25J2240/10Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream the fluid being air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/40Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/40Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval
    • F25J2240/42Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval the fluid being air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/12Particular process parameters like pressure, temperature, ratios

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for cryogenic decomposition of air for the production of oxygen and / or nitrogen and / or argon according to the features of the preamble of claims 1 and 5.
  • An argon-enriched side stream is used to obtain argon product Low pressure column in a crude argon column in counterflow to liquid by means of conventional rectifiers in raw argon and in a liquid residual fraction disassembled.
  • the gaseous oxygen, nitrogen and Argon products can be external using conventional Compressors can be compressed to the required pressure.
  • the oxygen, nitrogen and Argon products (LOX, LAN, LAR) can, however, be internally compressed on the desired pressure can be brought by being drawn off in liquid form Conveyor (such as centrifugal or piston pumps) on the brought necessary pressure and by heat exchange with process streams, such as preferably by means of cleaned, pre-cooled and to the necessary pressure level compressed process air, evaporated.
  • the process air liquefied by internal compression in the air separation plant is no longer available as a buoyant gas in the pressure column of the rectification column Available, which increases the effectiveness of the separation process in the rectification column reduced and thus the economy of the air separation plant is reduced.
  • the nitrogen yield in the pressure column is among others process-specific and equipment-related factors, such as the number, design and arrangement of the rectifying devices, in particular of which in the rectification devices above the Air inlet area in the pressure column adjusting thermodynamic Balance, dependent.
  • thermodynamic Losses especially those associated with throttling Flash evaporation, on. These thermodynamic losses occur through additional energy consumption in the compression of the cleaned process air noticeable.
  • the air separation plant becomes both gaseous and liquid products deducted and is further a certain flexibility in the production of Liquid products (LOX, LIN, LAR) are required, the outlet temperatures change of the process streams cooled in the heat exchange network, whereby either additional losses occur in the production of liquid products or only limited operation of the relaxation device (Expansion turbine) is possible.
  • the invention is therefore based on the object, a method and a To provide a device for the low-temperature separation of air, which an oxygen and / or nitrogen and / or argon recovery with higher Product yields with reduced energy consumption and flexible plant operation guaranteed.
  • the air is at a pressure which is only slightly above the Operating pressure of the pressure column of the rectification is compressed and by the Cooling or rectification-disturbing ingredients, such as water vapor, Hydrocarbons or nitrous oxide, exempt.
  • the second partial air flow is through indirect heat exchange with evaporating Bottom product of the pressure column to a temperature that is about 1.5 to 2.5 degrees Kelvin is above the bottom temperature of the pressure column, cooled further.
  • the pre-cooled second partial flow of air is from the Pressure column deducted and connected in one of the pressure column Relaxation device (expansion turbine) working except for the Pressure level of the pressure column relaxed.
  • the relaxed, mostly liquefied partial air flow is in the pressure and / or after relaxation to the operating pressure of the low pressure column in the same fed in and further dismantled in a known manner.
