EP2758734A1 - Verfahren und vorrichtung zur tieftemperaturzerlegung von luft - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur tieftemperaturzerlegung von luft

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EP2758734A1
EP2758734A1 EP12762536.6A EP12762536A EP2758734A1 EP 2758734 A1 EP2758734 A1 EP 2758734A1 EP 12762536 A EP12762536 A EP 12762536A EP 2758734 A1 EP2758734 A1 EP 2758734A1
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EP
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pressure column
low
pressure
column
evaporator
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Georg Demski
Alexander Alekseev
Thomas Rathbone
Dimitri Goloubev
Ayhan Yayli
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Linde GmbH
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Linde GmbH
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    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/0429—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of feed air, e.g. used as waste or product air or expanded into an auxiliary column
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    • F25J3/04872—Vertical layout of cold equipments within in the cold box, e.g. columns, heat exchangers etc.
    • F25J3/04884—Arrangement of reboiler-condensers
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    • F25J2205/02—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum
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    • F25J2205/30—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using a washing, e.g. "scrubbing" or bubble column for purification purposes
    • F25J2205/32—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using a washing, e.g. "scrubbing" or bubble column for purification purposes as direct contact cooling tower to produce a cooled gas stream, e.g. direct contact after cooler [DCAC]
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    • F25J2205/30—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using a washing, e.g. "scrubbing" or bubble column for purification purposes
    • F25J2205/34—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using a washing, e.g. "scrubbing" or bubble column for purification purposes as evaporative cooling tower to produce chilled water, e.g. evaporative water chiller [EWC]
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    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/60—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using adsorption on solid adsorbents, e.g. by temperature-swing adsorption [TSA] at the hot or cold end
    • F25J2205/62—Purifying more than one feed stream in multiple adsorption vessels, e.g. for two feed streams at different pressures
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    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/50—Oxygen or special cases, e.g. isotope-mixtures or low purity O2
    • F25J2215/54—Oxygen production with multiple pressure O2
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    • F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/42—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being nitrogen
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    • F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/50—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being oxygen
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    • F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/52—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being oxygen enriched compared to air ("crude oxygen")
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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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    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/04—Down-flowing type boiler-condenser, i.e. with evaporation of a falling liquid film
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    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/10—Boiler-condenser with superposed stages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/30—External or auxiliary boiler-condenser in general, e.g. without a specified fluid or one fluid is not a primary air component or an intermediate fluid
    • F25J2250/40—One fluid being air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/30—External or auxiliary boiler-condenser in general, e.g. without a specified fluid or one fluid is not a primary air component or an intermediate fluid
    • F25J2250/50—One fluid being oxygen

Definitions

  • the invention relates to a method for the cryogenic separation of air according to the preamble of patent claim 1.
  • the method is carried out in a distillation column system for nitrogen-oxygen separation, which is a first
  • High-pressure column and a low pressure column and three condenser evaporator namely a high-pressure column head capacitor, a
  • Low-pressure column bottom evaporator and a secondary condenser The invention particularly relates to a low pressure process.
  • low pressure process is meant here a process in which the
  • Operating pressure at the top of the low-pressure column is less than 2.0 bar, in particular less than 1, 8 bar, in particular less than 1, 5 bar.
  • condenser-evaporator refers to a heat exchanger in which a first condensing fluid stream undergoes indirect heat exchange with a second evaporating fluid stream. Each condenser evaporator has a
  • Condensing passages or evaporation passages exist.
  • the condensation (liquefaction) of a first fluid flow is performed, in the evaporation space the evaporation of a second fluid flow.
  • Evaporation and liquefaction space are formed by groups of passages that are in heat exchange relationship with each other.
  • a condenser-evaporator may be formed, for example, as a falling film or bath evaporator.
  • the fluid to be evaporated flows from top to bottom through the evaporation space and is partially evaporated.
  • a bath evaporator (sometimes called “circulation evaporator” or “thermosiphon evaporator”) is the heat exchanger block in one
  • Liquid bath of the fluid to be evaporated This flows by means of
  • the remaining liquid flows outside the heat exchanger block back into the liquid bath.
  • the evaporation chamber may include both the evaporation passages and the outer space around the heat exchanger block.
  • the condenser evaporators for the low-pressure column (the high-pressure column head condenser, if it is designed as a low-pressure column intermediate evaporator, and the low-pressure column bottom evaporator) can inside the
  • the high-pressure column top condenser can also be arranged at the top of the first high-pressure column.
  • mass transfer elements are understood here all column internals, which cause the decisive for the distillation (rectification) intensive mass transfer between rising steam and trickling down liquid.
  • the term includes in particular conventional mass transfer trays, ordered packing and packed beds (disordered packing). Basically, at the
  • the high-pressure column and the low-pressure column each form a separation column in the process engineering sense. They are regularly arranged in a container. Alternatively, the mass transfer elements of each column may be distributed over two or more containers connected in correspondence.
  • the insert for the auxiliary capacitor is either by a part of the
  • Bath evaporator is formed.
  • the bottom liquid of the low-pressure column which runs from the bottom mass transfer element, into the evaporation space of the
  • Low-pressure column bottom evaporator introduced, and the unevaporated portion of Low pressure column bottoms liquid exiting the bottom of the low pressure column is at least partially fed to the side condenser.
  • air or a nitrogen-enriched fraction from a high-pressure column can be used as the heating medium.
  • the low-pressure column sump evaporator is heated together with the secondary condenser with a stream of air; this is unfavorable for the
  • High pressure column brought in a cold compressor to an elevated pressure and used as a heating medium in the low-pressure column bottom evaporator (and in the secondary condenser).
  • the use of a cold compressor is expensive and is also associated with heat input at a low temperature level, which is fundamentally unfavorable in terms of energy.
  • the invention has for its object to make such a method and a corresponding device so that a relatively low expenditure on equipment is operated and they are energetically particularly favorable to operate.
  • the method of the invention can be dispensed with a cold compressor and it is also no air in the low-pressure column bottom evaporator pre-liquefied.
  • the liquefaction chamber of the low-pressure column bottom evaporator is operated at about the pressure of the head of the second high-pressure column; in any case, the top gas of the second high-pressure column is not compressed before being introduced into the low-pressure column bottom evaporator, but preferably enters its liquefaction space under its natural pressure.
  • cold can be obtained by a pressurized nitrogen turbine by performing a nitrogen-enriched stream from a high-pressure column of the distillation column nitrogen-oxygen separation system and warming the work-expanded nitrogen-enriched stream in the main heat exchanger.
  • the nitrogen-enriched stream may originate from the second high-pressure column, but is preferably from the first
  • Inlet pressure is therefore equal to the operating pressure of the corresponding high-pressure column (minus line losses). It is beneficial if at least a part of the after work
  • Relaxation warmed nitrogen-enriched stream is used as a regeneration gas in a cleaning device for feed air. This not only constitutes a beneficial use of the work-stream decompressed stream, but also decouples the low pressure column pressure from the pressure loss that the
  • Regeneriergas in the cleaning device learns. Because the regeneration gas is not taken as usual from the low pressure column, the regeneration gas is not taken as usual from the low pressure column, the
  • Low pressure column pressure to be correspondingly lower, for example, lower than 1, 30 bar, and thus the entire pressure level can be lowered. This further increases the energy efficiency of the process.
  • the high-pressure column head condenser is operated as a low-pressure column intermediate evaporator by evaporating there a liquid intermediate fraction from the low pressure column and at least a portion of the vaporized in the low-pressure column intermediate evaporator intermediate fraction introduced as ascending gas in the low pressure column becomes.
  • the reflux liquid for the first high-pressure column is produced in a particularly advantageous manner and at the same time improves the separation efficiency of the low-pressure column.
  • the low-pressure column is formed by at least two sections, wherein a first section and a second section are each arranged in a separate container containing mass transfer elements, and the second section of the low-pressure column is arranged adjacent to the first high-pressure column.
  • the low pressure column is divided, that is their
  • Mass transfer elements are distributed to more than one container, in particular to exactly two containers. These containers are connected by piping, that overall the procedural effect of a low-pressure column is realized. As a result, the columns and condenser-evaporator can be arranged so that the liquids flow as far as possible due to natural gradient in the corresponding vessels.
  • the second section of the low-pressure column is arranged next to the first high-pressure column. "By” here means that the two columns are arranged in normal operation of the plant so that the projections of their cross sections on a horizontal plane do not overlap.
  • the first contains
  • the Low-pressure column intermediate evaporator and low-pressure column bottom evaporator and the second section, the mass transfer elements of the low-pressure column, over which the top product of this column is withdrawn.
  • the Low-pressure column can also be divided into three or more sections. Preferably, exactly two sections are used.
  • the first section of the low-pressure column is also arranged next to the first high-pressure column, in particular between the first high-pressure column and the second section of the low-pressure column. If the first high pressure column in one piece and the low pressure column are formed in two parts, in this case, all
  • first section of the low-pressure column is not on the ground, but slightly elevated, so that the liquid nitrogen, which is required as reflux in the low-pressure column, does not need to be pumped.
  • the first section of the low-pressure column may be arranged above the first high-pressure column.
  • the first section of the low pressure column may be above the first
  • the low-pressure column intermediate evaporator is preferably arranged above or within the first section of the low-pressure column.
  • the first case relates to the construction in which the low-pressure column intermediate evaporator is accommodated in an external container separate from the low-pressure column, the second to an internal low-pressure column intermediate evaporator installed in the top of the first section of the low-pressure column. It is also advantageous if the low-pressure column bottom evaporator is arranged below or within the first section of the low-pressure column.
  • the first case relates to the design in which the low-pressure column bottom evaporator is housed in an external, separate from the low-pressure column container, the second to an internal, built into the bottom of the low-pressure column low-pressure column evaporator.
  • Sub-condenser is arranged below the low-pressure column bottom evaporator.
  • the first and the second high-pressure column are arranged one above the other and the first high-pressure column is arranged below the second high-pressure column.
  • none of the usual arrangements is used, that is, neither the low-pressure column over a
  • High-pressure columns arranged one above the other, in particular the second high-pressure column over the first.
  • Low-pressure column is preferably arranged next to the high-pressure columns.
  • the two high-pressure columns can be accommodated in a common coldbox.
  • This common coldbox can be prefabricated cost-effectively in the factory. Then it is transported as a whole lying on the site, there erected and connected to the other parts of the system.
  • the low-pressure column is preferably accommodated in a second, separate coldbox, which can be prefabricated and transported in an analogous manner.
  • An arrangement of two columns “above one another” is understood here to mean that the upper end of the lower of the two columns is at a lower geodetic height than the lower end of the upper of the two columns and the projections of the two columns overlap in a horizontal plane.
  • the two columns are arranged exactly one above the other, that is, the axes of the two columns run on the same vertical line. This definition applies analogously to similar terms such as “above” and "below”.
  • the sub-capacitor is between the first and the second
  • High-pressure column arranged, in particular over the first high pressure column and under the second high pressure column. This seems illogical at first, because the secondary capacitor is functionally not connected to any of these columns. Overall, however, results in a very compact
  • this common coldbox can be inexpensively prefabricated in the factory without the need for a separate coldbox for the secondary condenser or the usually quite high cold box of the low-pressure column must be further increased.
