EP2520886A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines gasförmigen Sauerstoff-Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines gasförmigen Sauerstoff-Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft Download PDF

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EP2520886A1
EP2520886A1 EP11003707A EP11003707A EP2520886A1 EP 2520886 A1 EP2520886 A1 EP 2520886A1 EP 11003707 A EP11003707 A EP 11003707A EP 11003707 A EP11003707 A EP 11003707A EP 2520886 A1 EP2520886 A1 EP 2520886A1
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EP
European Patent Office
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air
pressure
heat exchanger
main heat
cooled
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11003707A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Horst Altmeyer
Alexander Dr. Alekseev
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.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde 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 Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
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    • F25J3/04769—Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
    • F25J3/04812—Different modes, i.e. "runs" of operation
    • F25J3/04818—Start-up of the process
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    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/02—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream
    • F25J2240/04—Multiple expansion turbines in parallel
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    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/50—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being oxygen
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    • F25J2280/00—Control of the process or apparatus
    • F25J2280/10—Control for or during start-up and cooling down of the installation

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of patent claim 1.
  • the distillation column system of the invention can be used as a two-column system (for example, as a classic Linde double column system), or as a three or more column system. It may in addition to the columns for nitrogen-oxygen separation, further devices for obtaining high purity products and / or other air components, in particular of noble gases, for example, an argon production and / or a krypton-xenon recovery
  • a liquid pressurized oxygen product stream is vaporized against a heat carrier and finally recovered as a gaseous pressure product.
  • This method is also called internal compression. It serves for the production of pressure oxygen. In the case of a supercritical pressure, no phase transition takes place in the true sense, the product stream is then "pseudo-evaporated".
  • a liquid pressurized oxygen product stream is vaporized against a heat carrier and finally recovered as a gaseous pressure product.
  • This method is also called internal compression. It serves for the production of pressure oxygen. In the case of a supercritical pressure, no phase transition takes place in the true sense, the product stream is then "pseudo-evaporated".
  • a high-pressure heat carrier is liquefied (or pseudo-liquefied when it is under supercritical pressure).
  • the heat transfer medium is frequently replaced by a part of Air formed, in the present case of the "second partial flow" of the compressed feed air.
  • EP 1139046 A1 EP 1146301 A1 .
  • DE 10213212 A1 DE 10213211 A1 .
  • EP 1357342 A1 or DE 10238282 A1 DE 10302389 A1 .
  • DE 10332863 A1 EP 1544559 A1 .
  • EP 1666824 A1 EP 1672301 A1 .
  • DE 102005028012 A1 .
  • WO 2007033838 A1 WO 2007104449 A1 .
  • EP 1845324 A1 is
  • the "main heat exchanger system” serves to cool feed air in indirect heat exchange with return streams from the distillation column system. It may be formed of one or more parallel and / or serially connected heat exchanger sections, for example one or more plate heat exchanger blocks.
  • post-compression system is here a system of at least two serially connected stages (hereinafter also referred to as “compressor stages”).
  • compressor stages serially connected stages
  • the invention has for its object to provide a method of the type mentioned above and a corresponding device, which are economically particularly favorable to operate by having an increased product yield, higher product purity, lower operating costs and / or lower investment costs.
  • the adiabatic mode of operation of the recompression system ie the absence of any intercooling between its stages, not only leads to an apparatus saving, but also to an overall very efficient process.
  • the second intermediate temperature at which the second air stream is supplied to the secondary compression system is below the temperature of the warm end of the main heat exchanger system, in particular by at least 10 K. It is for example 230 to 270 K.
  • the distillation column system of the invention preferably comprises a high pressure column and a low pressure column.
  • the first pressure to which the total air is compressed is at least 5 bar, preferably at least 10 bar higher than the operating pressure at the top of the high-pressure column.
  • the work-performing expansion of the first air flow is performed in two parallel relaxation machines, with a two expansion machines with the last stage of the secondary compression system and the other of the two expansion machines with another stage of the secondary compression system is directly mechanically coupled
  • Parallel connection here means that the two expansion machines have the same inlet pressure. Preferably, they also have the same inlet temperature and the same outlet pressure. Alternatively, they are operated with different inlet temperatures and / or with different outlet pressures.
  • Pressures are referred to herein as "equal" when the pressure differential between the respective locations is not greater than the natural conduction losses due to pressure losses in piping, heat exchangers, coolers, adsorbers, etc. Similarly, two streams are at the same temperature even if their temperature differs by a value corresponding to a temperature difference due to natural variations or to common insulation losses along a pipe.
  • the expansion machines are formed for example by turbines, each with a turbine wheel.
  • a “direct mechanical coupling” here means a direct connection between the expansion machine and the after-compressor stage via a common shaft, in particular not via a transmission.
  • one of the expansion machines must be coupled to a warm braking device, ie to a dissipative brake (for example oil brake), to a generator or to a warm compressor for generating process refrigeration.
  • a dissipative brake for example oil brake
  • This can be realized by using a corresponding third expansion machine, which is not coupled to any of the stages of the Nachverdichtungssystems, or in that on the shaft of one of the above-mentioned expansion machines additionally an oil brake or a generator is arranged.
  • the second air stream is cooled downstream of the Nachverdichtungssystems in an aftercooler in indirect heat exchange with cooling water before it is fed to the warm end of the main heat exchanger system.
  • a part of the mechanical energy generated in the expansion machine which is coupled to the last stage of the Nachverdichtungssystems, are released into the warm.
  • the corresponding expansion machine generates both the energy required for driving the last stage and at least a portion of the required process cooling.
  • it produces all the cold needed in the process to compensate for insulation and replacement losses and, where appropriate, for product liquefaction.
  • the recompression system has exactly two stages.
  • the recompression system has exactly three stages or more than three stages, wherein the work-performing expansion of the first air flow is carried out in three parallel expansion machines, each of the three expansion machines with one stage of the Nachverdichtungssystems is directly mechanically coupled. This makes it possible to achieve even higher end pressures in the second air flow, furthermore without the use of external energy that goes beyond the drive of the main air compressor.