  • the advantage of this low-temperature separation of air according to the invention is in the fact that regardless of the respective driving case or driving style Air separation plant the work-relaxing device (Expansion turbine) safely operated to relax the second partial air flow can be.
  • Another significant advantage of the invention is that additional buoyancy steam generated below the lower separation stage in the pressure column of the rectification and making the thermodynamic equilibrium in the pressure column so advantageous is changed, the nitrogen yield in the pressure column is increased.
  • the higher nitrogen yield achieved in the pressure column according to the invention increases the effectiveness of the low pressure column and any downstream one Argon rectification and thus enables economical low-temperature reduction of air with higher product yields with reduced Power consumption.
  • the invention further relates to a device for performing the The inventive method with a two-stage rectification column, the pressure and Low pressure column through a condenser / evaporator in heat exchanging Connected, a Rohargonklale, a heat exchange network and one Expansion device (expansion turbine), which can be Product lines equipped with control, regulation and conveyor systems are interconnected.
  • the low-temperature decomposition of air according to the invention is in particular also for exclusive oxygen production and for exclusive nitrogen production suitable.
  • Air 1 to be rectified is compressed in a compressor 2 to a pressure which is only slightly higher than the operating pressure of a pressure column 7 and is then cleaned in an adsorption dryer 3 of undesired ingredients.
  • a first partial stream 4 of the compressed and cleaned air 1 is cooled in a heat exchanger network 5 by indirect heat exchange in countercurrent with a vaporous product stream 6 drawn off from a low pressure column 11 down to a temperature range of the dew point of the air 1.
  • the predominantly gaseous partial stream 4 of the air 1 which has been pretreated in this way is fed directly below the rectifying devices into the pressure column 7 and is broken down there in a known manner into an oxygen-rich bottom liquid 8 and an oxygen-poor gaseous top product.
  • a second partial flow 9 of the compressed and cleaned air 1 becomes one further compressor 10 supplied.
  • the partial flow 9 of the air 1 compressed in the compressor 10 to a pressure level suitable for the evaporation of the 12 liquid oxygen product 13 drawn off from the pressure column and then conveyed to the desired product pressure level is then countercurrent in the heat exchange network 5 by indirect heat exchange with one from the low pressure column 11 withdrawn and pumped liquid sump product 13 cooled to the temperature range of the dew point of the air and fed into a sump evaporator 14 of the pressure column 7 and cooled by indirect heat exchange with evaporating bottom liquid 8 to a temperature which is about 1.5 to 2.5 degrees Kelvin above the temperature of the bottom liquid 8 of the pressure column 7.
  • the partial stream 9a cooled in this way is fed into an expansion device (expansion turbine) 15 connected downstream of the pressure column 7 and is expanded in this work-performing manner to the pressure level of the pressure column 7.
  • the now predominantly liquid partial flow 9b of air 1 is in the range of conventional rectifiers in the pressure and / or low pressure column 7,11 fed in and rectified in a known manner, the partial stream 9b before it is fed into the low-pressure column 11 to the operating pressure of the Low pressure column 11 is throttled.