  • air is used as the heating medium in the secondary condenser by at least partially condensing a third feed air stream in the secondary condenser, which is in particular below a third pressure which is higher than the first pressure.
  • the third pressure is equal to the second pressure and the second and the third feed air stream are diverted from a common partial air flow, which has previously been brought to a correspondingly increased pressure.
  • 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.
  • the feed air streams can be common and the lower
  • Pressure level of a common air purification are supplied. In many cases, however, it is better to provide two separate cleaning devices, which are operated under the two different pressures, as is known per se from EP 342436. It is favorable if the third feed air stream is formed by at least part of the cooled second partial air stream. Second and third feed air flow are thus brought together to an increased pressure (for example, the second or third pressure plus line losses) and then separated from each other in the second high-pressure column or the
  • the entire second partial air stream can be passed as a second feed air stream through the secondary condenser, there partially condensed only to a small extent and then passed as the first feed air stream into the second high-pressure column.
  • the third pressure in
  • Einblaseturbine be recovered by a fourth feed air stream is working expanded and introduced into the low pressure column.
  • the fourth feed air stream can, for example, be compressed to the same pressure level as the first feed air stream for the first high-pressure column and fed to the corresponding expansion machine at approximately the first pressure.
  • the secondary condenser is designed as a bath evaporator.
  • all condenser evaporators of the process are designed as bath evaporators. This results - especially in superimposed high-pressure columns - a particularly cost-effective design and a particularly reliable operation.
  • the low-pressure column evaporator at the top of the second high-pressure column that is, the low-pressure column sump evaporator sits above the second high-pressure column and the return liquid generated there can due to the natural gradient (ie without Liquid nitrogen pump) into the head of the second high-pressure column.
  • the low-pressure column bottom evaporator is preferably arranged directly above the top of the second high-pressure column, like a conventional top condenser.
  • the second high-pressure column and the low-pressure column bottom evaporator can be accommodated in a common container, wherein between the evaporation space of the low-pressure column bottom evaporator and the head region of the second
  • High pressure column is arranged a partition wall.
  • the low-pressure column intermediate evaporator and / or low-pressure column bottom evaporator can be designed as a falling film evaporator.
  • the secondary condenser can be designed as a bath evaporator or alternatively also as a falling-film evaporator.
  • a third high-pressure column can be used in the method of the invention. It is preferably under higher pressure than the second
  • Sub-condenser can be used. Accordingly, the lower is the
  • the invention also relates to a device according to claims 22 and 23.
  • the device according to the invention can be supplemented by device features which correspond to the features of the dependent method claims.
  • Figure 1 shows a first embodiment of the invention with pressure nitrogen turbine and two cleaning devices under different pressure level
  • Figure 2 shows a second embodiment with injection turbine and a
  • FIG. 3 shows a third exemplary embodiment with three high-pressure columns
  • Figure 4 shows an embodiment with arrangement of the first portion of
  • Figure 5 shows an embodiment with arrangement of the first portion of
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment with the arrangement of a secondary condenser between two separating columns
  • FIG. 7 shows a first embodiment of the variant of the invention, in which the
  • High-pressure columns are arranged one above the other, with arrangement of the
  • Figure 8 shows a second embodiment of this variant of the invention with
  • Figure 9 shows a third embodiment of this variant of the invention
  • Atmospheric air 1 is sucked in Figure 1 by a main air compressor 3 with aftercooler 4 via a filter 2 and there compressed to a first total air pressure of 3, 1 bar.
  • the main air compressor may have two or more stages with intercooling; it is preferably designed for redundancy reasons two-stranded (both not shown in the drawing).
  • the total air flow 5 is under the first total air pressure and a temperature of 295 K a first
  • Direct contact cooler 6 fed and cooled there in direct heat exchange with cooling water 7 from an evaporative cooler 8 further to 283 K.
  • the cooled total air flow 9 is divided into a first partial air flow 10 and a second partial air flow 11.
  • the second partial air stream 1 1 is in a secondary compressor 12 with aftercooler 13 from the first total air pressure (minus pressure drops) to a second
  • the booster may have two or more intermediate cooling stages; it is preferred for redundancy reasons formed two-stranded (both not shown in the drawing).
  • the main air compressor and the Nachverêtrs may be designed as a machine with a common drive, in particular as a transmission compressor.
  • the second partial air stream 14 is then cooled in a second direct-contact cooler 15 of 295 K to 290 K, in direct heat exchange with a warmer cooling water stream sixteenth
  • the first partial air stream is cleaned in a first cleaning device 18, which is operated under the first total air pressure, and then fed via line 19 under this pressure to the warm end of a main heat exchanger, which is formed in the embodiment by two blocks 20, 21 connected in parallel.
  • the cooled to about dew point air forms a "first feed air stream" 22, which is a first high-pressure column 23 is supplied.
  • the first high-pressure column 23 is part of a distillation column system for nitrogen-oxygen separation, which also has a second high-pressure column 24, a
  • Low-pressure column intermediate evaporator 27 is formed, a low-pressure column bottom evaporator 28 and a secondary capacitor 29 has.
  • Low-pressure column intermediate evaporator 27 and the low-pressure column bottom evaporator 28 are formed as a falling film evaporator, the secondary condenser 29 as a bath evaporator.
  • the pre-cooled second partial air stream 17 is cleaned in a second cleaning device 30, which is operated under the second total air pressure. From the purified second partial air stream, a small part can be removed via line 32, which is used as instrument air or for purposes outside the air separation. The remainder flows via line 33 to the main heat exchanger 20 and is cooled there.
  • the cooled second partial air stream 34 is divided into a "second feed air stream" 35, which is introduced into the second high-pressure column 24, and into a "third
  • Feed air stream "36 which is fed to the liquefaction space of the secondary condenser 29.
  • the at least partially, preferably substantially completely condensed, third substream 37 is introduced into a separator (phase separator) 38.
  • the liquid portion 39 is supplied to a first part 40 of the first high-pressure column 23.
  • To a second part 41 it is fed via a supercooling countercurrent 42 and line 43 in the low-pressure column 26.
  • Nitrogen-rich overhead gas 44 of the first high-pressure column 23 is condensed to a first part in the low-pressure column intermediate evaporator 27.
  • recovered liquid nitrogen 46 is fed to a first part 47 as reflux to the top of the first high-pressure column 23.
  • a second part 48 is cooled in the supercooling countercurrent 42 and fed via line 49 as reflux to the top of the low-pressure column 26.
  • a portion 50 of the supercooled liquid can be recovered as needed as a liquid product (LIN).
  • a second portion 51 of the nitrogen-rich overhead gas 44 of the first high-pressure column 23 is introduced into the main heat exchanger 20. At least a part of it 52 warmed only to an intermediate temperature, and then in a
  • the outlet pressure of the turbine is just enough to the work-performing relaxed flow 54 through the main heat exchanger 20 and via the lines 55, 56, 57 as a regeneration gas through the first and the second
  • Another part of the stream 51 is in the main heat exchanger 20 up to
  • Nitrogen-rich head gas 58 of the second high-pressure column 24 is in the
  • Low-pressure column bottom evaporator 28 condenses.
  • recovered liquid nitrogen 59 is given to a first part 60 as reflux to the head of the second high-pressure column 24.
  • a second part 61 is cooled in the supercooling countercurrent 42 and fed via line 62 as reflux to the top of the low-pressure column 26.
  • the bottom liquids 63, 64 of the two high-pressure columns 23, 24 become
  • Sub-condenser 29 and is partially evaporated there.
  • the fraction 68 evaporated in the secondary condenser is conducted to the cold end of the main heat exchanger block 20, warmed to approximately ambient temperature and finally recovered via line 69 as gaseous oxygen product (GOX) of a purity of 95 mol%.
  • the liquid remaining fraction is evaporated to a part 70 in a pump 71 to a pressure of 6 bar, in the main heat exchanger block 21 and warmed and finally admixed with the gaseous oxygen product 69.
  • Another part 72 may be via the subcooling countercurrent 42, pump 73 and line 74 as
  • Liquid oxygen product (LOX) are recovered.
  • Low-pressure column section 26 is obtained by means of a pump 76 in the
  • nitrogen-rich residual gas 80 is withdrawn under a pressure of 1, 26 bar and fed after warming in supercooling countercurrent 42 and main heat exchanger 20 via line 81 virtually pressureless as dry gas into the evaporative cooler 8 and used there for cooling of cooling water 82 ,
  • FIG. 2 differs with regard to two process sections of FIG. 1, namely the generation of cooling and the air compression with precooling and cleaning. In the following, only the deviating aspects are explained in more detail, both can be combined independently with the other sections of the procedure.
  • Blow-in turbine 153 generated. This is operated with a "fourth feed air stream" 151, 152, which consists of the first partial air flow 119 under the lower first
  • Feed air stream 154 is supplied to the low pressure column 26 at a suitable intermediate point.
  • the air compression is carried out here simpler than in Figure and in particular has only a single cleaning device 1 18, in which the total air 105, 10 is cleaned under the first total air pressure. Only a direct contact cooler 106 is used.
  • the division into the first partial air flow 119 and the second partial air flow 111 is carried out downstream of the cleaning device 18 here.
  • the after-compressor 112 is constructed as in FIG. 1, but has only one conventional after-cooler 113 and the air is not further cooled in a direct-contact cooler. Via line 119 then the second HeilteNstrom is performed analogously to line 19 in Figure 1.
  • FIG. 3 largely corresponds to FIG. 1.
  • the warm section of the method is not shown and may be designed as in FIG. 1 or as in FIG.
  • Partial air flow a high-pressure feed air stream 233 is introduced into the main heat exchanger 20.
  • the cold high pressure feed air stream 235 enters a third high pressure column 224 at a third pressure of 5.3 bar.
  • the nitrogen-rich overhead gas 258 is used as heating medium in the secondary condenser 228 and condensed there substantially completely.
  • liquid nitrogen 259 obtained is fed to a first part 260 as reflux to the top of the second high-pressure column 24.
  • a second portion 261 is cooled in the subcooling countercurrent 42 and fed via line 262 as reflux to the top of the low pressure column 26.
  • the secondary condenser 228 is embodied in this embodiment as a multi-storey bath evaporator, in particular as a cascade evaporator, in which the individual floors are connected in parallel on the evaporation side in series and on the liquefaction side.
  • a multi-storey bath evaporator in particular as a cascade evaporator, in which the individual floors are connected in parallel on the evaporation side in series and on the liquefaction side.
  • an injection turbine can also be used in the method of FIG. 3, as well as in the following FIGS. 4 to 6.
  • the third high pressure column 224 is, as shown in Figure 3, preferably below the secondary capacitor 228 or the combination of
  • the spatial arrangement of the remaining columns corresponds to that of Figures 1 and 2.
  • FIG. 4 differs from FIG. 1 in that the first section 25 of the low-pressure column with the two evaporators 27, 28 is above the second
  • High pressure column 24 is arranged.
  • the first section 25 of the low-pressure column with the two evaporators 27, 28 is arranged above the first high-pressure column 23.
  • the secondary condenser 29 of Figure 6 is disposed between the second high pressure column 24 and the first portion 25 of the low pressure column. Otherwise, Figure 6 corresponds to the embodiment of Figure 4.