  • a third air stream which is branched off from the feed air compressed to the first pressure (p1) in addition to the first and the second air flow, is cooled to the cold end under the first pressure (p1) in the main heat exchanger and then introduced into the distillation column system.
  • the first and third air streams may be cooled in common passages of the main heat exchanger system to the first intermediate temperature, with the first air stream branched off at the first intermediate temperature and led out of the main heat exchanger system, while the third air stream continues to cool to the cold end , Alternatively, the first and third air streams may be cooled in separate passages of the main heat exchanger system.
  • the third airflow supports the second airflow in the (pseudo) evaporation of the oxygen product stream.
  • the entire compressed to the first pressure (p1) feed air is divided into the first and the second air flow, or - if three air streams are used - on the first, second and third air flow.
  • some of the compressed air compressed in the main air compressor can still be used for other purposes. This portion of air, such as instrument air, does not constitute part of the "feed air" introduced into the distillation column system.
  • the invention also relates to a device for the cryogenic separation of air according to the claims 7 to 10.
  • FIG. 1 In the process of FIG. 1 is compressed atmospheric air 1 after flowing through a filter 2 in a main air compressor 3 to a first pressure p1 of about 18 bar.
  • the compressed feed air 4 is in a cooling device 5, the is formed for example by a direct contact cooler or by one or more indirect cooling stages, cooled and then fed via line 6 to a cleaning device 7 having a pair of switchable container, which are filled with an adsorbent, in particular with a molecular sieve.
  • the purified feed air 8 is divided into a first airflow 9, 10 (so-called turbine flow) and a second airflow 20 (so-called throttle flow) and an optional third airflow 9, 30 (additional throttle flow).
  • the first air stream 9, 10 is fed directly to a main heat exchanger system 40 at its warm end.
  • the main heat exchanger system 40 is formed in the example by a single heat exchanger block and hereinafter referred to as the main heat exchanger.
  • the first air stream is cooled to a first intermediate temperature T1 and fed via line 10 under this intermediate temperature and the first pressure p1 two parallel relaxation machines 11, 12, which are each formed by a turboexpander.
  • the working expanded first air stream 14 is reunited and introduced into a distillation column system, which in the example comprises a high pressure column 50, a low pressure column 51, a main condenser 52 and a subcooling countercurrent 53.
  • the operating pressures (in each case at the top) are 3 to 12 bar in the high-pressure column and 1.2 to 4.5 bar in the low-pressure column, in a specific example 1.4 bar and 5.8 bar.
  • the second air stream 20 is cooled in the main heat exchanger 40 to a second intermediate temperature T1 of 250 K.
  • the cooled second air stream 21 is supplied under the second intermediate temperature T1 and below the first pressure p1 of the first stage 22 of a two-stage recompression system (22, 24, 25) and first recompressed to an intermediate pressure. Via line 23, it is passed directly (that is, in particular without intermediate cooling) to the second and last stage 24 of the secondary compression system and further compressed there to a second pressure p2 of 45 bar.
  • the inlet temperature of the second stage 24 is approximately at the level of the ambient temperature, while the first stage 22 is operated as a cold compressor, ie with an inlet temperature at a significantly lower level.
  • the heat of compression of the second stage 24 is removed in an aftercooler 25 by indirect heat exchange with cooling water.
  • This two-tiered one Post-compression system is operated adiabatically, that is, there is no cooling between the two stages 22, 24 made.
  • the recompressed second air stream 26 is fed under the second pressure p2 to the warm end of the main heat exchanger system 40, cooled in the main heat exchanger system 40 and liquefied or pseudo-liquefied, throttled to some high-pressure column pressure (27) and then via the lines 28 and 29 in The feed station is located some practical or theoretical plates above the feed of the first air stream 29. At least a portion of the supplied liquid air is withdrawn via line 35 back from the high pressure column 50 and the supercooling Countercurrent 53, line 36 and throttle valve 37 of the low pressure column 51 fed to a suitable first intermediate point.
  • a third air stream 30 is shown, which is introduced together with the first via line 9 in the main heat exchanger 40. After the diversion of the first air flow at the first intermediate temperature of the third air flow continues its cooling in the main heat exchanger 40 to the cold end, it is optionally liquefied or pseudo-liquefied and then via a throttle valve 31 and the lines 32 and 29 together with the throttled second Air stream 28 introduced into the distillation column system.
  • the two recompression stages 22 and 24 are each driven by a common shaft of the expansion machines 11, 12.
  • Liquid raw oxygen 54 from the bottom of the high-pressure column 50 is cooled in the subcooling countercurrent 53 and introduced via line 55 and throttle valve 56 at a second intermediate point in the low pressure column 51, which is arranged below the first intermediate point.
  • Liquid nitrogen 57 from the main condenser 52 is fed to a first part 58 as reflux to the top of the high pressure column 50.
  • the remainder 59 is discharged to a part 60, 61 as liquid product (LIN) and fed to another part 62 of an internal compression.
  • the liquid nitrogen 62 is brought in a nitrogen pump 63 to a pressure of 7 to 100 bar
  • the high pressure liquid nitrogen 64 is vaporized in the main heat exchanger system 40 and to about ambient temperature warmed up.
  • the nitrogen product stream 65 withdrawn from the hot end of the main heat exchanger system 40 exits the plant as a gaseous high pressure nitrogen compressed nitrogen product [GAN I (IC)].
  • a liquid impure nitrogen stream 66 is withdrawn and abandoned after cooling in the subcooling countercurrent 53 via line 67 as reflux liquid to the head of the low pressure column 51.
  • Via line 68 can - for example, when starting the system, but also in stationary operation - additional reflux liquid are applied to the low pressure column 51, for example, from a liquid tank comes from either an external source, with the liquid nitrogen 61 from the main capacitor 52 or both are fed.
  • Liquid oxygen 69 is brought in an oxygen pump 46 to an elevated pressure of 6 to about 100 bar. A first portion thereof forms the "liquid oxygen product stream" and is supplied via line 71 to the cold end of the main heat exchanger 40.
  • the oxygen product stream is vaporized or pseudo-evaporated under the elevated pressure in the main heat exchanger system 40, warmed to about ambient temperature, and finally withdrawn as gaseous internal compressed oxygen pressure product stream (GOCX IC) 72.