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft zur Gewinnung von Sauerstoff und/oder Stickstoff und/oder Argon, bei dem aus gereinigter, verdichteter und in zwei Teilströmen aufgeteilter sowie mit Prozessströmen gekühlter Luft Sauerstoff-, Stickstoff- und Argonprodukte rektifiziert, die anschließend extern oder mittels Innenverdichtung auf den erforderlichen Druck gebracht und mit Prozessströmen zumindest teilweise verdampft werden. Erfindungsgemäß wird dadurch, daß der in dem Wärmetauschernetzwerk (5) vorgekühlte Teilstrom (9) der Luft (1) in einem Sumpfverdampfer (14) der Drucksäule (7) mit Sumpfflüssigkeit (8) bis auf eine Temperatur, die ca.1,5 bis 2,5 Grad Kelvin über der Temperatur der Sumpfflüssigkeit (8) der Drucksäule (7) liegt, abgekühlt und anschließend der aus abgezogene Teilstrom (9a) arbeitsleistend auf das Druckniveau der Drucksäule (7) entspannt als überwiegend flüssiger Teilstrom (9b) in die Druck- und Niederdrucksäule (7,11) eingespeist wird, eine wirtschaftliche Tieftemperaturzerlegung von Luft mit höheren Produktausbeuten bei verringertem Energieaufwand ermöglicht. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft zur Gewinnung von Sauerstoff und/oder Stickstoff und/oder Argon nach den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 und 5.
Bei bekannter Luftzerlegung wird verdichtete, vorgereinigte und abgekühlte Luft am unteren Ende in die Drucksäule einer oftmals zweistufigen Rektifikationssäule eingespeist und im Gegenstromverfahren zu Flüssigkeit mittels Rektifiziereinrichtungen in Form von konventionellen Siebböden und/oder geordneten Packungen und/oder Füllkörpern in eine sauerstoffreiche flüssige Fraktion und in eine erste Stickstofffraktion vorzerlegt und die sauerstoffangereicherte Fraktion in die mit der Drucksäule mittels eines Verdampfers/Kondensators in wärmetauschender Verbindung stehenden Niederdruckstufe der Rektifikation eingeleitet und im Gegenstrom mittels der vorgenannten Rektifiziereinrichtungen weiter in eine Sauerstoff- und in eine zweite Stickstofffraktion zerlegt. Dabei findet ein Teil des am Kopf der Drucksäule kondensierten Dampfes als Rücklaufflüssigkeit in der Niederdrucksäule Verwendung.
Zur Gewinnung von Argonprodukt wird ein mit Argon angereicherter Seitenstrom der Niederdrucksäule in einer Rohargonsäule im Gegenstrom zu Flüssigkeit mittels herkömmlicher Rektifiziereinrichtungen in Rohargon und in eine flüssige Restfraktion zerlegt.
Die auf die vorbeschriebene Weise erzeugten gasförmigen Sauerstoff-, Stickstoffund Argonprodukte (GOX, GAN, GAR) können extern mittels herkömmlicher Verdichter auf den geforderten Druck verdichtet werden. Die Sauerstoff-, Stickstoffund Argonprodukte (LOX, LAN, LAR) können aber mittels Innenverdichtung auf den gewünschten Druck gebracht werden, indem sie in flüssiger Form abgezogen, durch Fördereinrichtung (wie beispielsweise Zentrifugal oder Kolbenpumpen) auf den erforderlichen Druck gebracht und durch Wärmeaustausch mit Prozessströmen, wie vorzugsweise mittels gereinigter, vorgekühlter und auf das notwendige Druckniveau verdichteter Prozessluft, verdampft.
Die durch Innenverdichtung in der Luftzerlegungsanlage verflüssigte Prozessluft steht nicht mehr als Auftriebsgas in der Drucksäule der Rektifiziersäule zur Verfügung, wodurch die Effektivität des Trennprozesses in der Rektifiziersäule gesenkt und damit die Wirtschaftlichkeit der Luftzerlegungsanlage sich verringert.
Auch bei ausschließlichen Flüssiganlagen, bei denen eine der Menge der abgezogenen Flüssigprodukte (LOX, LAN, LAR) entsprechende Menge Prozessluft in einem Wärmetauschernetzwerk (Gesamtheit aller in der die Rektifiziersäule aufnehmenden "cold box" an der Kühlung der ein- und austretenden Produktströme beteiligten Wärmetauscher, wie beispielsweise Hauptwärmetauscher, Unterkühler und Verdampfer) verflüssigt wird, vermindert sich die in der Drucksäule der Rektifiziersäule zur Luftvortrennung zur Verfügung stehende dampfförmige Luftmenge und dadurch der Säulenumsatz und die Produktausbeute der Luftzerlegungsanlage.
Bekanntermaßen ist die Stickstoffausbeute in der Drucksäule neben weiteren verfahrensspezifischen und ausrüstungstechnischen Faktoren, wie beispielsweise von der Anzahl, Ausbildung und Anordnung der Rektifiziereinrichtungen, insbesondere auch von dem sich in den Rektifiziereinrichtungen oberhalb des Lufteintrittsbereiches in der Drucksäule einstellenden thermodynamischen Gleichgewicht, abhängig.