  • the arrangement of the secondary capacitor 29 between two columns according to Figure 6 can also be transferred to the embodiment of Figure 5.
  • the compression and cleaning of the feed air and any diversion of instrument air is not shown in Figures 7 to 9.
  • the required for the process two air streams with different pressures are supplied with only one two-section air compressor.
  • the entire feed air is brought in the first, two-stage section to a pressure of about 3.8 bara and passed exclusively into the precooling system. After the pre-cooling and
  • a first partial air flow 19 is fed in FIG. 7 at a first pressure of approximately 3.6 bar to the warm end of a main heat exchanger 20.
  • the cooled to about dew point air forms a "first feed air stream" 22, the first
  • High-pressure column 23 is supplied.
  • the first high-pressure column 23 is part of a distillation column system for nitrogen-oxygen separation, which also has a second high-pressure column 24, a
  • Low-pressure column bottom evaporator 28 and a secondary capacitor 29 has. All these capacitors are formed in the embodiment as a bath evaporator.
  • the low-pressure column is integrally formed - that is, her two sections 25, 26 below and above the low-pressure column intermediate evaporator 27 are arranged in a common container - and stands on the floor. The combination of the two
  • High pressure columns and the low pressure column are arranged side by side.
  • a second partial air stream 33 flows under a second pressure of about 5.25 bar to the main heat exchanger 20 and is cooled there.
  • the cooled second partial air stream 34 is divided into a "second feed air stream" 35, which in the second High pressure column 24 is introduced, and in a "third feed air stream” 36, which is fed to the liquefaction space of the secondary condenser 29.
  • the at least partially, preferably substantially completely condensed, third substream 37 is fed to a first part 40 of the first high-pressure column 23. To a second part 41 it is fed via a supercooling countercurrent 42 and line 43 in the low-pressure column 26.
  • Nitrogen-rich overhead gas of the first high-pressure column 23 is condensed to a first part 44 in the low-pressure column intermediate evaporator 27.
  • recovered liquid nitrogen 46 is fed to a first part 47 as reflux to the top of the first high-pressure column 23.
  • a second part 48 is cooled in the supercooling countercurrent 42 and fed via line 49 as reflux to the top of the low-pressure column 26.
  • a portion of the supercooled liquid may be recovered as needed as a liquid product (not shown).
  • a second portion 51 of the nitrogen-rich overhead gas of the first high-pressure column 23 is heated in the main heat exchanger 20 to an intermediate temperature.
  • the warmed pressurized nitrogen 52 is recovered as gaseous pressure nitrogen product (PGAN).
  • Nitrogen-rich head gas 58 of the second high-pressure column 24 is in the
  • Low-pressure column bottom evaporator 28 condenses.
  • liquid nitrogen 59 obtained is fed to a first part 60 by means of a pump 57 as reflux to the head of the second high-pressure column 24.
  • a second part 61 is in the
  • Subcooling countercurrent 42 cooled and abandoned via line 62 as reflux to the head of the low pressure column 26.
  • the bottom liquid 64 of the second high pressure column 24 is in the first
  • High-pressure column 23 introduced, namely at the bottom and / or something above it.
  • the bottom liquid 63 of the first high-pressure column 23 is fed via the supercooling countercurrent 42 and line 65 into the low-pressure column 26.
  • the bottom liquid of the low-pressure column 25 is introduced into the evaporation space of the low-pressure column bottom evaporator 28 and partially evaporated there.
  • the fraction 68 evaporated in the secondary condenser is conducted to the cold end of the main heat exchanger 20, warmed to approximately ambient temperature and finally recovered via line 69 as gaseous oxygen product (GOX), in this particular case with a purity of approximately 93 mol%.
  • the liquid remaining portion 86 is brought to a part 70 in a pump 71 to higher pressure and evaporated in the main heat exchanger 20 (or pseudo-evaporated, if the pressure is supercritical) and warmed.
  • Purge stream is then admixed via line 88 to the gaseous oxygen product 69 or alternatively discharged as a separate product.
  • a portion of the oxygen product is recovered as internally compressed product ICGOX (for example, 15% of the total amount of oxygen under a pressure of 7 bar).
  • ICGOX for example, 15% of the total amount of oxygen under a pressure of 7 bar.
  • the secondary capacitor 29 is also rinsed very well. In this case, it suffices if the pump 71 brings the liquid oxygen to the desired product pressure (plus line losses).
  • a further portion 72 of liquid remaining portion 86 from the secondary condenser 29 can via the supercooling countercurrent 42 and line 74 as
  • Liquid oxygen product (LOX) are recovered.
  • nitrogen-rich residual gas 80 is withdrawn under a pressure of about 1, 33 bar and withdrawn after heating in supercooling countercurrent 42 and main heat exchanger 20 via line 81 and is available as a dry gas for an evaporative cooler (not shown) 8 for cooling of cooling water available or can be used as a regeneration gas in a facility for cleaning
  • Feed air (also not shown) can be used.
  • Cold is generated by an injection turbine 153 in the process. This is operated with a "fourth feed air flow" 151, which - like the first partial air flow 19 - is below the lower first pressure and has been cooled in the main heat exchanger 20 to an intermediate temperature.
  • Feed air stream 154 is supplied to the low pressure column 26 at a suitable intermediate point.
  • FIG. 8 differs from FIG. 7 in that the secondary capacitor 29 is arranged next to the columns.
  • liquid oxygen product 74 is recovered under pressure by the corresponding stream 72 is branched off downstream of the pump 71 and separated in a separator 201 into a gaseous portion 202 and a liquid portion 272.
  • a separator 201 is installed relatively high in the cold box and the liquid product 272 flows by means of hydrostatic pressure from this separator into the storage tank.
  • FIG. 9 largely corresponds to FIG. 8.
  • the low-pressure column bottom evaporator 28 is arranged at the top of the second high-pressure column 24 instead of in the bottom of the lower low-pressure column section 25, ie above the second high-pressure column. This allows the system to operate without a liquid nitrogen pump.
  • the return liquid 60 flows solely to the head of the second high-pressure column 24 due to the gradient.

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Abstract

Das Verfahren und die Vorrichtung dienen zur Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, das eine erste Hochdrucksäule (23) und eine Niederdrucksäule (25, 26) aufweist sowie drei Kondensator-Verdampfer, nämlich einen Hochdrucksäulen-Kopfkondensator (27), einen Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer (28) und einen Nebenkondensator (29; 228). Ein erster Einsatzluftstrom wird in einem Hauptwärmetauscher (20, 21) abgekühlt. Der abgekühlte erste Einsatzluftstrom (22) u wird unter einem ersten Druck in die erste Hochdrucksäule (23) eingeführt. In dem Hochdrucksäulen-Kopfkondensator (27) wird gasförmiger Kopfstickstoff (44, 45) aus der ersten Hochdrucksäule (23) kondensiert. Mindestens ein Teil (47) des in dem Hochdrucksäulen-Kopfkondensator (27) kondensierten Kopfstickstoffs (46) wird als Rücklaufflüssigkeit auf die erste Hochdrucksäule (23) aufgegeben. Ein Teil der Sumpfflüssigkeit (66) der Niederdrucksäule (25, 26) wird in dem Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer (28) in indirektem Wärmeaustausch mit einem kondensierenden Heizfluid (58) verdampft. Ein nicht verdampfter Teil (67) der Sumpfflüssigkeit (66) der Niederdrucksäule (25, 26) wird in dem Nebenkondensator (29; 228) mindestens teilweise verdampft. Mindestens ein Teil der in dem Nebenkondensator (29; 228) verdampften Flüssigkeit (68) wird als gasförmiges Sauerstoffprodukt (69) gewonnen. Das Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung weist außerdem eine zweite Hochdrucksäule (24) auf. Ein zweiter Einsatzluftstrom (35) wird in dem Hauptwärmetauscher (20, 21) abgekühlt und anschließend unter einem zweiten Druck, der höher ist als der erste Druck, in die zweite Hochdrucksäule (24) eingeleitet. Mindestens ein Teil des Kopfgases (58) der zweiten Hochdrucksäule (24) wird als Heizfluid in dem Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer (28) eingesetzt.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Das Verfahren wird in einem Destilliersäulen- System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung durchgeführt, welches eine erste
Hochdrucksäule und eine Niederdrucksäule aufweist sowie drei Kondensator- Verdampfer, nämlich einen Hochdrucksäulen-Kopfkondensator, einen
Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer und einen Nebenkondensator. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Niederdruckverfahren.
Unter "Niederdruckverfahren" wird hier ein Prozess verstanden, bei dem der
Betriebsdruck am Kopf der Niederdrucksäule weniger als 2,0 bar, insbesondere weniger als 1 ,8 bar, insbesondere weniger als 1 ,5 bar beträgt. Als "Kondensator-Verdampfer" wird ein Wärmetauscher bezeichnet, in dem ein erster kondensierender Fluidstrom in indirekten Wärmeaustausch mit einem zweiten verdampfenden Fluidstrom tritt. Jeder Kondensator-Verdampfer weist einen
Verflüssigungsraum und einen Verdampfungsraum auf, die aus
Verflüssigungspassagen beziehungsweise Verdampfungspassagen bestehen. In dem Verflüssigungsraum wird die Kondensation (Verflüssigung) eines ersten Fluidstroms durchgeführt, in dem Verdampfungsraum die Verdampfung eines zweiten Fluidstroms. Verdampfungs- und Verflüssigungsraum werden durch Gruppen von Passagen gebildet, die untereinander in Wärmeaustauschbeziehung stehen. Ein Kondensator-Verdampfer kann beispielsweise als Fallfilm- oder Badverdampfer ausgebildet sein. Bei einem "Fallfilmverdampfer" strömt das zu verdampfende Fluid von oben nach unten durch den Verdampfungsraum und wird dabei teilweise verdampft. Bei einem "Badverdampfer" (gelegentlich auch "Umlaufverdampfer" oder "Thermosiphon-Verdampfer" genannt) steht der Wärmetauscherblock in einem
Flüssigkeitsbad des zu verdampfenden Fluids. Dieses strömt mittels des
Thermosiphon-Effekts von unten nach oben durch die Verdampfungspassagen und tritt oben als Zwei-Phasen-Gemisch wieder aus. Die verbleibende Flüssigkeit strömt außerhalb des Wärmetauscherblocks in das Flüssigkeitsbad zurück. (Bei einem Badverdampfer kann der Verdampfungsraum sowohl die Verdampfungspassagen als auch den Äußenraum um den Wärmetauscherblock umfassen.)
Die Kondensator-Verdampfer für die Niederdrucksäule (der Hochdrucksäulen- Kopfkondensator; falls er als Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer ausgebildet ist, und der Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer) können im Inneren der
Niederdrucksäule angeordnet sein oder einem oder mehreren separaten Behältern. Der Hochdrucksäulen-Kopfkondensator kann auch am Kopf der ersten Hochdrucksäule angeordnet sein.