  • GOCX IC gaseous internal compressed oxygen pressure product stream
  • a second part 73, 76, 77 is discharged after throttling to a pressure of about 1.5 bar via a separator (phase separator) 75 - optionally after cooling in the subcooling countercurrent 53 - as a liquid product (LOX).
  • the separated in the separator 75 steam 78 is returned to the low pressure column 51.
  • Main heat exchanger 40 warmed to about ambient temperature.
  • the warm nitrogen 82 is partially used under the high-pressure column pressure as a sealing gas (seal gas).
  • Another part 83 is further compressed in a nitrogen compressor 84 with aftercooler 85 and finally withdrawn as another pressurized nitrogen product (GAN2).
  • FIG. 2 is different from this FIG. 1 in that the adiabatic post-compression system is designed in three stages (22, 222, 24). To drive the three stages of the first air stream 10 in three parallel expansion machines 11, 211, 12 is relaxed work, each coupled to one of the Nachverdichtungst 22, 222, 24.

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Abstract

Das Verfahren und die Vorrichtung dienen zur Erzeugung eines gasförmigen Sauerstoff-Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Destilliersäulen-System (50, 51). Die gesamte Einsatzluft (1) wird in einem Hauptluftverdichter (3) auf einen ersten Druck (p1) verdichtet. Mindestens ein Teil der verdichteten Einsatzluft (6, 8) wird in einem Hauptwärmetauscher-System (40) in indirektem Wärmeaustausch gegen mindestens einen Rückstrom (64, 71, 79, 81) aus dem Destilliersäulen-System (50, 51) abgekühlt und in das Destilliersäulen-System (50, 51) eingeleitet. Ein erster Luftstrom (9, 10) und ein zweiter Luftstrom (20, 21) werden aus der verdichteten Einsatzluft (6, 8) abgezweigt. Der erste Luftstrom (9) wird unter dem ersten Druck (p1) dem Hauptwärmetauscher-System (40) zugeführt und dort auf eine erste Zwischentemperatur (T1) abgekühlt. Der abgekühlte erste Luftstrom (10) wird arbeitsleistend entspannt (11, 12; 211). Mindestens ein Teil des arbeitsleistend entspannten ersten Luftstroms (13) wird in das Destilliersäulen-System (50, 51) eingeleitet. Der zweite Luftstrom (20) wird unter dem ersten Druck (p1) dem Hauptwärmetauscher-System (11) zugeführt und dort auf eine zweite Zwischentemperatur (T2) abgekühlt und anschließend in einem Nachverdichtungssystem, das mindestens zwei Stufen (22, 24) aufweist, von dem ersten Druck (p1) auf einen zweiten Druck (p2) nachverdichtet, der höher als der erste Druck (p1) ist. Der nachverdichtete zweite Luftstrom (26) wird unter dem zweiten Druck (p2) dem warmen Ende des Hauptwärmetauscher-Systems (40) zugeführt, im Hauptwärmetauscher-System (40) abgekühlt und verflüssigt oder pseudo-verflüssigt und anschließend in das Destilliersäulen-System eingeleitet (28, 29). Ein flüssiger Sauerstoff-Produktstrom (69) wird aus dem Destilliersäulen-System (51) entnommen, in flüssigem Zustand auf einen erhöhten Druck gebracht (70), unter diesem erhöhten Druck im Hauptwärmetauscher-System (40) verdampft oder pseudo-verdampft, auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt und schließlich als gasförmiger Sauerstoff-Druckproduktstrom (72) abgezogen. Das Nachverdichtungssystem ist adiabat ausgebildet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Verfahren und Vorrichtungen zur Tieftemperaturzerlegung von Luft sind zum Beispiel aus Hausen/Linde, Tieftemperaturtechnik, 2. Auflage 1985, Kapitel 4 (Seiten 281 bis 337) bekannt.
  • Das Destilliersäulen-System der Erfindung kann als Zwei-Säulen-System (zum Beispiel als klassisches Linde-Doppelsäulensystem), oder auch als Drei- oder Mehr-Säulen-System. Es kann zusätzlich zu den Kolonnen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung weitere Vorrichtungen zur Gewinnung hochreiner Produkte und/oder anderer Luftkomponenten, insbesondere von Edelgasen aufweisen, beispielsweise eine Argongewinnung und/oder eine Krypton-Xenon-Gewinnung
  • Bei dem Prozess wird ein flüssig auf Druck gebrachter Sauerstoff-Produktstrom gegen einen Wärmeträger verdampft und schließlich als gasförmiges Druckprodukt gewonnen. Diese Methode wird auch als Innenverdichtung bezeichnet. Sie dient zur Gewinnung von Drucksauerstoff. Für den Fall eines überkritischen Drucks findet kein Phasenübergang im eigentlichen Sinne statt, der Produktstrom wird dann "pseudo-verdampft".
  • Bei dem Prozess wird ein flüssig auf Druck gebrachter Sauerstoff-Produktstrom gegen einen Wärmeträger verdampft und schließlich als gasförmiges Druckprodukt gewonnen. Diese Methode wird auch als Innenverdichtung bezeichnet. Sie dient zur Gewinnung von Drucksauerstoff. Für den Fall eines überkritischen Drucks findet kein Phasenübergang im eigentlichen Sinne statt, der Produktstrom wird dann "pseudo-verdampft".
  • Gegen den (pseudo-)verdampfenden Produktstrom wird ein unter hohem Druck stehender Wärmeträger verflüssigt (beziehungsweise pseudo-verflüssigt, wenn er unter überkritischem Druck steht). Der Wärmeträger wird häufig durch einen Teil der Luft gebildet, im vorliegenden Fall von dem "zweiten Teilstrom" der verdichteten Einsatzluft.