Des Weiteren treten bei der Entspannung der flüssigen Prozessluft auf das jeweilige Druckniveau der Druck- bzw. der Niederdrucksäule der Rektifikation thermodynamische Verluste, insbesondere die mit der Drosselung verbundene Entspannungsverdampfung, auf. Diese thermodynamischen Verluste machen sich durch einen Energiemehrverbrauch bei der Kompression der gereinigten Prozeßluft bemerkbar.
Bei einer Luftzerlegung mit hohen Produktdrücken, großen innenverdichteten Produktmengen oder großen Mengen an Flüssigprodukten fallen große Mengen Flüssigluft auf einem hohen Druckniveau an. Die in einer derartigen Luftzerlegungsanlage anfallenden Drosselverluste beeinflussen die Wirtschaftlichkeit der Anlage so negativ, dass es sinnvoll wird, die bei der Drosselung der Prozessluft auftretenden Irreversibilitäten durch arbeitsleistende Entspannung in einer Entspannungseinrichtung (Expansionsturbine) wesentlich zu verringern.
Der Einsatz einer solchen Entspannungseinrichtung setzt jedoch voraus, dass der eintretende Hochdruckstrom bereits bis auf wenige Grad Kelvin oberhalb des Siedepunktes der Flüssigkeit am Austritt der Entspannungseinrichtung abgekühlt wurde, da größere Dampfgehalte im austretenden Strom die Entspannungseinrichtung nachhaltig schädigen würden. Daher muß das Wärmetauschersystem so ausgelegt werden, dass die Lufttemperatur am Eintritt zur Entspannungseinrichtung unterhalb einer vom Druck am Austritt der Entspannungseinrichtung bestimmten Temperatur liegt.
Werden aus der Luftzerlegungsanlage sowohl gasförmige als auch flüssige Produkte abgezogen und ist des Weiteren eine gewisse Flexibilität in der Produktion von Flüssigprodukten (LOX, LIN, LAR) gefordert, so ändern sich die Austrittstemperaturen der im Wärmetauschnetzwerk abgekühlten Prozessströme, wodurch entweder zusätzliche Verluste bei der Produktion von Flüssigprodukten auftreten oder nur ein eingeschränkter Betrieb der Entspannungseinrichtung (Expansionsturbine) möglich ist.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft zur Verfügung zu stellen, welche eine Sauerstoff- und/oder Stickstoff- und/oder Argongewinnung mit höheren Produktausbeuten bei verringertem Energieaufwand und flexiblem Anlagenbetrieb gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft mit den Merkmalen von Anspruch 1 und 5 gelöst.
Erfindungsgemäß wird die Luft auf einen Druck, der nur gering oberhalb des Betriebsdruckes der Drucksäule der Rektifikation liegt, verdichtet und von die Abkühlung bzw. die Rektifikation störenden Inhaltsstoffen, wie Wasserdampf, Kohlenwasserstoffen oder Lachgas, befreit.
Anschließend wird ein Teil der vorgereinigten Luftmenge in einem Wärmetauschernetzwerk im Gegenstrom mit gasförmig aus dem Rektifiziersystem abgezogenen Produkten bis in den Temperaturbereich des Taupunktes der Luft abgekühlt und direkt in die mit der Niederdrucksäule thermisch gekoppelten Drucksäule der mit üblichen Rektifiziereinrichtungen ausgerüsteten Rektifiziersäule eingespeist und auf bekannte Weise in eine sauerstoffreiche Sumpfflüssigkeit und ein sauerstoffarmes Ein zweiter Teilstrom der vorgereinigten Luftmenge wird auf ein zur Erzeugung von flüssigen Produkten und/oder zur Verdampfung der flüssig aus dem Rektifikationssystem abgezogenen Produkte geeignetes Druckniveau verdichtet und anschließend in dem Wärmetauschemetzwerk im Gegenstrom mit in flüssiger Form aus dem Rektifikationssystem abgezogenen, beim Wärmeaustausch mit dem Teilluftstrom verdampfenden Produkten bis in den Temperaturbereich des Taupunktes der Luft abgekühlt und danach in einem im Sumpf der Drucksäule angeordneten Verdampfer eingespeist.
Der zweite Luftteilstrom wird durch indirekten Wärmetausch mit verdampfenden Sumpfprodukt der Drucksäule auf eine Temperatur, die etwa 1,5 bis 2,5 Grad Kelvin oberhalb der Sumpftemperatur der Drucksäule liegt, weiter abgekühlt.
Der auf vorbeschriebene Weise vorgekühlte zweite Teilstrom der Luft wird aus der Drucksäule abgezogen und in einer der Drucksäule nachgeschalteten Entspannungseinrichtung (Expansionsturbine) arbeitsleistend bis auf das Druckniveau der Drucksäule entspannt.