Unter "Stoffaustauschelementen" werden hier alle Kolonneneinbauten verstanden, die den für die Destillation (Rektifikation) entscheidenden intensiven Stoffaustausch zwischen aufsteigendem Dampf und herabrieselnder Flüssigkeit bewirken. Der Begriff umfasst insbesondere konventionelle Stoffaustauschböden, geordnete Packung und Füllkörperschüttungen (ungeordnete Packung). Grundsätzlich können bei dem
Verfahren und der Vorrichtung der Erfindung und bei den Ausführungsbeispielen konventionelle Stoffaustauschböden (wie beispielsweise Siebböden), Füllkörper (ungeordnete Packung) und/oder geordnete Packung in jeder der Säulen eingesetzt werden. Auch Kombinationen verschiedenartiger Elemente in einer Säule sind möglich. Wegen des geringen Druckverlusts werden geordnete Packungen bevorzugt. Diese verstärken die energiesparende Wirkung der Erfindung weiter.
Die Hochdrucksäule und die Niederdrucksäule bilden jeweils eine Trennsäule im verfahrenstechnischen Sinne. Sie sind regelmäßig in jeweils einem Behälter angeordnet. Alternativ können die Stoffaustauschelemente jeder Säule auf zwei oder mehrere Behälter verteilt angeordnet sein, die entsprechend verbunden sind.
Der Einsatz für den Nebenkondensator wird entweder durch einen Teil der
Sumpfflüssigkeit der Niederdrucksäule gebildet, die aus dem Verdampfungsraum des Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfers austritt; diese Verfahrensführung wird regelmäßig gewählt, wenn der Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer als
Badverdampfer ausgebildet ist. Alternativ wird - zum Beispiel beim Einsatz eines Fallfilmverdampfers - die Sumpfflüssigkeit der Niederdrucksäule, die von dem untersten Stoffaustauschelement abläuft, in den Verdampfungsraum des
Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfers eingeführt, und der nicht verdampfte Anteil der Niederdrucksäulen-Sumpfflüssigkeit, der unten aus dem Niederdrucksäule austritt, wird mindestens teilweise dem Nebenkondensator zugeführt. In dem Nebenkondensator kann Luft oder eine stickstoffangereicherte Fraktion aus einer Hochdrucksäule als Heizmedium eingesetzt werden.
Bei einem klassischen Verfahren mit zwei Kondensator-Verdampfern für die
Niederdrucksäule wird der Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer zusammen mit dem Nebenkondensator mit einem Luftstrom beheizt; dies ist ungünstig für die
Trennleistung, weil ein großer Teil der Luft vorverflüssigt wird und deshalb nicht mehr an der Vortrennung in der Hochdrucksäule teilnimmt. Aus US 20081 15531 A1 ist ein Nebenkondensator-Verfahren der eingangs genannten Art mit zwei Kondensator- Verdampfern für die Niederdrucksäule bekannt, bei dem ein solcher Luftstrom unter erhöhtem Druck nicht benötigt wird. Stattdessen wird Stickstoff aus der
Hochdrucksäule in einem Kaltverdichter auf einen erhöhten Druck gebracht und als Heizmedium im Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer (und im Nebenkondensator) eingesetzt. Der Einsatz eines Kaltverdichters ist aufwendig und ist außerdem mit Wärmeeintrag auf niedrigem Temperatumiveau verbunden, der grundsätzlich energetisch ungünstig ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung so zu gestalten, dass ein relativ niedriger apparativer Aufwand betrieben wird und sie auch energetisch besonders günstig zu betreiben sind.
Diese Aufgabe wird dadurch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Insbesondere wird eine zweite Hochdrucksäule eingesetzt, deren Betriebsdruck höher ist als der Betriebsdruck der ersten Hochdrucksäule.
Bei dem Verfahren der Erfindung kann auf einen Kaltverdichter verzichtet werden und es wird auch keine Luft im Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer vorverflüssigt. Der Verflüssigungsraum des Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfers wird dabei unter etwa dem Druck des Kopfs der zweiten Hochdrucksäule betrieben; jedenfalls wird das Kopfgas der zweiten Hochdrucksäule vor der Einleitung in den Niederdrucksäulen- Sumpfverdampfer nicht verdichtet, sondern tritt vorzugsweise unter seinem natürlichen Druck in dessen Verflüssigungsraum ein. Nun erscheint es auf den ersten Blick widersinnig zu sein, einen solchen Aufwand zu betreiben, der im Vergleich zum Einsatz eines Kaltverdichters sehr hoch zu sein scheint, nämlich eine zusätzliche Trennkolonne einzusetzen - die zweite
Hochdrucksäule - und außerdem einen Teil der Luft auf höheren Druck zu verdichten. Im Rahmen der Erfindung hat sich jedoch herausgestellt, dass die Energieseinsparung überraschend hoch ist und sich tatsächlich ein erheblicher Vorteil ergibt, der den zusätzlichen Aufwand rechtfertigt.
Zusätzlich oder vorzugsweise alternativ kann Kälte durch eine Druckstickstoff-Turbine gewonnen werden, indem ein stickstoffangereicherter Strom aus einer Hochdrucksäule des Destilliersäulen-Systems zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung arbeitsleistend entspannt und der arbeitsleistend entspannte stickstoffangereicherte Strom in dem Hauptwärmetauscher angewärmt wird. Der stickstoffangereicherte Strom kann aus der zweiten Hochdrucksäule stammen, wird aber vorzugsweise aus der ersten
Hochdrucksäule entnommen; er wird insbesondere ohne Maßnahmen zur
Druckänderung zu der entsprechenden Entspannungsmaschine geführt; deren
Eintrittsdruck ist also gleich dem Betriebsdruck der entsprechenden Hochdrucksäule (minus Leitungsverlusten). Dabei ist es günstig, wenn mindestens ein Teil des nach der arbeitsleistenden
Entspannung angewärmten stickstoffangereicherten Stroms als Regeneriergas in einer Reinigungseinrichtung für Einsatzluft eingesetzt wird. Dies stellt nicht nur eine nutzbringende Verwendung des arbeitsleistend entspannten Stroms dar, sondern entkoppelt auch den Niederdrucksäulendruck von dem Druckverlust, den das
Regeneriergas in der Reinigungseinrichtung erfährt. Weil das Regeneriergas nicht wie sonst üblich aus der Niederdrucksäule entnommen wird, kann der
Niederdrucksäulendruck entsprechend niedriger sein, zum Beispiel niedriger als 1 ,30 bar, und damit das gesamte Druckniveau abgesenkt werden. Dies erhöht die energetische Effizienz des Prozesses weiter.
Es ist ferner günstig, wenn bei dem Verfahren der Erfindung der Hochdrucksäulen- Kopfkondensator als Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer betrieben wird, indem dort eine flüssige Zwischenfraktion aus der Niederdrucksäule verdampft und mindestens ein Teil der in dem Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer verdampften Zwischenfraktion als aufsteigendes Gas in die Niederdrucksäule eingeleitet wird. Dadurch wird die Rücklaufflüssigkeit für die erste Hochdrucksäule auf besonders vorteilhafte Weise erzeugt und gleichzeitig die Trennleistung der Niederdrucksäule verbessert.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Niederdrucksäule durch mindestens zwei Abschnitte gebildet, wobei ein erster Abschnitt und einen zweiter Abschnitt jeweils in einem separaten Behälter, der Stoffaustauschelemente enthält, angeordnet sind und der zweite Abschnitt der Niederdrucksäule neben der ersten Hochdrucksäule angeordnet ist.
Bei dem Verfahren wird die Niederdrucksäule geteilt, das heißt ihre
Stoffaustauschelemente werden auf mehr als einen Behälter verteilt, insbesondere auf genau zwei Behälter. Diese Behälter sind so durch Rohrleitungen verbunden, dass insgesamt die verfahrenstechnische Wirkung einer Niederdrucksäule realisiert wird. Hierdurch können die die Säulen und Kondensator-Verdampfer so angeordnet werden, dass die Flüssigkeiten so weit wie möglich aufgrund natürlichen Gefälles in die entsprechenden Gefäße fließen.
Der zweite Abschnitt der Niederdrucksäule ist dabei neben der ersten Hochdrucksäule angeordnet. "Neben" bedeutet hier, dass die beiden Säulen im normalen Betrieb der Anlage so angeordnet sind, dass die Projektionen ihrer Querschnitte auf eine horizontale Ebene sind nicht überschneiden.
Zwar ist die Anwendung einer "geteilten Niederdrucksäule" aus DE 10009977 an sich bekannt, allerdings in einem sehr speziellen Zusammenhang mit abweichender Kondensatorschaltung, mit erhöhtem Betriebsdruck in der Niederdrucksäule und einer spezifischen Seitenkolonne. Die Anwendung einer solchen Säulenteilung auf ein Niederdruckverfahren gemäß US 2008115531 A1 daher bisher nicht erwogen.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthält der erste
Abschnitt der Niederdrucksäule die Stoffaustauschelemente zwischen
Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer und Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer und der zweite Abschnitt die Stoffaustauschelemente der Niederdrucksäule, über denen das Kopfprodukt dieser Säule abgezogen wird. Grundsätzlich kann die Niederdrucksäule auch in drei oder mehr Abschnitte aufgeteilt werden. Vorzugsweise werden genau zwei Abschnitte eingesetzt.
Vorzugsweise ist auch der erste Abschnitt der Niederdrucksäule neben der ersten Hochdrucksäule angeordnet, insbesondere zwischen der ersten Hochdrucksäule und dem zweiten Abschnitt der Niederdrucksäule. Wenn die erste Hochdrucksäule einteilig und die Niederdrucksäule zweiteilig ausgebildet sind, sind in diesem Fall alle
Abschnitte dieser Säulen nebeneinander angeordnet. Dadurch ergibt sich eine besonders geringe Gesamtbauhöhe Dabei ist es günstig, wenn der erste Abschnitt der Niederdrucksäule darf nicht auf dem Boden steht, sondern etwas erhöht angebracht ist, damit der flüssige Stickstoff, der als Rücklauf in der Niederdrucksäule benötigt wird, nicht gepumpt werden muss. Alternativ kann der erste Abschnitt der Niederdrucksäule über der ersten Hochdrucksäule angeordnet sein. Alternativ kann der erste Abschnitt der Niederdrucksäule über der ersten
Hochdrucksäule oder einer weiteren Hochdrucksäule angeordnet sein.
Der Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer wird vorzugsweise oberhalb des beziehungsweise innerhalb des ersten Abschnitts der Niederdrucksäule angeordnet. Der erste Fall bezieht sich auf die Bauform, bei welcher der Niederdrucksäulen- Zwischenverdampfer in einem externen, von der Niederdrucksäule getrennten Behälter untergebracht ist, der zweite auf einen internen, in den Kopf des ersten Abschnitts der Niederdrucksäule eingebauten Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer. Es ist ferner günstig, wenn der Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer unterhalb des beziehungsweise innerhalb des ersten Abschnitts der Niederdrucksäule angeordnet ist. Der erste Fall bezieht sich auf die Bauform, bei welcher der Niederdrucksäulen- Sumpfverdampfer in einem externen, von der Niederdrucksäule getrennten Behälter untergebracht ist, der zweite auf einen internen, in den Sumpf der Niederdrucksäule eingebauten Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer.