  • Innenverdichtungsverfahren sind zum Beispiel bekannt aus DE 830805 , DE 901542 (= US 2712738 / US 2784572 ), DE 952908 , DE 1103363 (= US 3083544 ), DE 1112997 (= US 3214925 ), DE 1124529 , DE 1117616 (= US 3280574 ), DE 1226616 (= US 3216206 ), DE 1229561 (= US 3222878 ), DE 1199293 , DE 1187248 (= US 3371496 ), DE 1235347 , DE 1258882 (= US 3426543 ), DE 1263037 (= US 3401531 ), DE 1501722 (= US 3416323 ), DE 1501723 (= US 3500651 ), DE 253132 (= US 4279631 ), DE 2646690 , EP 93448 B1 (= US 4555256 ), EP 384483 B1 (= US 5036672 ), EP 505812 B1 (= US 5263328 ), EP 716280 B1 (= US 5644934 ), EP 842385 B1 (= US 5953937 ), EP 758733 B1 (= US 5845517 ), EP 895045 B1 (= US 6038885 ), DE 19803437 A1 , EP 949471 B1 (= US 6185960 B1 ), EP 955509 A1 (= US 6196022 B1 ), EP 1031804 A1 (= US 6314755 ), DE 19909744 A1 , EP 1067345 A1 (= US 6336345 ), EP 1074805 A1 (= US 6332337 ), DE 19954593 A1 , EP 1134525 A1 (= US 6477860 ), DE 10013073 A1 , EP 1139046 A1 , EP 1146301 A1 , EP 1150082 A1 , EP 1213552 A1 , DE 10115258 A1 , EP 1284404 A1 (= US 2003051504 A1 ), EP 1308680 A1 (= US 6612129 B2 ), DE 10213212 A1 , DE 10213211 A1 , EP 1357342 A1 oder DE 10238282 A1 DE 10302389 A1 , DE 10334559 A1 , DE 10334560 A1 , DE 10332863 A1 , EP 1544559 A1 , EP 1585926 A1 , DE 102005029274 A1 EP 1666824 A1 , EP 1672301 A1 , DE 102005028012 A1 , WO 2007033838 A1 , WO 2007104449 A1 , EP 1845324 A1 , DE 102006032731 A1 , EP 1892490 A1 , DE 102007014643 A1 , A1, EP 2015012 A2 , EP 2015013 A2 , EP 2026024 A1 , WO 2009095188 A2 oder DE 102008016355 A1 .
  • Das "Hauptwärmetauscher-System" dient zur Abkühlung von Einsatzluft in indirektem Wärmeaustausch mit Rückströmen aus dem Destilliersäulen-System. Es kann aus einem oder mehreren parallel und/oder seriell verbundenen Wärmetauscherabschnitten gebildet sein, zum Beispiel aus einem oder mehreren Plattenwärmetauscher-Blöcken.
  • Der Begriff "Nachverdichtungssystem" wird hier ein System aus mindestens zwei seriell verbundenen Stufen (im Folgenden auch "Verdichterstufen" genannt) aufweist. Der zweite Luftstrom durchströmt also zunächst eine erste Stufe des Nachverdichtungssystems und später die letzte Stufe des Nachverdichtungssystems.
  • Dazwischen können andere Verfahrensschritte angeordnet sein, die keine wesentliche Änderung der Zusammensetzung des Luftstroms bewirken, insbesondere weitere Stufen des Nachverdichtungssystems (falls vorhanden) und grundsätzlich auch Wärmetauscher zur Abkühlung des zweiten Luftstrom unter einem Zwischendruck. Zwei oder mehr Stufen des Nachverdichtungssystems können grundsätzlich einen gemeinsamen Antrieb aufweisen; alternativ werden alle Stufen des Nachverdichters separat angetrieben.
  • Innenverdichtungsverfahren mit einem zweistufigem Nachverdichtungssystem sind beispielsweise aus WO 2007104449 A1 bekannt; das Nachverdichtungssystem besteht hier aus zwei warmen Verdichterstufen mit Zwischenkühlung oder aus je einer kalten und warmen Verdichterstufe, wobei die kalte Verdichtungsstufe stromabwärts der warmen angeordnet ist.
  • Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist in Figur 4 von DE 102007042462 A1 offenbart. Auch hier sind zwei warme Nachverdichter-Stufen mit jeweils eigenem Nachkühler seriell verbunden. Zusätzlich wird der nachzuverdichtende Luftstrom am warmen Ende etwas abgekühlt, allerdings lediglich auf eine leicht erniedrigte Temperatur von 240 bis 270 K.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine entsprechende Vorrichtung anzugeben, die wirtschaftlich besonders günstig zu betreiben sind, indem sie eine erhöhte Produktsausbeute, eine höhere Produktreinheit, geringere Betriebskosten und/oder geringere Investitionskosten aufweisen.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Nachverdichtungssystem adiabat ausgebildet ist.
  • Überraschenderweise führt die adiabate Betriebsweise des Nachverdichtungssystems, also der Verzicht auf jegliche Zwischenkühlung zwischen seinen Stufen, nicht nur zu einer apparativen Einsparung, sondern immer noch zu einem insgesamt sehr effizienten Verfahren.
  • Die zweite Zwischentemperatur, unter der der zweite Luftstrom dem Nachverdichtungssystem zugeführt wird, liegt unterhalb der Temperatur des warmen Endes des Hauptwärmetauscher-Systems, insbesondere um mindestens 10 K. Sie beträgt beispielsweise 230 bis 270 K.
  • Das Destilliersäulen-System der Erfindung weist vorzugsweise eine Hochdrucksäule und eine Niederdrucksäule auf. Der erste Druck, auf den die Gesamtluft verdichtet wird, ist mindestens 5 bar, vorzugsweise mindestens 10 bar höher als der Betriebsdruck am Kopf der Hochdrucksäule.
  • Vorzugsweise wird die arbeitsleistende Entspannung des ersten Luftstroms in zwei parallel geschalteten Entspannungsmaschinen durchgeführt, wobei eine beiden Entspannungsmaschinen mit der letzten Stufe des Nachverdichtungssystems und die andere der beiden Entspannungsmaschinen mit einer anderen Stufe des Nachverdichtungssystems direkt mechanisch gekoppelt ist
  • Parallelschaltung bedeute hier, dass die beiden Entspannungsmaschinen den gleichen Eintrittsdruck aufweisen. Vorzugsweise weisen Sie auch die gleiche Eintrittstemperatur und den gleichen Austrittsdruck auf. Alternativ werden sie mit verschiedenen Eintrittstemperaturen und/oder mit verschiedenen Austrittsdrücken betrieben.