Der entspannte, überwiegend verflüssigte Luftteilstrom wird in die Druck- und/oder nach der Entspannung auf den Betriebsdruck der Niederdrucksäule in dieselbe eingespeist und auf bekannte Weise weiter zerlegt.
Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Tieftemperaturzerlegung von Luft besteht darin, dass unabhängig von jeweiligen Fahrfall bzw. der Fahrweise der Luftzerlegungsanlage die arbeitsleistende Entspannungseinrichtung (Expansionsturbine) zur Entspannung des zweiten Luftteilstromes sicher betrieben werden kann.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, dass zusätzlicher Auftriebsdampf unterhalb der unteren Trennstufe in der Drucksäule der Rektifikation erzeugt und damit das thermodynamische Gleichgewicht in der Drucksäule so vorteilhaft verändert wird, das die Stickstoffausbeute in der Drucksäule erhöht wird.
Auch wenn der zweite Teilstrom nicht arbeitsleistend entspannt, sondern nur gedrosselt wird, ist die weitere Abkühlung des nachverdichteten, vorgekühlten Teilstroms der Luft in einem Sumpfverdampfer der Drucksäule vorteilhaft, da der bei der Drosselung entstehende Dampfanfall so minimiert wird, dass auf den Einsatz von der Druck- und Niederdrucksäule vorgeschalteten Phasentrenneinrich-tungen verzichtet werden kann.
Die auf erfindungsgemäße Weise in der Drucksäule erzielte höhere Stickstoffausbeute steigert die Effektivität der Niederdrucksäule und einer eventuell nachgeschalteten Argonrektifikation und ermöglicht somit eine wirtschaftliche Tieftemperaturzeriegung von Luft mit höheren Produktausbeuten bei verringertem Energieverbrauch.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer zweistufigen Rektifiziersäule, deren Druckund Niederdrucksäule durch einen Kondensator/Verdampfer in wärmetauschender Verbindung stehen, einer Rohargonsäule, einem Wärmetauschemetzwerk und einer Entspannungseinrichtung (Expansionsturbine), die durch mit herkömmlichen Mess-, Steuer-, Regel- und Fördereinrichtungen ausgerüsteten Produktleitungen miteinander verbunden sind.
Die erfindungsgemäße Tieftemperaturzerlegung von Luft ist insbesondere auch zur ausschließlichen Sauerstofferzeugung und zur ausschließlichen Stickstofferzeugung geeignet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Schemaskizze.
Zu rektifizierende Luft 1 wird in einem Verdichter 2 auf einen nur geringfügig höheren Druck als den Betriebsdruck einer Drucksäule 7 verdichtet und anschließend in einem Adsorptionstrockner 3 von unerwünschten Inhaltsstoffen gereinigt. Von der verdichteten und gereinigten Luft 1 wird ein erster Teilstrom 4 in einem Wärmetauschernetzwerk 5 durch einen im Gegenstrom erfolgenden, indirektem Wärmetausch mit einem aus einer Niederdrucksäule 11 abgezogenen dampfförmigen Produktstrom 6 bis in einen Temperaturbereich des Taupunkts der Luft 1 abgekühlt.
Der derart vorbehandelte, überwiegend gasförmige Teilstrom 4 der Luft 1 wird direkt unterhalb von Rektifiziereinrichtungen in die Drucksäule 7 eingespeist und dort in bekannter Weise in eine sauerstoffreiche Sumpfflüssigkeit 8 und ein sauerstoffarmes gasförmiges Kopfprodukt zerlegt.
Von der verdichteten und gereinigten Luft 1 wird ein zweiter Teilstrom 9 einem weiteren Verdichter 10 zugeführt.
Der in dem Verdichter 10 auf ein zur Verdampfung des aus der Drucksäule abgezogenen und anschließend auf das gewünschte Produktdruckniveau geförderten 12 flüssigen Sauerstoffproduktes 13 geeignetes Druckniveau verdichtete Teilstrom 9 der Luft 1 wird anschließend in dem Wärmetauschemetzwerk 5 im Gegenstrom durch indirekten Wärmetausch mit einem aus der Niederdrucksäule 11 entzogenen und mittels Pumpe 12 geförderten flüssigen Sumpfproduktes 13 bis in den Temperaturbereich des Taupunktes der Luft abgekühlt und in einen Sumpfverdampfer 14 der Drucksäule 7 eingespeist
und durch indirekten Wärmetausch mit dabei verdampfender Sumpfflüssigkeit 8 bis auf eine Temperatur, die ca. 1,5 bis 2,5 Grad Kelvin über der Temperatur der Sumpfflüssigkeit 8 der Drucksäule 7 liegt, abgekühlt.
Der derart abgekühlte Teilstrom 9a wird in einer der Drucksäule 7 nachgeschalteten Entspannungseinrichtung (Expansionsturbine) 15 eingespeist und in dieser arbeitsleistend auf das Druckniveau der Drucksäule 7 entspannt.