Insbesondere bei geteilter Niederdrucksäule ist es günstig, wenn der
Nebenkondensator unterhalb des Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfers angeordnet ist. In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die erste und die zweite Hochdrucksäule übereinander angeordnet und die erste Hochdrucksäule ist unterhalb der zweiten Hochdrucksäule angeordnet. Bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird keine der üblichen Anordnungen angewendet, also weder die Niederdrucksäule über einer
Hochdrucksäule angeordnet, noch werden alle Säulen nebeneinander gestellt. In Abweichung von diesen klassischen Aufstellungsmethoden werden die beiden
Hochdrucksäulen übereinander angeordnet, und zwar insbesondere die zweite Hochdrucksäule über der ersten. Die (insbesondere einteilig ausgebildete)
Niederdrucksäule ist vorzugsweise neben den Hochdrucksäulen angeordnet.
Letzteres ist besonders ungewöhnlich, da ja die erste Hochdrucksäule den
Zwischenverdampfer der Niederdrucksäule beheizt, der weiter oben als der
Sumpfverdampfer liegt, der vom Kopfgas der zweiten Hochdrucksäule beheizt wird, und damit zunächst die umgekehrte Anordnung natürlicher erscheint. Im Rahmen der Erfindung hat sich jedoch herausgestellt, dass bei der Übereinander-Anordnung der Hochdrucksäulen und insbesondere bei der zuletzt genannten Anordnung die Zahl der Pumpen zur Förderung von Flüssigkeiten von und zu den Kondensatoren besonders gering gehalten werden kann und sich außerdem durch die erfindungsgemäße
Verfahrenführung sowohl eine besonders energiesparende Betriebsweise als auch ein apparativ relativ einfacher Aufbau ergeben.
Außerdem ergibt sich eine besonders platzsparende Anordnung, insbesondere hinsichtlich der für die Anlage benötigten Grundfläche. Die beiden Hochdrucksäulen können in einer gemeinsamen Coldbox untergebracht werden. Diese gemeinsame Coldbox kann kostengünstig in der Fabrik vorgefertigt werden. Anschließend wird sie als Ganzes liegend auf die Baustelle transportiert, dort aufgerichtet und mit den anderen Anlagenteilen verbunden. Die Niederdrucksäule wird vorzugsweise in einer zweiten, separaten Coldbox untergebracht, die in analoger Weise vorgefertigt und transportiert werden kann.
Unter einer Anordnung zweier Säulen "übereinander" wird hier verstanden, dass das sich obere Ende der unteren der beiden Säulen sich auf niedrigerer geodätischer Höhe befindet als das untere Ende der oberen der beiden Säulen und sich die Projektionen der beiden Säulen in eine horizontale Ebene überschneiden. Beispielsweise sind die beiden Säulen genau übereinander angeordnet, das heißt die Achsen der beiden Säulen verlaufen auf derselben vertikalen Geraden. Diese Definition gilt analog für ähnliche Begriffe wie "oberhalb" und "unterhalb".
Vorzugsweise ist der Nebenkondensator zwischen der ersten und der zweiten
Hochdrucksäule angeordnet, insbesondere über der ersten Hochdrucksäule und unter der zweiten Hochdrucksäule. Dies erscheint zunächst unlogisch, weil der Nebenkondensator funktionell mit keiner dieser Säulen verbunden ist. Insgesamt ergibt sich jedoch eine sehr kompakte
Anordnung, bei der die beiden Hochdrucksäulen und der Nebenkondensator in einer gemeinsamen Coldbox untergebracht werden können. Diese gemeinsame Coldbox kann wie bereits oben erläutert kostengünstig in der Fabrik vorgefertigt werden, ohne das für den Nebenkondensator eine eigene Coldbox benötigt wird oder die in der Regel schon recht hohe Coldbox der Niederdrucksäule weiter erhöht werden muss.
Außerdem wird bei dieser Anordnung wegen eines ausreichend großen
hydrostatischen Drucks keine LOX-Produkt-Pumpe zur Förderung von flüssigem Sauerstoffprodukt in einen Speichertank benötigt.
Vorzugsweise wird in dem Nebenkondensator Luft als Heizmedium eingesetzt, indem in dem Nebenkondensator ein dritter Einsatzluftstrom mindestens teilweise kondensiert wird, der insbesondere unter einem dritten Druck steht, der höher ist als der erste Druck. Beispielsweise ist der dritte Druck gleich dem zweiten Druck und der zweite und der dritte Einsatzluftstrom werden aus einem gemeinsamen Luftteilstrom abgezweigt, der vorher auf einen entsprechend erhöhten Druck gebracht worden ist.
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.
Im Rahmen der Erfindung ist es günstig, wenn der erste Einsatzluftstrom lediglich auf den ersten Druck (plus Leitungsverlusten) verdichtet und nur der zweite
(gegebenenfalls gemeinsam mit dem dritten) Einsatzluftstrom auf den entsprechend höheren zweiten Druck (plus Leitungsverlusten) verdichtet beziehungsweise nachverdichtet wird. Dies wird besonders vorteilhaft durch die Merkmale des
Patentanspruchs 14 bewerkstelligt.
Grundsätzlich können die Einsatzluftströme gemeinsam und dem niedrigeren
Druckniveau einer gemeinsamen Luftreinigung zugeführt werden. In vielen Fällen ist es aber günstiger, zwei getrennte Reinigungsvorrichtungen vorzusehen, die unter den beiden unterschiedlichen Drücken betrieben werden, wie es an sich aus EP 342436 bekannt ist. Es ist günstig, wenn auch der dritte Einsatzluftstrom durch mindestens einen Teil des abgekühlten zweiten Luftteilstroms gebildet wird. Zweiter und dritter Einsatzluftstrom werden also gemeinsam auf einen erhöhten Druck (beispielsweise den zweiten beziehungsweise dritten Druck plus Leitungsverlusten) gebracht und anschließend getrennt voneinander in die zweite Hochdrucksäule beziehungsweise den
Nebenkondensator geleitet. Alternativ kann der gesamte zweite Luftteilstrom als zweiter Einsatzluftstrom durch den Nebenkondensator geführt, dort nur zu einem geringen Teil partiell kondensiert und anschließend als erster Einsatzluftstrom in die zweite Hochdrucksäule geleitet werden. Vorzugsweise ist der dritte Druck (im
Verflüssigungsraum des Nebenkondensators) gleich dem zweiten Druck (beim Eintritt des zweiten Einsatzluftstroms in die zweite Hochdrucksäule).
Zusätzlich oder alternativ zu der oben erwähnten Druckstickstoff-Turbine kann bei dem Verfahren Verfahrenskälte für den Ausgleich von Austausch- und Isolierungsverlusten und gegebenenfalls für die Produktverflüssigung beispielsweise durch eine
Einblaseturbine gewonnen werden, indem ein vierter Einsatzluftstrom arbeitsleistend entspannt und in die Niederdrucksäule eingeleitet wird. Der vierte Einsatzluftstrom kann beispielsweise auf dasselbe Druckniveau wie der erste Einsatzluftstrom für die erste Hochdrucksäule verdichtet und etwa unter dem ersten Druck der entsprechenden Entspannungsmaschine zugeleitet werden.
Vorzugsweise ist der Nebenkondensator als Badverdampfer ausgebildet. In einer speziellen Variante der Erfindung sind alle Kondensator- Verdampfer des Verfahrens als Badverdampfer ausgebildet. Dies ergibt - insbesondere bei übereinander angeordneten Hochdrucksäulen - einen besonders kostengünstigen Aufbau und eine besonders zuverlässige Betriebsweise. In einer besonders günstigen Ausführungsvariante der Erfindung ist - insbesondere bei übereinander angeordneten Hochdrucksäulen - der Niederdrucksäulen- Sumpfverdampfer am Kopf der zweiten Hochdrucksäule angeordnet, das heißt der Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer sitzt über der zweiten Hochdrucksäule und die dort erzeugte Rücklaufflüssigkeit kann aufgrund des natürlichen Gefälles (also ohne Flüssigstickstoff-Pumpe) in den Kopf der zweiten Hochdrucksäule fließen.
Vorzugsweise ist der Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer direkt über dem Kopf der zweiten Hochdrucksäule angeordnet wie ein klassischer Kopfkondensator. Dabei können die zweite Hochdrucksäule und der Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer in einem gemeinsamen Behälter untergebracht sein, wobei zwischen Verdampfungsraum des Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfers und Kopfbereich der zweiten
Hochdrucksäule eine Trennwand angeordnet ist.
Weiter Energie gespart werden kann durch Einsatz eines oder mehrerer
Fallfilmverdampfer. Insbesondere der Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer und/oder Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer können als Fallfilmverdampfer ausgestaltet sein. Der Nebenkondensator kann dagegen als Badverdampfer ausgestaltet werden oder alternativ ebenfalls als Fallfilmverdampfer.
Bei dem Verfahren der Erfindung kann zusätzlich eine dritte Hochdrucksäule eingesetzt werden. Sie wird vorzugsweise unter höherem Druck als die zweite
Hochdrucksäule betrieben. Ihr Kopfgas kann dann als Heizmittel für den
Nebenkondensator eingesetzt werden. Entsprechend geringer wird die
Vorverflüssigung von Luft.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen 22 und 23. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann durch Vorrichtungsmerkmale ergänzt werden, die den Merkmalen der abhängigen Verfahrensansprüche entsprechen.
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 Druckstickstoff-Turbine und zwei Reinigungseinrichtungen unter verschiedenem Druckniveau, Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit Einblaseturbine und einer
gemeinsamen Reinigungseinrichtung,
Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel mit drei Hochdrucksäulen,
Figur 4 ein Ausführungsbeispiel mit Anordnung des ersten Abschnitts der
Niederdrucksäule über der zweiten Hochdrucksäule,
Figur 5 ein Ausführungsbeispiel mit Anordnung des ersten Abschnitts der
Niederdrucksäule über der ersten Hochdrucksäule,
Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit Anordnung eines Nebenkondenstors zwischen zwei Trennsäulen,
Figur 7 ein erstes Ausführungsbeispiel für die Variante der Erfindung, bei der die
Hochdrucksäulen übereinander angeordnet sind, mit Anordnung des
Nebenkondensators zwischen den beiden Hochdrucksäulen, Figur 8 ein zweites Ausführungsbeispiel dieser Variante der Erfindung mit
Anordnung des Nebenkondensators neben den Trennsäulen und
Figur 9 ein drittes Ausführungsbeispiel dieser Variante der Erfindung mit
Anordnung des Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfers am Kopf der zweiten Hochdrucksäule.
Atmosphärische Luft 1 wird in Figur 1 von einem Hauptluftverdichter 3 mit Nachkühler 4 über ein Filter 2 angesaugt und dort auf einen ersten Gesamtluftdruck von 3, 1 bar verdichtet. Der Hauptluftverdichter kann zwei oder mehr Stufen mit Zwischenkühlung aufweisen; er ist aus Redundanzgründen vorzugsweise zweisträngig ausgebildet (beides in der Zeichnung nicht dargestellt). Der Gesamtluftstrom 5 wird unter dem ersten Gesamtluftdruck und einer Temperatur von 295 K einem ersten
Direktkontaktkühler 6 zugeführt und dort in direktem Wärmeaustausch mit Kühlwasser 7 aus einem Verdunstungskühler 8 weiter auf 283 K abgekühlt. Der abgekühlte Gesamtluftstrom 9 wird in einen ersten Luftteilstrom 10 und einen zweiten Luftteilstrom 1 1 aufgeteilt.