  • Drücke werden hier als "gleich" bezeichnet, wenn der Druckunterschied zwischen den entsprechenden Stellen nicht größer als die natürlichen Leitungsverluste sind, die durch Druckverluste in Rohrleitungen, Wärmetauschern, Kühlern, Adsorbern etc. sind. Analog dazu befinden sich zwei Ströme auch dann auf "gleicher Temperatur", wenn sich ihre Temperaturen um einen Wert unterscheidet, der einem Temperaturunterschied durch natürliche Schwankungen oder durch übliche Isolationsverluste entlang einer Leitung entspricht.
  • Die Entspannungsmaschinen werden beispielsweise durch Turbinen mit je einem Turbinenrad gebildet.
  • Unter einer "direkten mechanischen Kopplung" wird hier eine direkte Verbindung zwischen Entspannungsmaschine und Nachverdichterstufe über eine gemeinsame Welle verstanden, insbesondere nicht über ein Getriebe.
  • Falls alle Stufen des Nachverdichtungssystems als Kaltverdichter betrieben werden, muss für die Erzeugung von Verfahrenskälte eine der Entspannungsmaschinen an eine warme Bremsvorrichtung gekoppelt sein, also an eine dissipative Bremse (zum Beispiel Ölbremse), an einen Generator oder an einen warmen Verdichter. Dies kann durch Einsatz einer entsprechenden dritten Entspannungsmaschine realisiert werden, die mit keiner der Stufen des Nachverdichtungssystems gekoppelt ist, oder dadurch, dass auf der Welle einer der oben erwähnten Entspannungsmaschinen zusätzlich eine Ölbremse oder ein Generator angeordnet ist.
  • Günstiger ist es jedoch, wenn der zweite Luftstrom stromabwärts des Nachverdichtungssystems in einem Nachkühler in indirektem Wärmeaustausch mit Kühlwasser abgekühlt wird, bevor er dem warmen Ende des Hauptwärmetauscher-Systems zugeführt wird. Damit kann ein Teil der mechanischen Energie, die in der Entspannungsmaschine erzeugt wird, die mit der letzten Stufe des Nachverdichtungssystems gekoppelt ist, ins Warme abgegeben werden. Auf diese Weise erzeugt die entsprechende Entspannungsmaschine sowohl zum Antrieb der letzten Stufe erforderliche Energie als auch mindestens einen Teil der benötigten Verfahrenskälte. Vorzugsweise produziert sie die gesamte Kälte, die in dem Prozess für den Ausgleich von Isolierungs- und Austauschverlusten sowie gegebenenfalls für die Produktverflüssigung benötigt wird.
  • In einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung weist das Nachverdichtungssystem genau zwei Stufen. In einer zweiten Ausführungsform weist das Nachverdichtungssystem genau drei Stufen oder mehr als drei Stufen auf, wobei die arbeitsleistende Entspannung des ersten Luftstroms in drei parallel geschalteten Entspannungsmaschinen durchgeführt wird, wobei jede der drei Entspannungsmaschinen mit je einer Stufe des Nachverdichtungssystems direkt mechanisch gekoppelt ist. Damit lassen sich noch höhere Enddrücke im zweiten Luftstrom erreichen, weiterhin ohne Einsatz von externer Energie, die über den Antrieb des Hauptluftverdichters hinausginge.
  • Es ist günstig, wenn ein dritter Luftstrom, der zusätzlich zum ersten und zum zweiten Luftstrom aus der auf den ersten Druck (p1) verdichteten Einsatzluft abgezweigt wird, unter dem ersten Druck (p1) im Hauptwärmetauscher bis zum kalten Ende abgekühlt und anschließend in das Destilliersäulen-System eingeleitet wird. Der erste und der dritte Luftstrom können in gemeinsamen Passagen des Hauptwärmetauscher-Systems bis zu der ersten Zwischentemperatur abgekühlt werden, wobei der erste Luftstrom bei der ersten Zwischentemperatur abgezweigt und aus dem Hauptwärmetauscher-System herausgeführt wird, dritte Luftstrom seine Abkühlung aber bis zum kalten Ende fortsetzt. Alternativ können der erste und der dritte Luftstrom in getrennten Passagen des Hauptwärmetauscher-Systems abgekühlt werden.
  • Der dritte Luftstrom unterstützt den zweiten Luftstrom bei der (Pseudo-)Verdampfung des Sauerstoff-Produktstroms.
  • Vorzugsweise wird die gesamte auf den ersten Druck (p1) verdichtete Einsatzluft auf den ersten und den zweiten Luftstrom aufgeteilt, beziehungsweise - falls drei Luftströme eingesetzt werden - auf den ersten, zweiten und dritten Luftstrom. Selbstverständlich kann immer noch ein Teil der in dem Hauptluftverdichter komprimierten Druckluft für andere Zwecke eingesetzt werden. Dieser Luftanteil, beispielsweise lnstrumentenluft, stellt keinen Teil der "Einsatzluft" dar, die in das Destilliersäulen-System eingeführt wird.
  • Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß den Patentansprüchen 7 bis 10.
  • Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen:
    • Figur 1
    ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei parallel geschalteten Turbinen und einem zweistufigen Nachverdichtungssystem und
    Figur 2
    ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit drei parallel geschalteten Turbinen und einem dreistufigen Nachverdichtungssystem.
  • In dem Verfahren der Figur 1 wird atmosphärische Luft 1 nach Durchströmen eines Filters 2 in einem Hauptluftverdichter 3 auf einen ersten Druck p1 von ca. 18 bar verdichtet. Die verdichtete Einsatzluft 4 wird in einer Kühlvorrichtung 5, die beispielsweise durch einen Direktkontaktkühler oder durch einen oder mehrere indirekte Kühlstufen gebildet wird, abgekühlt und anschließend über Leitung 6 einer Reinigungsvorrichtung 7 zugeführt, die ein Paar umschaltbarer Behälter aufweist, die mit einem Adsorptionsmittel, insbesondere mit einem Molekularsieb gefüllt sind.