Der nunmehr überwiegend flüssigen Teilstrom 9b der Luft 1 wird im Bereich von herkömmlichen Rektifiziereinrichtungen in die Druck- und/oder Niederdrucksäule 7,11 eingespeist und in bekannter Weise weiter rektifiziert, wobei der Teilstrom 9b vor seiner Einspeisung in die Niederdrucksäule 11 auf den Betriebsdruck der Niederdrucksäule 11 gedrosselt wird.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft zur Gewinnung von Sauerstoff und/oder Stickstoff und/oder Argon, bei dem verdichtete, vorgereinigte und abgekühlte Prozessluft aus einem Wärmetauschernetzwerk in einem ersten, überwiegend gasförmigen Teilstrom und einem zweiten überwiegend flüssigen Teilstrom in eine Drucksäule eingespeist und in eine erste sauerstoffreiche flüssige Fraktion und in eine Stickstofftraktion vorzerlegt und die vorzerlegten Fraktionen in die mit der Drucksäule thermisch gekoppelten Niederdrucksäule eingeleitet und in eine weitere Sauerstoff- und in eine zweite Stickstofffraktion zerlegt und die aus der Druck- und/oder Niederdrucksäule abgezogenen flüssigen Sauerstoff- und Stickstoffprodukte durch Innenverdichtung auf den erforderlichen Druck gefördert und durch Wärmetausch mit Prozessströmen verdampft und/oder als flüssige Produkte abgezogen werden,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    a) der in dem Wärmetauschemetzwerk (5) vorgekühlte Teilstrom (9) der Luft (1) in einem Sumpfverdampfer (14) der Drucksäule (7) mit Sumpfflüssigkeit (8) weiter abgekühlt;
    b) der aus der Drucksäule (7) abgezogene Teilstrom (9a) arbeitsleistend entspannt (15)
    c) als überwiegend flüssiger Teilstrom (9b) in die Druck- und Niederdrucksäule (7,11) eingespeist wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1
    dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Sumpfverdampfer (14) der Drucksäule (7) mit Sumpfflüssigkeit (8) gekühlte, aus der Drucksäule (7) abgezogene und entspannte (15) Teilstrom (9b) ausschließlich in die Drucksäule (7) eingespeist wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilstrom (9) der Luft (1) mittels des Sumpfverdampfers (14) mit Sumpfflüssigkeit (8) der Drucksäule (7) auf eine Temperatur, die 1,5 bis 2,5 Grad Kelvin über der Temperatur der Sumpfflüssigkeit (8) der Drucksäule (7) liegt, abgekühlt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
    der aus der Drucksäule (7) abgezogene Teilstrom (9a) der Luft (1) bis auf das Druckniveau der Drucksäule (7) arbeitsleistend entspannt wird.
  5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
    mit mindestens einer zweistufigen Rektifiziersäule, bestehend aus einer mit einer Niederdrucksäule thermisch gekoppeiten Drucksäule mit einem Sumpfverdampfer, die durch mit Mess-, Steuer- und Regel- und
    Fördereinrichtungen ausgerüsteten Leitungen mit einem Wärmetauschemetzwerk und einer arbeitsleistenden Entspannungseinrichtung für die Abkühlung eines nachverdichteten Teilstroms der Luft verbunden ist,
    gekennzeichnet dadurch, daß der Sumpfverdampfer (14) der Drucksäule (7) mit der arbeitsleistenden Entspannungseinrichtung (15) und dem Wärmetauschnetzwerk (5) verbunden ist.
  6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit mindestens einer zweistufigen Rektifiziersäule, bestehend aus einer mit einer Niederdrucksäule thermisch gekoppelten Drucksäule mit einem Sumpfverdampfer, die durch mit Mess-, Steuer- und Regel- und
    Fördereinrichtungen ausgerüsteten Leitungen mit einem Wärmetauschernetzwerk und einer Drosseleinrichtung verbunden ist,
    gekennzeichnet dadurch, daß der Sumpfverdampfer (14) der Drucksäule (7) mit der Drosseleinrichtung und dem Wärmetauschemetzwerk (5) verbunden ist.
EP02024221A 2001-11-10 2002-10-31 Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft Withdrawn EP1310753A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10155383A DE10155383A1 (de) 2001-11-10 2001-11-10 Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
DE10155383 2001-11-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1310753A1 true EP1310753A1 (de) 2003-05-14