Der zweite Luftteilstrom 1 1 wird in einem Nachverdichter 12 mit Nachkühler 13 von dem ersten Gesamtluftdruck (minus Druckverlusten) auf einen zweiten
Gesamtluftdruck von 4,9 bar verdichtet. Der Nachverdichter kann zwei oder mehr Stufen mit Zwischenkühlung aufweisen; er ist aus Redundanzgründen vorzugsweise zweisträngig ausgebildet (beides in der Zeichnung nicht dargestellt). Je ein Strang des Hauptluftverdichters und des Nachverdichters können als eine Maschine mit gemeinsamem Antrieb ausgebildet sein, insbesondere als Getriebeverdichter. Der zweite Luftteilstrom 14 wird anschließend in einem zweiten Direktkontaktkühler 15 von 295 K auf 290 K abgekühlt, und zwar in direktem Wärmeaustausch mit einem wärmeren Kühlwasserstrom 16.
Der erste Luftteilstrom wird in einer ersten Reinigungseinrichtung 18, die unter dem ersten Gesamtluftdruck betrieben wird, gereinigt und anschließend über Leitung 19 unter diesem Druck dem warmen Ende eines Hauptwärmetauschers zugeleitet, der in dem Ausführungsbeispiel durch zwei parallel geschaltete Blöcke 20, 21 gebildet wird. Die auf etwa Taupunkt abgekühlte Luft bildet einen "ersten Einsatzluftstrom" 22, der einer ersten Hochdrucksäule 23 zugeführt wird. Die erste Hochdrucksäule 23 ist Teil eines Destilliersäulen-Systems zur Stickstoff- Sauerstoff-Trennung, das außerdem eine zweite Hochdrucksäule 24, eine
Niederdrucksäule, bestehend aus zwei Abschnitten 25, 26, einen Hochdrucksäulen- Kopfkondensator, der in allen hier dargestellten Ausführungsbeispielen als
Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer 27 ausgebildet ist, einen Niederdrucksäulen- Sumpfverdampfer 28 und einen Nebenkondensator 29 aufweist. Der
Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer 27 und der Niederdrucksäulen- Sumpfverdampfer 28 sind als Fallfilmverdampfer ausgebildet, der Nebenkondensator 29 als Badverdampfer. Der vorgekühlte zweite Luftteilstrom 17 wird in einer zweiten Reinigungseinrichtung 30, die unter dem zweiten Gesamtluftdruck betrieben wird, gereinigt. Aus dem gereinigten zweite Luftteilstrom kann über Leitung 32 ein kleiner Teil entnommen werden, der als Instrumentenluft oder für zwecke außerhalb der Luftzerlegung eingesetzt wird. Der Rest strömt über Leitung 33 zum Hauptwärmetauscher 20 und wird dort abgekühlt. Der abgekühlte zweite Luftteilstrom 34 wird aufgeteilt in einen "zweiten Einsatzluftstrom" 35, der in die zweite Hochdrucksäule 24 eingeleitet wird, und in einen "dritten
Einsatzluftstrom" 36, welcher dem Verflüssigungsraum des Nebenkondensators 29 zugeleitet wird. Der mindestens teilweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig kondensierte dritte Teilstrom 37 wird in einen Abscheider (Phasentrenner) 38 eingeleitet. Der flüssige Anteil 39 wird zu einem ersten Teil 40 der ersten Hochdrucksäule 23 zugeleitet. Zu einem zweiten Teil 41 wird er über einen Unterkühlungs-Gegenströmer 42 und Leitung 43 in die Niederdrucksäule 26 eingespeist.
Stickstoffreiches Kopfgas 44 der ersten Hochdrucksäule 23 wird zu einem ersten Teil in dem Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer 27 kondensiert. Dabei gewonnener flüssiger Stickstoff 46 wird zu einem ersten Teil 47 als Rücklauf auf den Kopf der ersten Hochdrucksäule 23 aufgegeben. Ein zweiter Teil 48 wird in dem Unterkühlungs- Gegenströmer 42 abgekühlt und über Leitung 49 als Rücklauf auf den Kopf der Niederdrucksäule 26 aufgegeben. Ein Teil 50 der unterkühlten Flüssigkeit kann bei Bedarf als Flüssigprodukt (LIN) gewonnen werden. Ein zweiter Teil 51 des stickstoffreichen Kopfgases 44 der ersten Hochdrucksäule 23 wird in den Hauptwärmetauscher 20 eingeleitet. Mindestens ein Teil 52 davon wir nur auf eine Zwischentemperatur angewärmt, und anschließend in einer
generatorgebremsten Druckstickstoff-Turbine 53 von 2,7 bar auf 1 ,25 bar
arbeitsleistend entspannt. Der Austrittsdruck der Turbine reicht gerade aus, um den arbeitsleistend entspannten Strom 54 durch den Hauptwärmetauscher 20 und über die Leitungen 55, 56, 57 als Regeneriergas durch die erste und die zweite
Reinigungseinrichtung 18, 30 zu drücken.
Ein weiterer Teil des Stroms 51 wird im Hauptwärmetauscher 20 bis auf
Umgebungstemperatur angewärmt und als gasförmiges Druckstickstoffprodukt (PGAN) gewonnen.
Stickstoffreiches Kopfgas 58 der zweiten Hochdrucksäule 24 wird in dem
Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer 28 kondensiert. Dabei gewonnener flüssiger Stickstoff 59 wird zu einem ersten Teil 60 als Rücklauf auf den Kopf der zweiten Hochdrucksäule 24 aufgegeben. Ein zweiter Teil 61 wird in dem Unterkühlungs- Gegenströmer 42 abgekühlt und über Leitung 62 als Rücklauf auf den Kopf der Niederdrucksäule 26 aufgegeben. Die Sumpfflüssigkeiten 63, 64 der beiden Hochdrucksäulen 23, 24 werden
zusammengeführt, über Leitung 65, den Unterkühlungs-Gegenströmer 42 und Leitung 66 in die Niederdrucksäule 26 eingespeist. Die Sumpfflüssigkeit 166 der Niederdrucksäule 25 wird in den Verdampfungsraum des Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfers 28 eingeleitet und dort teilweise verdampft. Der flüssig verbliebene Anteil 67 strömt in den Verdampfungsraum des
Nebenkondensators 29 und wird dort teilweise verdampft. Der im Nebenkondensator verdampfte Anteil 68 wird zum kalten Ende des Hauptwärmetauscher-Blocks 20 geleitet, auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt und schließlich über Leitung 69 als gasförmiges Sauerstoffprodukt (GOX) einer Reinheit von 95 mol-% gewonnen. Der flüssig verbliebene Anteil wird zu einem Teil 70 in einer Pumpe 71 auf einen Druck von 6 bar, in dem Hauptwärmetauscher-Block 21 verdampft und angewärmt und schließlich dem gasförmigen Sauerstoffprodukt 69 zugemischt. Ein anderer Teil 72 kann über den Unterkühlungs-Gegenströmer 42, Pumpe 73 und Leitung 74 als
Flüssigsauerstoffprodukt (LOX) gewonnen werden.
Eine flüssige Zwischenfraktion 75, die am unteren Ende des zweiten
Niederdrucksäulenabschnitts 26 anfällt wird mittels einer Pumpe 76 in den
Verdampfungsraum des Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfers 27 gefördert und dort teilweise verdampft. Dabei erzeugter Dampf wird gemeinsam mit dem am Kopf des ersten Niederdrucksäulenabschnitts 25 anfallenden Dampf über die Leitungen 77 und 79 in den zweiten Niederdrucksäulenabschnitt 26 geleitet, gegebenenfalls gemeinsam mit umlaufender Spülflüssigkeit 78. Der Rest der flüssig verbliebenen Zwischenfraktion dient als Rücklaufflüssigkeit im ersten Niederdrucksäulenabschnitt 25.
Am Kopf der Niederdrucksäule 26 wird stickstoffreiches Restgas 80 unter einem Druck von 1 ,26 bar abgezogen und nach Anwärmung in Unterkühlungs-Gegenströmer 42 und Hauptwärmetauscher 20 über Leitung 81 praktisch drucklos als trockenes Gas in den Verdunstungskühler 8 eingespeist und dort zur Abkühlung von Kühlwasser 82 genutzt.
Figur 2 unterscheidet sich hinsichtlich zweier Verfahrensabschnitte von Figur 1 , nämlich der Kälteerzeugung sowie der Luftverdichtung mit Vorkühlung und Reinigung. Im Folgenden werden nur die abweichenden Aspekte näher erläutert, die beide unabhängig voneinander mit den übrigen Verfahrensabschnitten kombiniert werden können.
Kälte wird hier nicht durch eine Druckstickstoff-Turbine, sondern durch eine
Einblaseturbine 153 erzeugt. Diese wird mit einem "vierten Einsatzluftstrom" 151 , 152 betrieben, der aus dem ersten Luftteilstrom 119 unter dem niedrigeren ersten
Gesamtluftdruck abgezweigt und in dem Hauptwärmetauscher 20 auf eine
Zwischentemperatur abgekühlt wurde. Der arbeitsleistend entspannte vierte
Einsatzluftstrom 154 wird der Niederdrucksäule 26 an einer geeigneten Zwischenstelle zugeführt.
Die Luftverdichtung ist hier einfacher ausgeführt als in Figur und weist insbesondere nur eine einzige Reinigungseinrichtung 1 18 auf, in der die Gesamtluft 105, 10 unter dem ersten Gesamtluftdruck gereinigt wird. Es wird auch nur ein Direktkontaktkühler 106 eingesetzt.
Die Aufteilung in den ersten Luftteilstrom 119 und den zweiten Luftteilstrom 111 wird hier stromabwärts der Reinigungseinrichtung 18 vorgenommen. Der Nachverdichter 112 ist wie in Figur 1 aufgebaut, weist jedoch nur einen üblichen Nachkühler 113 auf und die Luft wird nicht in einem Direktkontaktkühler weiter abgekühlt. Über Leitung 119 wird dann der zweite LuftteNstrom analog zu Leitung 19 in Figur 1 geführt.
Figur 3 entspricht weitgehend Figur 1. Der warme Abschnitt des Verfahrens ist nicht dargestellt und kann wie in Figur 1 oder wie in Figur 2 ausgebildet sein. Neben dem ersten Luftteilstrom 19 unter dem ersten Druck und dem zweiten
Luftteilstrom wird ein Hochdruck-Einsatzluftstrom 233 in den Hauptwärmetauscher 20 eingeleitet. Der kalte Hochdruck-Einsatzluftstrom 235 tritt unter einem dritten Druck von 5,3 bar in eine dritte Hochdrucksäule 224 ein. Das stickstoffreiche Kopfgas 258 wird als Heizmittel in dem Nebenkondensator 228 eingesetzt und dort im Wesentlichen vollständig kondensiert. Dabei gewonnener flüssiger Stickstoff 259 wird zu einem ersten Teil 260 als Rücklauf auf den Kopf der zweiten Hochdrucksäule 24 aufgegeben. Ein zweiter Teil 261 wird in dem Unterkühlungs-Gegenströmer 42 abgekühlt und über Leitung 262 als Rücklauf auf den Kopf der Niederdrucksäule 26 aufgegeben. Der Nebenkondensator 228 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als mehrstöckiger Badverdampfer ausgeführt, insbesondere als Kaskadenverdampfer, bei dem die einzelnen Stockwerke verdampfungsseitig seriell und verflüssigungsseitig parallel verbunden sind. Hierbei kann jede entsprechende Ausführungsform eines
Kaskadenverdampfers eingesetzt werden, insbesondere diejenigen, die im Einzelnen in EP 1077356 A1 , WO 0192798 A2 = US 2005028554 A1 , WO 01092799 A1 = US 2003159810 A1 , WO 03012352 A2 oder DE 102007003437 A1 beschrieben werden.