  • Die gereinigte Einsatzluft 8 wird in einen ersten Luftstrom 9, 10 (so genannter Turbinenstrom) und einen zweiten Luftstrom 20 (so genannter Drosselstrom) und einen fakultativen dritten Luftstrom 9, 30 aufgeteilt (zusätzlicher Drosselstrom).
  • Der erste Luftstrom 9, 10 wird direkt einem Hauptwärmetauscher-System 40 an dessen warmem Ende zugeleitet. Das Hauptwärmetauscher-System 40 wird in dem Beispiel durch einen einzelnen Wärmetauscherblock gebildet und im Folgenden als Hauptwärmetauscher bezeichnet. In dem Hauptwärmetauscher 40 wird der erste Luftstrom auf eine erste Zwischentemperatur T1 abgekühlt und über Leitung 10 unter dieser Zwischentemperatur und dem ersten Druck p1 zwei parallel geschalteten Entspannungsmaschinen 11, 12 zugeführt, die durch je einen Turboexpander gebildet werden. Der arbeitsleistend entspannte erste Luftstrom 14 wird wieder vereinigt und in ein Destilliersäulen-System eingeleitet, das in dem Beispiel eine Hochdrucksäule 50, eine Niederdrucksäule 51, einen Hauptkondensator 52 und einen Unterkühlungs-Gegenströmer 53 aufweist. Die Betriebsdrücke (jeweils am Kopf) betragen 3bis 12 bar in der Hochdrucksäule und 1,2 bis 4,5 bar in der Niederdrucksäule, in einem konkreten Beispiel 1,4 bar beziehungsweise 5,8 bar.
  • Der zweite Luftstrom 20 wird in dem Hauptwärmetauscher 40 auf eine zweite Zwischentemperatur T1 von 250 K abgekühlt. Der abgekühlte zweite Luftstrom 21 wird unter der zweiten Zwischentemperatur T1 und unter dem ersten Druck p1 der ersten Stufe 22 eines zweistufigen Nachverdichtungssystems (22, 24, 25) zugeführt und zunächst auf einen Zwischendruck nachverdichtet. Über Leitung 23 wird er direkt (das heißt insbesondere ohne Zwischenkühlung) zur zweiten und letzten Stufe 24 des Nachverdichtungssystem geleitet und weiter dort auf einen zweiten Druck p2 von 45 bar verdichtet. Die Eintrittstemperatur der zweiten Stufe 24 liegt etwa auf dem Niveau der Umgebungstemperatur, während die erste Stufe 22 als Kaltverdichter betrieben wird, also mit einer Eintrittstemperatur auf deutlich niedrigerem Niveau. Die Verdichtungswärme der zweiten Stufe 24 wird in einem Nachkühler 25 durch indirekten Wärmeaustausch mit Kühlwasser entfernt. Das hier zweistufige Nachverdichtungssystem wird adiabat betrieben, das heißt es wird keine Kühlung zwischen den beiden Stufen 22, 24 vorgenommen.
  • Der nachverdichtete zweite Luftstrom 26 wird unter dem zweiten Druck p2 dem warmen Ende des Hauptwärmetauscher-Systems 40 zugeführt, im Hauptwärmetauscher-System 40 abgekühlt und verflüssigt oder pseudo-verflüssigt, auf etwas Hochdrucksäulendruck abgedrosselt (27) und anschließend über die Leitungen 28 und 29 in das Destilliersäulen-System eingeleitet, nämlich in die Hochdrucksäule 50. Die Einspeisestelle liegt einige praktische oder theoretische Böden oberhalb der Zuspeisung des ersten Luftstroms 29. Mindestens ein Teil der zugeführten flüssigen Luft wird über Leitung 35 wieder aus der Hochdrucksäule 50 entnommen und über den Unterkühlungs-Gegenströmer 53, Leitung 36 und Drosselventil 37 der Niederdrucksäule 51 an einer geeigneten ersten Zwischenstelle zugeleitet.
  • In dem Beispiel ist ein dritter Luftstrom 30 gezeigt, der gemeinsam mit dem ersten über Leitung 9 in den Hauptwärmetauscher 40 eingeführt wird. Nach der Abzweigung des ersten Luftstroms bei der ersten Zwischentemperatur setzt der dritte Luftstrom seine Abkühlung im Hauptwärmetauscher 40 bis zum kalten Ende fort, wird dabei gegebenenfalls verflüssigt beziehungsweise pseudo-verflüssigt und anschließend über ein Drosselventil 31 und die Leitungen 32 und 29 gemeinsam mit dem gedrosselten zweiten Luftstrom 28 in das Destilliersäulen-System eingeleitet.
  • Die beiden Nachverdichtungsstufen 22 und 24 werden über je eine gemeinsame Welle von den Entspannungsmaschinen 11, 12 angetrieben.
  • Flüssiger Rohsauerstoff 54 vom Sumpf der Hochdrucksäule 50 wird im Unterkühlungs-Gegenströmer 53 abgekühlt und über Leitung 55 und Drosselventil 56 an einer zweiten Zwischenstelle in die Niederdrucksäule 51 eingeleitet, die unterhalb der ersten Zwischenstelle angeordnet ist. Flüssiger Stickstoff 57 aus dem Hauptkondensator 52 wird zu einem ersten Teil 58 als Rücklauf auf den Kopf der Hochdrucksäule 50 aufgegeben. Der Rest 59 wird zu einem Teil 60, 61 als Flüssigprodukt (LIN) abgegeben und zu einem anderen Teil 62 einer Innenverdichtung zugeführt. Dabei wird der flüssige Stickstoff 62 in einer Stickstoffpumpe 63 auf einen Druck von 7 bis 100 bar gebracht Der flüssige Hochdruck-Stickstoff 64 wird in dem Hauptwärmetauscher-System 40 verdampft und auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt. Der vom warmen Ende des Hauptwärmetauscher-Systems 40 abgezogene Stickstoffproduktstrom 65 verlässt die Anlage als gasförmiges innenverdichtetes Hochdruck-Stickstoffprodukt [GAN I (IC)].