Family

ID=7705384

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP02024221A Withdrawn EP1310753A1 (de) 2001-11-10 2002-10-31 Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP1310753A1 (de)
DE (1) DE10155383A1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1338856A2 (de) * 2002-01-31 2003-08-27 L'AIR LIQUIDE, Société Anonyme à Directoire et Conseil de Surveillance pour l'Etude et l'Exploitation des Verfahren und Vorrichtung zur Zerlegung von Luft durch Tieftemperaturdestillation
FR2848650A1 (fr) * 2002-12-13 2004-06-18 Air Liquide Procede et appareil de detente d'un fluide cryogenique
EP3312533A1 (de) * 2016-10-18 2018-04-25 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur luftzerlegung und luftzerlegungsanlage
EP3620739A1 (de) * 2018-09-05 2020-03-11 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft und luftzerlegungsanlage

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0286314A1 (de) * 1987-04-07 1988-10-12 The BOC Group plc Lufttrennung
US4854954A (en) * 1988-05-17 1989-08-08 Erickson Donald C Rectifier liquid generated intermediate reflux for subambient cascades
US5379598A (en) * 1993-08-23 1995-01-10 The Boc Group, Inc. Cryogenic rectification process and apparatus for vaporizing a pumped liquid product
US5878597A (en) * 1998-04-14 1999-03-09 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system with serial liquid air feed
US5901577A (en) * 1997-04-03 1999-05-11 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process and plant for air separation by cryogenic distillation
US6141990A (en) * 1998-03-11 2000-11-07 Air Liquide America Corporation Process and plant for separating air by cryogenic distillation