Statt der Druckstickstoff-Turbine 53 kann in dem Verfahren von Figur 3 auch eine Einblaseturbine eingesetzt werden, ebenso wie in den folgenden Figuren 4 bis 6.
Die dritte Hochdrucksäule 224 ist, wie in Figur 3 dargestellt, vorzugsweise unterhalb des Nebenkondensators 228 beziehungsweise der Kombination aus
Nebenkondensator 228, Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer, erstem Abschnitt der Niederdrucksäule und Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer. Die räumliche Anordnung der übrigen Säulen entspricht derjenigen der Figuren 1 und 2.
Figur 4 unterscheidet sich von Figur 1 dadurch, dass der erste Abschnitt 25 der Niederdrucksäule mit den beiden Verdampfern 27, 28 über der zweiten
Hochdrucksäule 24 angeordnet ist.
In Figur 5 ist der erste Abschnitt 25 der Niederdrucksäule mit den beiden Verdampfern 27, 28 dagegen über der ersten Hochdrucksäule 23 angeordnet.
Der Nebenkondensator 29 von Figur 6 ist zwischen der zweiten Hochdrucksäule 24 und dem ersten Abschnitt 25 der Niederdrucksäule angeordnet. Ansonsten entspricht Figur 6 dem Ausführungsbeispiel von Figur 4. Die Anordnung des Nebenkondensators 29 zwischen zwei Trennsäulen nach Figur 6 kann auch auf das Ausführungsbeispiel der Figur 5 übertragen werden. Die Verdichtung und Reinigung der Einsatzluft sowie eine etwaige Abzweigung von Instrumentenluft ist in den Figuren 7 bis 9 nicht dargestellt. Die für das Verfahren notwendigen zwei Luftströme mit unterschiedlichen Drücken werden mit nur einem aus zwei Sektionen bestehenden Luftverdichter geliefert. Die ganze Einsatzluft wird dabei in der ersten, zweistufigen Sektion auf einen Druck von ca. 3,8 bara gebracht und ausschließlich in das Vorkühlungssystem geleitet. Nach der Vorkühlung und
Reinigung, wird ca. die Hälfte der Einsatzluft zurück in die zweite (einstufige)
Verdichter-Sektion geführt und trocken auf einen Enddruck von ca. 5,35 bar verdichtet. Eine derartige Verdichtung und Reinigung der der Einsatzluft ist in Figur 2 im Detail dargestellt.
Ein erster Luftteilstrom 19 wird in Figur 7 unter einem ersten Druck von ca. 3,6 bar dem warmen Ende eines Hauptwärmetauschers 20 zugeleitet. Die auf etwa Taupunkt abgekühlte Luft bildet einen "ersten Einsatzluftstrom" 22, der einer ersten
Hochdrucksäule 23 zugeführt wird.
Die erste Hochdrucksäule 23 ist Teil eines Destilliersäulen-Systems zur Stickstoff- Sauerstoff-Trennung, das außerdem eine zweite Hochdrucksäule 24, eine
Niederdrucksäule, einen Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer 27, einen
Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer 28 und einen Nebenkondensator 29 aufweist. Alle diese Kondensatoren sind in dem Ausführungsbeispiel als Badverdampfer ausgebildet.
In dem Ausführungsbeispiel von Figur 7 sowie in den folgenden Figuren 8 und 9 sind die beiden Hochdrucksäulen 23, 24 übereinander angeordnet, und zwar die erste
Hochdrucksäule 23 unterhalb der zweiten Hochdrucksäule 24. Die Niederdrucksäule ist einteilig ausgebildet - das heißt ihre beiden Abschnitten 25, 26 unterhalb und oberhalb des Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfers 27 sind in einem gemeinsamen Behälter angeordnet - und steht auf dem Boden. Die Kombination aus den beiden
Hochdrucksäulen und die Niederdrucksäule sind nebeneinander angeordnet.
Ein zweiter Luftteilstrom 33 strömt unter einem zweiten Druck von ca. 5,25 bar zum Hauptwärmetauscher 20 und wird dort abgekühlt. Der abgekühlte zweite Luftteilstrom 34 wird aufgeteilt in einen "zweiten Einsatzluftstrom" 35, der in die zweite Hochdrucksäule 24 eingeleitet wird, und in einen "dritten Einsatzluftstrom" 36, welcher dem Verflüssigungsraum des Nebenkondensators 29 zugeleitet wird.
Der mindestens teilweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig kondensierte dritte Teilstrom 37 wird zu einem ersten Teil 40 der ersten Hochdrucksäule 23 zugeleitet. Zu einem zweiten Teil 41 wird er über einen Unterkühlungs-Gegenströmer 42 und Leitung 43 in die Niederdrucksäule 26 eingespeist.
Stickstoffreiches Kopfgas der ersten Hochdrucksäule 23 wird zu einem ersten Teil 44 in dem Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer 27 kondensiert. Dabei gewonnener flüssiger Stickstoff 46 wird zu einem ersten Teil 47 als Rücklauf auf den Kopf der ersten Hochdrucksäule 23 aufgegeben. Ein zweiter Teil 48 wird in dem Unterkühlungs- Gegenströmer 42 abgekühlt und über Leitung 49 als Rücklauf auf den Kopf der Niederdrucksäule 26 aufgegeben. Ein Teil der unterkühlten Flüssigkeit kann bei Bedarf als Flüssigprodukt gewonnen werden (nicht dargestellt).
Ein zweiter Teil 51 des stickstoffreichen Kopfgases der ersten Hochdrucksäule 23 wird in dem Hauptwärmetauscher 20 auf eine Zwischentemperatur angewärmt. Der angewärmte Druckstickstoff 52 wird als gasförmiges Druckstickstoffprodukt (PGAN) gewonnen.
Stickstoffreiches Kopfgas 58 der zweiten Hochdrucksäule 24 wird in dem
Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer 28 kondensiert. Dabei gewonnener flüssiger Stickstoff 59 wird zu einem ersten Teil 60 mittels einer Pumpe 57 als Rücklauf auf den Kopf der zweiten Hochdrucksäule 24 aufgegeben. Ein zweiter Teil 61 wird in dem
Unterkühlungs-Gegenströmer 42 abgekühlt und über Leitung 62 als Rücklauf auf den Kopf der Niederdrucksäule 26 aufgegeben.
Die Sumpfflüssigkeit 64 der zweiten Hochdrucksäule 24 wird in die erste
Hochdrucksäule 23 eingeleitet, und zwar am Sumpf und/oder etwas darüber. Die Sumpfflüssigkeit 63 der ersten Hochdrucksäule 23 wird über den Unterkühlungs- Gegenströmer 42 und Leitung 65 in die Niederdrucksäule 26 eingespeist.
Die Sumpfflüssigkeit der Niederdrucksäule 25 wird in den Verdampfungsraum des Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfers 28 eingeleitet und dort teilweise verdampft. Der flüssig verbliebene Anteil 67 strömt über eine Pumpe 56 in den Verdampfungsraum des Nebenkondensators 29 und wird dort unter einem Druck von ca. 1 ,65 bar teilweise verdampft. Der im Nebenkondensator verdampfte Anteil 68 wird zum kalten Ende des Hauptwärmetauschers 20 geleitet, auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt und schließlich über Leitung 69 als gasförmiges Sauerstoffprodukt (GOX) gewonnen, in diesem speziellen Fall mit einer Reinheit von ca. 93 mol-%. Der flüssig verbliebene Anteil 86 wird zu einem Teil 70 in einer Pumpe 71 auf höheren Druck gebracht und in dem Hauptwärmetauscher 20 verdampft (beziehungsweise pseudo-verdampft, falls der Druck überkritisch ist) und angewärmt.
Falls lediglich eine kleine Spülmenge über die Pumpe 71 gefahren wird, sollte der höhere Druck des gepumpten Sauerstoffs überkritisch sein. Der angewärmte
Spülstrom wird dann über Leitung 88 dem gasförmigen Sauerstoffprodukt 69 zugemischt oder alternativ als separates Produkt abgegeben.
In einer abweichenden Ausführungsform (gestrichelt gezeichnete Leitung 85) wird ein Teil des Sauerstoffprodukts als innenverdichtetes Produkt ICGOX gewonnen (zum Beispiel 15% der Gesamtmenge an Sauerstoff unter einem Druck von 7 bar). Dadurch wird der Nebenkondensator 29 ebenfalls sehr gut gespült. In diesem Fall reicht es aus, wenn die Pumpe 71 den flüssigen Sauerstoff auf den gewünschten Produktdruck (plus Leitungsverlusten) bringt.
Ein weiterer Teil 72 flüssig verbliebenen Anteils 86 aus dem Nebenkondensator 29 kann über den Unterkühlungs-Gegenströmer 42 und Leitung 74 als
Flüssigsauerstoffprodukt (LOX) gewonnen werden.
Am Kopf der Niederdrucksäule 26 wird stickstoffreiches Restgas 80 unter einem Druck von ca. 1 ,33 bar abgezogen und nach Anwärmung in Unterkühlungs-Gegenströmer 42 und Hauptwärmetauscher 20 über Leitung 81 abgezogen und steht als trockenes Gas für einen Verdunstungskühler (nicht dargestellt) 8 zur Abkühlung von Kühlwasser zur Verfügung oder kann als Regeneriergas in einer Einrichtung zur Reinigung von
Einsatzluft (ebenfalls nicht dargestellt) genutzt werden.
Kälte wird bei dem Verfahren durch eine Einblaseturbine 153 erzeugt. Diese wird mit einem "vierten Einsatzluftstrom" 151 betrieben, der - wie der erste Luftteilstrom 19 - unter dem niedrigeren ersten Druck steht und in dem Hauptwärmetauscher 20 auf eine Zwischentemperatur abgekühlt wurde. Der arbeitsleistend entspannte vierte
Einsatzluftstrom 154 wird der Niederdrucksäule 26 an einer geeigneten Zwischenstelle zugeführt.
Figur 8 unterscheidet sich dadurch von Figur 7, dass der Nebenkondensator 29 neben den Säulen angeordnet ist.
Außerdem wird hier das flüssige Sauerstoffprodukt 74 unter Druck gewonnen, indem der entsprechende Strom 72 stromabwärts der Pumpe 71 abgezweigt wird und in einem Abscheider 201 in einen gasförmigen Anteil 202 und einen flüssigen Anteil 272 getrennt wird. Diese Variante ist insbesondere dann von Vorteil, wenn mit der Pumpe 71 relativ große Menge als innenverdichtetes Produkt (ICGOX) erzeugt wird. Diese wird dann gleichzeitig als Produktpumpe für das flüssige Sauerstoffprodukt verwendet. Der Abscheider 201 ist relativ hoch in der Coldbox installiert und das Flüssigprodukt 272 strömt mittels hydrostatischen Drucks aus diesem Abscheider in den Speichertank.