  • Einige praktische oder theoretische Böden unterhalb des Kopfs der Hochdrucksäule 50 wird ein flüssiger Unreinstickstoffstrom 66 abgezogen und nach Abkühlung im Unterkühlungs-Gegenströmer 53 über Leitung 67 als Rücklaufflüssigkeit auf den Kopf der Niederdrucksäule 51 aufgegeben. Über Leitung 68 kann - zum Beispiel beim Anfahren der Anlage, aber auch im stationären Betrieb - zusätzliche Rücklaufflüssigkeit auf die Niederdrucksäule 51 aufgegeben werden, die beispielsweise aus einem Flüssigtank stammt der entweder aus einer äußeren Quelle, mit dem Flüssigstickstoff 61 aus dem Hauptkondensator 52 oder aus beidem gespeist wird.
  • Flüssiger Sauerstoff 69 wird in einer Sauerstoffpumpe 46 auf einen erhöhten Druck von 6 bis ca. 100 bar gebracht. Ein erster Teil davon bildet den "flüssiger Sauerstoff-Produktstrom" und wird über Leitung 71 dem kalten Ende des Hauptwärmetauschers 40 zugeführt. Der Sauerstoff-Produktstrom wird unter dem erhöhten Druck im Hauptwärmetauscher-System 40 verdampft oder pseudo-verdampft, auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt und schließlich als gasförmiger innenverdichteter Sauerstoff-Druckproduktstrom (GOCX IC) 72 abgezogen.
  • Ein zweiter Teil 73, 76, 77 wird nach Drosselung auf einen Druck von ca. 1,5 bar über einen Abscheider (Phasentrenner) 75 - gegebenenfalls nach Abkühlung im Unterkühlungs-Gegenströmer 53 - als Flüssigprodukt (LOX) abgegeben. Der im Abscheider 75 abgetrennte Dampf 78 wird in die Niederdrucksäule 51 zurückgeleitet.
  • Vom Kopf der Niederdrucksäule 51 wird Unreinstickstoff als Restgasstrom 79 entnommen und in dem Hauptwärmetauscher-System 40 auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt Der vom warmen Ende des Hauptwärmetauscher-Systems 11 abgezogene Restgasstrom 80 (oder nur ein Teil davon) wird in die Atmosphäre abgeblasen beziehungsweise als Regeneriergas in der Reinigungsvorrichtung 7 oder als trockenes Gas in einem Verdunstungskühler zur Abkühlung von Kühlwasser für die Kühlvorrichtung 5 genutzt.
  • Etwa auf Höhe der Entnahme der Rücklaufflüssigkeit 66, 67 für die Niederdrucksäule wird ein gasförmiger Stickstoffstrom 81 aus der Hochdrucksäule 50 entnommen, im
  • Hauptwärmetauscher 40 auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt. Der warme Stickstoff 82 wird teilweise unter dem Hochdrucksäulendruck als Dichtgas (Sealgas) eingesetzt. Ein anderer Teil 83 wird in einem Stickstoffverdichter 84 mit Nachkühler 85 weiter verdichtet und schließlich als weiteres Druckstickstoffprodukt (GAN2) abgezogen.
  • Figur 2 unterscheidet sich dadurch von Figur 1, dass das adiabate Nachverdichtungssystem dreistufig (22, 222, 24) ausgebildet ist. Zum Antrieb der drei Stufen wird der erste Luftstrom 10 in drei parallelen Entspannungsmaschinen 11, 211, 12 arbeitsleistend entspannt, die jeweils an einer der Nachverdichtungsstufen 22, 222, 24 gekoppelt sind.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Erzeugung eines gasförmigen Sauerstoff-Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Destilliersäulen-System (50, 51) , bei dem
    - die gesamte Einsatzluft (1) in einem Hauptluftverdichter (3) auf einen ersten Druck (p1) verdichtet wird,
    - mindestens ein Teil der verdichteten Einsatzluft (6, 8) in einem Hauptwärmetauscher-System (40) in indirektem Wärmeaustausch gegen mindestens einen Rückstrom (64, 71, 79, 81) aus dem Destilliersäulen-System (50, 51) abgekühlt und in das Destilliersäulen-System (50, 51) eingeleitet wird,
    - ein erster Luftstrom (9, 10) und ein zweiter Luftstrom (20, 21) aus der verdichteten Einsatzluft (6, 8) abgezweigt werden,
    - der erste Luftstrom (9) unter dem ersten Druck (p1) dem Hauptwärmetauscher-System (40) zugeführt und dort auf eine erste Zwischentemperatur (T1) abgekühlt wird,
    - der abgekühlte erste Luftstrom (10) arbeitsleistend entspannt (11, 12; 211) wird,
    - mindestens ein Teil des arbeitsleistend entspannten ersten Luftstroms (13) in das Destilliersäulen-System (50, 51) eingeleitet wird,
    - der zweite Luftstrom (20) unter dem ersten Druck (p1) dem Hauptwärmetauscher-System (11) zugeführt und dort auf eine zweite Zwischentemperatur (T2) abgekühlt wird,
    - der zweite Luftstrom (21) anschließend in einem Nachverdichtungssystem, das mindestens zwei Stufen (22, 24) aufweist, von dem ersten Druck (p1) auf einen zweiten Druck (p2) nachverdichtet wird, der höher als der erste Druck (p1) ist,
    - der nachverdichtete zweite Luftstrom (26) unter dem zweiten Druck (p2) dem warmen Ende des Hauptwärmetauscher-Systems (40) zugeführt, im Hauptwärmetauscher-System (40) abgekühlt und verflüssigt oder pseudo-verflüssigt und anschließend in das Destilliersäulen-System eingeleitet (28, 29) wird,
    - ein flüssiger Sauerstoff-Produktstrom (69) aus dem Destilliersäulen-System (51) entnommen, in flüssigem Zustand auf einen erhöhten Druck gebracht (70), unter diesem erhöhten Druck im Hauptwärmetauscher-System (40) verdampft oder pseudo-verdampft, auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt und schließlich als gasförmiger Sauerstoff-Druckproduktstrom (72) abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass
    - das Nachverdichtungssystem adiabat ausgebildet ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die arbeitsleistende Entspannung des ersten Luftstroms in zwei parallel geschalteten Entspannungsmaschinen (11, 12) durchgeführt wird, wobei eine beiden Entspannungsmaschinen (12) mit der letzten Stufe (24) des Nachverdichtungssystems und die andere der beiden Entspannungsmaschinen (11) mit einer anderen Stufe des Nachverdichtungssystems direkt mechanisch gekoppelt ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite-Luftstrom (26) stromabwärts des Nachverdichtungssystems in einem Nachkühler (25) in indirektem Wärmeaustausch mit Kühlwasser bzw. mit einem anzuwärmenden Produktstrom abgekühlt wird, bevor er dem warmen Ende des Hauptwärmetauscher-Systems (40) zugeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachverdichtungssystem drei Stufen (22, 222, 24) aufweist und die arbeitsleistende Entspannung des ersten Luftstroms in drei parallel geschalteten Entspannungsmaschinen (11, 211, 12) durchgeführt wird, wobei jede der drei Entspannungsmaschinen mit je einer Stufe des Nachverdichtungssystems direkt mechanisch gekoppelt ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Luftstrom (9, 30), der zusätzlich zum ersten und zum zweiten Luftstrom aus der auf den ersten Druck (p1) verdichteten Einsatzluft (6,8) abgezweigt wird, unter dem ersten Druck (p1) in dem Hauptwärmetauscher-System (40) bis zum kalten Ende abgekühlt und anschließend in das Destilliersäulen-System (50, 51) eingeleitet (30, 32, 29) wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 0, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte auf den ersten Druck (p1) verdichtete Einsatzluft (6, 8) auf den ersten und den zweiten Luftstrom (9,10; 20) beziehungsweise auf den ersten, zweiten und dritten Luftstrom (9, 10; 20; 9, 30) aufgeteilt wird.