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0286314A1 (de) * 1987-04-07 1988-10-12 The BOC Group plc Lufttrennung
US4854954A (en) * 1988-05-17 1989-08-08 Erickson Donald C Rectifier liquid generated intermediate reflux for subambient cascades
US5379598A (en) * 1993-08-23 1995-01-10 The Boc Group, Inc. Cryogenic rectification process and apparatus for vaporizing a pumped liquid product
US5901577A (en) * 1997-04-03 1999-05-11 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process and plant for air separation by cryogenic distillation
US6141990A (en) * 1998-03-11 2000-11-07 Air Liquide America Corporation Process and plant for separating air by cryogenic distillation
US5878597A (en) * 1998-04-14 1999-03-09 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system with serial liquid air feed

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1338856A2 (de) * 2002-01-31 2003-08-27 L'AIR LIQUIDE, Société Anonyme à Directoire et Conseil de Surveillance pour l'Etude et l'Exploitation des Verfahren und Vorrichtung zur Zerlegung von Luft durch Tieftemperaturdestillation
EP1338856A3 (de) * 2002-01-31 2003-09-10 L'AIR LIQUIDE, Société Anonyme à Directoire et Conseil de Surveillance pour l'Etude et l'Exploitation des Verfahren und Vorrichtung zur Zerlegung von Luft durch Tieftemperaturdestillation
FR2848650A1 (fr) * 2002-12-13 2004-06-18 Air Liquide Procede et appareil de detente d'un fluide cryogenique
EP3312533A1 (de) * 2016-10-18 2018-04-25 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur luftzerlegung und luftzerlegungsanlage
EP3620739A1 (de) * 2018-09-05 2020-03-11 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft und luftzerlegungsanlage
WO2020048634A1 (de) 2018-09-05 2020-03-12 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft und luftzerlegungsanlage

Also Published As

Publication number Publication date
DE10155383A1 (de) 2003-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69004773T2 (de) Kühlverfahren, der angewandte Kühlkreislauf und seine Anwendung in der Lufttrennung.
DE69413918T2 (de) Tieftemperaturzerlegung von Luft
DE68908187T2 (de) Zwischenrückstrom, erzeugt von einer rektifikationsflüssigkeit für unterhalb der umgebungsbedingungen arbeitende, in kaskade geschaltete rektifikationskolonnen.
DE19954593B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP0527501A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Luftzerlegung durch Rektifikation
DE69503095T2 (de) Lufttrennung
DE69503848T2 (de) Lufttrennung
WO2010017968A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur tieftemperaturzerlegung von luft
DE69208962T2 (de) Lufttrennung
EP1031804A1 (de) Zweisäulensystem zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP2963369B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur tieftemperaturzerlegung von luft
DE19951521A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung eines Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
DE69512821T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Sauerstoff durch Rektifikation von Luft
EP0768503A2 (de) Dreifachsäulenverfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP2053331A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperatur-Luftzerlegung
DE60016874T2 (de) Luftzerlegung
EP2551619A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Druckstickstoff und Drucksauerstoff durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
DE68901667T2 (de) Lufttrennung.
EP1310753A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
DE19933558C5 (de) Dreisäulenverfahren und -vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP1189001B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung hoch reinen Stickstoffs durch Tieftemperatur-Luftzerlegung
DE10153919A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung hoch reinen Sauerstoffs aus weniger reinem Sauerstoff
EP1209431B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Sauerstoff und Stickstoff
DE10045121A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung eines gasförmigen Produkts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP1314941A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Stickstoff aus Luft

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL LT LV MK RO SI

17P Request for examination filed

Effective date: 20031114

AKX Designation fees paid

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE SK TR

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: AIR LIQUIDE AGS GMBH

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: AIR LIQUIDE DEUTSCHLAND GMBH

APBK Appeal reference recorded

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNREFNE

APBN Date of receipt of notice of appeal recorded

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNNOA2E

APBR Date of receipt of statement of grounds of appeal recorded

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNNOA3E

APBV Interlocutory revision of appeal recorded

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIRAPE

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN

18W Application withdrawn

Effective date: 20100310