Figur 9 entspricht weitgehend Figur 8. Der Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer 28 ist jedoch statt im Sumpf des unteren Niederdrucksäulen-Abschnitts 25 am Kopf der zweiten Hochdrucksäule 24 angeordnet, also oberhalb der zweiten Hochdrucksäule. Hierdurch kommt das System ohne Flüssigstickstoffpumpe aus. Die Rücklaufflüssigkeit 60 strömt allein aufgrund des Gefälles zum Kopf der zweiten Hochdrucksäule 24.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-T rennung, das eine erste Hochdrucksäule (23) und eine Niederdrucksäule (25, 26) aufweist sowie drei Kondensator-Verdampfer, nämlich einen Hochdrucksäulen-Kopfkondensator (27), einen Niederdrucksäulen- Sumpfverdampfer (28) und einen Nebenkondensator (29; 228), wobei bei dem Verfahren
- ein erster Einsatzluftstrom in einem Hauptwärmetauscher (20, 21) abgekühlt wird,
- der abgekühlte erste Einsatzluftstrom (22) unter einem ersten Druck in die erste
Hochdrucksäule (23) eingeführt wird,
- in dem Hochdrucksäulen-Kopfkondensator (27) gasförmiger Kopfstickstoff (44,
45) aus der ersten Hochdrucksäule (23) kondensiert wird,
- mindestens ein Teil (47) des in dem Hochdrucksäulen-Kopfkondensator (27) kondensierten Kopfstickstoffs (46) als Rücklaufflüssigkeit auf die erste
Hochdrucksäule (23) aufgegeben wird,
- ein Teil der Sumpfflüssigkeit (66) der Niederdrucksäule (25, 26) in dem
Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer (28) in indirektem Wärmeaustausch mit einem kondensierenden Heizfluid (58) verdampft wird,
- ein nicht verdampfter Teil (67) der Sumpfflüssigkeit (66) der Niederdrucksäule
(25, 26) in dem Nebenkondensator (29; 228) mindestens teilweise verdampft wird und
- mindestens ein Teil der in dem Nebenkondensator (29; 228) verdampften
Flüssigkeit (68) als gasförmiges Sauerstoffprodukt (69) gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung außerdem eine zweite Hochdrucksäule (24) aufweist,
- ein zweiter Einsatzluftstrom in dem Hauptwärmetauscher (20, 21) abgekühlt wird,
- der abgekühlte zweite Einsatzluftstrom (35) unter einem zweiten Druck, der
höher ist als der erste Druck, in die zweite Hochdrucksäule (24) eingeleitet wird und
- mindestens ein Teil des Kopfgases (58) der zweiten Hochdrucksäule (24) als
Heizfluid in dem Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer (28) eingesetzt wird. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein stickstoffangereicherter Strom (51 , 52) aus einer Hochdrucksäule (23) des
Destilliersäulen-Systems zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung arbeitsleistend entspannt (53) und der arbeitsleistend entspannte stickstoffangereicherte Strom (54) in dem Hauptwärmetauscher (20, 21 ) angewärmt wird, wobei insbesondere mindestens ein Teil des angewärmten stickstoffangereicherten Stroms (55) als Regeneriergas (56, 57) in einer Reinigungseinrichtung (18, 30; 118) für Einsatzluft eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
Hochdrucksäulen-Kopfkondensator (27) als Niederdrucksäulen- Zwischenverdampfer (27) betrieben wird, indem dort eine flüssige
Zwischenfraktion (75) aus der Niederdrucksäule (25, 26) verdampft und
mindestens ein Teil der in dem Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer (27) verdampften Zwischenfraktion als aufsteigendes Gas in die Niederdrucksäule (25, 26) eingeleitet (77, 79) wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdrucksäule durch mindestens durch zwei Abschnitte gebildet wird, wobei ein erster Abschnitt (25) und einen zweiter Abschnitt (26) jeweils in einem separaten Behälter, der Stoffaustauschelemente enthält, angeordnet sind und der zweite Abschnitt (26) der Niederdrucksäule neben der ersten Hochdrucksäule (23) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (25) der Niederdrucksäule die Stoffaustauschelemente zwischen Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer (27) und Niederdrucksäulen- Sumpfverdampfer (28) enthält und der zweite Abschnitt (26) die
Stoffaustauschelemente am Kopf der Niederdrucksäule.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass erste Abschnitt (25) der Niederdrucksäule neben der ersten Hochdrucksäule (23) angeordnet ist, insbesondere zwischen erster Hochdrucksäule (23) und zweiten Abschnitt (26) der Niederdrucksäule.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (25) der Niederdrucksäule über der ersten Hochdrucksäule (23) angeordnet ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdrucksäulen-Kopfkondensator (27) oberhalb des beziehungsweise innerhalb des ersten Abschnitts (25) der Niederdrucksäule angeordnet ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer (28) unterhalb des beziehungsweise innerhalb des ersten Abschnitts (25) der Niederdrucksäule angeordnet ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenkondensator (29; 228) unterhalb des Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfers (28) angeordnet ist.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Hochdrucksäule (23, 24) übereinander angeordnet sind und die erste Hochdrucksäule (23) unterhalb der zweiten Hochdrucksäule (24) angeordnet ist.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Nebenkondensator (29) zwischen der ersten und der zweiten Hochdrucksäule angeordnet ist. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Einsatzluftstrom in dem Hauptwärmetauscher (20, 21 ) abgekühlt wird und der abgekühlte dritte Einsatzluftstrom (36) in dem Nebenkondensator (29) mindestens teilweise kondensiert wird, wobei insbesondere der dritte
Einsatzluftstrom (36) bei der Einleitung in den Nebenkondensator (29) unter einem dritten Druck steht, der höher ist als der erste Druck.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass - ein Gesamtluftstrom (1 ) auf einen ersten Gesamtluftdruck verdichtet wird, der höher als der ersten Druck, aber niedriger als der zweite Druck ist, - der Gesamtluftstrom (5, 9) unter dem ersten Gesamtluftdruck in einen ersten
Luftteilstrom (10) und einen zweiten Luftteilstrom (1 1 ) aufgeteilt wird,
- der erste Luftteilstrom (10, 19) unter etwa dem ersten Gesamtluftdruck in den
Hauptwärmetauscher (20, 21) eingeleitet und dort abgekühlt wird,
- der erste Einsatzluftstrom (22) für die erste Hochdrucksäule (23) durch
mindestens einen Teil des abgekühlten ersten Luftteilstroms gebildet wird,
- der zweite Luftteilstrom (1 1 ) auf einen Druck nachverdichtet (12) wird, der höher als der erste Gesamtluftdruck ist,
- der nachverdichtete zweite Luftteilstrom (14, 17, 33) in den Hauptwärmetauscher (20, 21 ) eingeleitet und dort abgekühlt wird und
- der zweite Einsatzluftstrom (35) für die zweite Hochdrucksäule (24) durch
mindestens einen Teil des abgekühlten zweiten Luftteilstroms (34) gebildet wird. 15. Verfahren nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte
Einsatzluftstrom (36) für den Nebenkondensator (29) durch mindestens einen Teil des abgekühlten zweiten Luftteilstroms (34) gebildet wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Druck gleich dem zweiten Druck ist.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein vierter Einsatzluftstrom (151 , 152) arbeitsleistend entspannt (153) und in die Niederdrucksäule (25, 26) eingeleitet (154) wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenkondensator (29) als Badverdampfer ausgebildet ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdrucksäulen-Kopfkondensator (27) und der Niederdrucksäulen- Sumpfverdampfer (28) als Badverdampfer ausgebildet sind.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer (28) am Kopf der zweiten Hochdrucksäule (24) angeordnet ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdrucksäulen-Kopfkondensator (27) und/oder Niederdrucksäulen- Sumpfverdampfer (28) als Fallfilmverdampfer ausgestaltet sind.
Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung mit einem Destilliersäulen-System zur
Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, das eine erste Hochdrucksäule (23) und eine Niederdrucksäule (25, 26) aufweist sowie drei Kondensator-Verdampfer, nämlich einen Hochdrucksäulen-Kopfkondensator (27), einen Niederdrucksäulen- Sumpfverdampfer (28) und einen Nebenkondensator (29; 228), und mit
- einem Hauptwärmetauscher (20, 21 ) zum Abkühlen eines ersten
Einsatzluftstroms,
- Mitteln zum Einführen des abgekühlten ersten Einsatzluftstroms (22) unter einem ersten Druck in die erste Hochdrucksäule (23),
- Mitteln zum Einführen von ) gasförmigem Kopfstickstoff (44, 45) aus der ersten
Hochdrucksäule (23) in den Verflüssigungsraum des Hochdrucksäulen- Kopfkondensators (27),
- Mitteln zum Aufgeben mindestens eines Teils (47) des in dem Hochdrucksäulen-
Kopfkondensator (27) kondensierten Kopfstickstoffs (46) als Rücklaufflüssigkeit auf die erste Hochdrucksäule (23),
- Mitteln zum Einleiten mindestens eines Teils der Sumpfflüssigkeit (66) der
Niederdrucksäule (25, 26) in den Verdampfungsraum des Niederdrucksäulen- Sumpfverdampfers (28),
- Mitteln zum Einleiten eines Heizfluid (58) in den Verflüssigungsraum des
Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfers (28),
- Mitteln zum Einleiten eines nicht verdampften Teils (67) der Sumpfflüssigkeit (66) der Niederdrucksäule (25, 26) in den Verdampfungsraum des
Nebenkondensators (29; 228) und mit
- Mitteln zum Gewinnen mindestens eines Teils der in dem Nebenkondensator (29;
228) verdampften Flüssigkeit (68) als gasförmiges Sauerstoffprodukt (69), dadurch gekennzeichnet, dass
- das Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung außerdem eine zweite Hochdrucksäule (24) aufweist,
und das die Vorrichtung ferner - Mittel zum Einleiten eines ein zweiten Einsatzluftstroms in dem
Hauptwärmetauscher (20, 21 ),
- Mittel zum Einleiten des im Hauptwärmetauscher abgekühlten zweiten
Einsatzluftstroms (35) in die zweite Hochdrucksäule (24), und
- Mittel zum Einleiten mindestens eines Teils des Kopfgases (58) der zweiten
Hochdrucksäule (24) als Heizfluid in den Verflüssigungsraum der
Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer (28)
aufweist, wobei
- insbesondere Regelungsmittel vorgesehen sind, die bewirken, dass der zweite Einsatzluftstrom (35) unter einem zweiten Druck, der höher ist als der erste
Druck, in die zweite Hochdrucksäule (24) eingeleitet wird.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, gekennzeichnet, durch eine
Entspannungsmaschine (53) zur arbeitsleistenden Entspannung eines
stickstoffangereicherten Stroms (51 , 52) aus einer Hochdrucksäule (23) des
Destilliersäulen-Systems zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung arbeitsleistend entspannt (53) und durch Mittel zum Anwärmen des arbeitsleistend entspannten stickstoffangereichertes Stroms (54) in dem Hauptwärmetauscher (20, 21 ), wobei insbesondere Mittel zum Einleiten mindestens eines Teils des angewärmten stickstoffangereicherten Stroms (55) als Regeneriergas (56, 57) in eine
Reinigungseinrichtung (18, 30; 1 18) für Einsatzluft vorgesehen sind.
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