  7. Vorrichtung zur Erzeugung eines gasförmigen Sauerstoff-Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft mit
    - einem Destilliersäulen-System (50, 51),
    - einem Hauptluftverdichter (3) zum Verdichten der gesamten Einsatzluft (1) auf einen ersten Druck (p1),
    - Hauptwärmetauscher-System (40) zum Abkühlen mindestens eines Teils der verdichteten Einsatzluft (6, 8) in indirektem Wärmeaustausch gegen mindestens einen Rückstrom (64, 71, 79, 81) aus dem Destilliersäulen-System (50, 51),
    - Mitteln zum Einleiten der abgekühlten Einsatzluft in das Destilliersäulen-System (50,51),
    - Mitteln zum Abzweigen eines ersten Luftstroms (9, 10) und eines zweiten Luftstroms (20, 21) aus der verdichteten Einsatzluft (6, 8),
    - Mitteln zum Zuführen des ersten Luftstroms (9) unter dem ersten Druck (p1) zu dem Hauptwärmetauscher-System (40),
    - Mitteln zum Entnehmen des auf eine erste Zwischentemperatur (T1) abgekühlten ersten Luftstroms (10) aus dem Hauptwärmetauscher-System (40),
    - Mitteln zum arbeitsleistenden Entspannen (11, 12; 211) des abgekühlten ersten Luftstroms (10),
    - Mitteln zum Einleiten mindestens eines Teils des arbeitsleistend entspannten ersten Luftstroms (13) in das Destilliersäulen-System (50, 51),
    - Mitteln zum Zuführen des zweiten Luftstroms (20) unter dem ersten Druck (p1) zu dem Hauptwärmetauscher-System (11),
    - Mitteln zum Entnehmen des auf eine zweite Zwischentemperatur (T2) abgekühlten zweiten Luftstroms (10) aus dem Hauptwärmetauscher-System (40),
    - Mitteln zum Einleiten des abgekühlten zweiten Luftstroms (21) in ein Nachverdichtungssystem, das mindestens zwei Stufen (22, 24) aufweist und für die Nachverdichtung von dem ersten Druck (p1) auf einen zweiten Druck (p2) ausgebildet ist, der höher als der erste Druck (p1) ist,
    - Mitteln zum Einleiten des nachverdichteten zweiten Luftstroms (26) unter dem zweiten Druck (p2) in das warme Ende des Hauptwärmetauscher-Systems (40) zum Abkühlen und Verflüssigen oder Pseudo-Verflüssigen,
    - Mitteln zum Einleiten (28, 29) des verflüssigten oder pseudo-verflüssigten zweiten Teilstroms in das Destilliersäulen-System,
    - Mitteln (70) zur Druckerhöhung eines flüssiger Sauerstoff-Produktstrom (69) aus dem Destilliersäulen-System (51) auf einen erhöhten Druck,
    - Mitteln zum Einleiten des Sauerstoff-Produktstroms unter diesem erhöhten Druck in das Hauptwärmetauscher-System (40) zum Verdampfen oder Pseudo-Verdampfen und zum Anwärmen auf etwa Umgebungstemperatur und mit
    - Mitteln zum Abziehen des angewärmten Sauerstoff-Produktstroms als gasförmiger Sauerstoff-Druckproduktstrom (72) abgezogen wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - das Nachverdichtungssystem adiabat ausgebildet ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum arbeitsleistenden Entspannen des ersten Luftstroms durch zwei parallel geschaltete Entspannungsmaschinen (11, 12) gebildet werden, wobei eine beiden Entspannungsmaschinen (12) mit der letzten Stufe (24) des Nachverdichtungssystems und die andere der beiden Entspannungsmaschinen (11) mit einer anderen Stufe des Nachverdichtungssystems direkt mechanisch gekoppelt ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch einen einem Nachkühler (25) zum Abkühlen des zweiten Luftstrom (26) stromabwärts des Nachverdichtungssystems und stromaufwärts des warmen Endes des Hauptwärmetauscher-Systems (40) in indirektem Wärmeaustausch mit Kühlwasser bzw. mit einem anzuwärmenden Produktstrom.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachverdichtungssystem drei Stufen (22, 222, 24) aufweist und die Mittel zum arbeitsleistenden Entspannen des ersten Luftstroms durch drei parallel geschaltete Entspannungsmaschinen (11, 211, 12) gebildet werden, wobei jede der drei Entspannungsmaschinen mit je einer Stufe des Nachverdichtungssystems direkt mechanisch gekoppelt ist
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