EP3410050A1 - Method for producing one or more air products and air separation system - Google Patents

Method for producing one or more air products and air separation system Download PDF

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EP3410050A1
EP3410050A1 EP18020214.5A EP18020214A EP3410050A1 EP 3410050 A1 EP3410050 A1 EP 3410050A1 EP 18020214 A EP18020214 A EP 18020214A EP 3410050 A1 EP3410050 A1 EP 3410050A1
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EP
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pressure
column
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pressure level
booster
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EP18020214.5A
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Dimitri GOLUBEV
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Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Publication date
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    • 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
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/02—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream
    • F25J2240/04—Multiple expansion turbines in parallel
    • 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
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/40—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval
    • F25J2240/46—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval the fluid being oxygen

Definitions

  • the invention relates to a method for obtaining one or more air products and an air separation plant according to the preambles of the independent claims.
  • cryogenic separation of air in air separation plants is known and, for example at H.-W. Haring (ed.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006 , in particular Section 2.2.5, "Cryogenic Rectification" described.
  • Air separation plants have rectification column systems, which can be designed, for example, as two-column systems, in particular as classic Linde double-column systems, but also as three-column or multi-column systems.
  • rectification column systems which can be designed, for example, as two-column systems, in particular as classic Linde double-column systems, but also as three-column or multi-column systems.
  • rectification columns for the production of nitrogen and / or oxygen in the liquid and / or gaseous state ie the rectification columns for nitrogen-oxygen separation
  • rectification columns for obtaining further air components in particular the noble gases krypton, xenon and / or argon, can be provided.
  • the rectification columns of said rectification column systems are operated at different pressure levels.
  • Double column systems have a so-called high-pressure column (also referred to as pressure column, medium-pressure column or lower column) and a so-called low-pressure column (also referred to as the upper column).
  • the pressure level of the high pressure column is for example 4 to 6 bar, preferably about 5.5 bar.
  • the low-pressure column is operated at a pressure level of, for example, 1.3 to 1.7 bar, preferably about 1.5 bar.
  • the pressure levels given here and below are in each case absolute pressures that are present at the top of the respectively named columns. The values mentioned are only examples that can be changed if necessary.
  • main compressor / compressor Main Air Compressor / Booster Air Compressor, MAC-BAC
  • HAP high air pressure
  • Main compressor / Nachverêtr method are characterized by the fact that only a portion of the total Rekt Chesklalens the amount of feed air is compressed to a pressure level, the essential, ie by at least 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10 bar, above the pressure level of the high pressure column is. Another part of the amount of feed air is compressed only to the pressure level of the high pressure column or a pressure level which differs by not more than 1 to 2 bar from the pressure level of the high pressure column, and fed at this lower pressure level in the high pressure column.
  • An example of a main compressor / densifier process is in Häring (see above) in Figure 2.3A shown.
  • the total amount of feed air supplied to the rectification column system is compressed to a pressure level which is substantially, ie at least 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10 bar above the pressure level of the high-pressure column.
  • the pressure difference can be, for example, up to 14, 16, 18 or 20 bar.
  • High-pressure methods are for example from the EP 2 980 514 A1 and the EP 2 963 367 A1 known.
  • the present invention is used in particular in air separation plants with so-called internal compression (IV, Internal Compression, IC).
  • IV Internal Compression, IC
  • at least one product which is provided by means of the air separation plant is formed by removing a cryogenic liquid from the rectification column system, subjecting it to a pressure increase, and converting it to the gaseous or supercritical state by heating.
  • internally compressed gaseous oxygen (GOX IV, GOX IC) or nitrogen (GAN IV, GAN IC) can be produced in this way.
  • the internal compression offers a number of advantages over an alternatively also possible external compression and is eg in Häring (see above), Section 2.2.5.2, "Internal Compression", explained. Also for example in the US 2004/0221612 A1 and the US 5,475,980 A internal compression methods are disclosed.
  • high pressure air pressure systems can be an advantageous alternative to the more conventional main compressor / re-compressor processes.
  • the present invention therefore has as its object, at least in some of such cases, to enable an advantageous use of a high-pressure method.
  • the term “amount of feed air” or “feed air” is understood as meaning the total air supplied to the rectification column system of an air separation plant and thus all the air supplied to the rectification column system.
  • a corresponding quantity of feed air in a main compressor / secondary compressor process is only partially compressed to a pressure level which is significantly above the pressure level of the high-pressure column.
  • the total amount of feed air is compressed to such a high pressure level.
  • a “cryogenic” liquid is understood here to mean a liquid medium whose boiling point is significantly below the ambient temperature, for example at -50 ° C. or less, in particular at -100 ° C. or less.
  • Examples of deep-frozen liquids are liquid air, liquid oxygen, liquid nitrogen, liquid argon or liquids that are rich in the compounds mentioned.
  • turbocompressors In air separation plants, multi-stage turbocompressors are used for compressing the amount of feed air, which are referred to here as "main air compressors".
  • the mechanical design of turbocompressors is known in principle to the person skilled in the art.
  • a turbocompressor the compression of the medium to be compressed takes place by means of turbine blades, which are arranged on a turbine wheel or directly on a shaft.
  • a turbocompressor forms a structural unit which, however, can have several compressor stages in a multi-stage turbocompressor.
  • a compressor stage comprises a turbine wheel or a corresponding arrangement of turbine blades. All of these compressor stages can be driven by a common shaft. However, it can also be provided to drive the compressor stages in groups with different waves, wherein the waves can also be connected to each other via gears.
  • the main air compressor is also distinguished by the fact that through this the total amount of air fed into the rectification column system and used for the production of air products, ie the total feed air, is compressed. Accordingly, a "re-compressor" may be provided, but in which only a part of the compressed in the main air compressor air quantity is brought to an even higher pressure.
  • This can also be designed turbocompressors. For compressing partial air quantities, further turbocompressors are typically provided, which are also referred to as boosters, but make only a relatively small amount of compaction compared to the main air compressor or the booster compressor. Even in a high-pressure method, a booster may be present, but this compresses a subset of the air then starting from a correspondingly higher pressure level.
  • turboexpanders can also be coupled with turbo compressors and drive them. If one or more turbocompressors without externally supplied energy, i. driven only by one or more turboexpander, the term "turbine booster" is used for such an arrangement.
  • the turboexpander (the expansion turbine) and the turbocompressor (the booster) are mechanically coupled, with the coupling being able to take place at the same speed (for example via a common shaft) or at different speeds (for example via an intermediate gearbox).
  • a booster can basically also be driven using external energy, for example using an electric motor.
  • turbine boosters and booster driven using external energy can be used.
  • Liquid, gaseous or supercritical state fluids may be rich or poor in one or more components as used herein, with “rich” for a content of at least 75%, 90%, 95%, 99%, 99.5%. , 99.9% or 99.99% and “poor” for a content of at most 25%, 10%, 5%, 1%, 0.1% or 0.01% on a molar, weight or volume basis ,
  • the term “predominantly” may correspond to the definition of "rich” just mentioned, but in particular denotes a content of more than 90%. If, for example, "nitrogen” is mentioned here, it can be a pure gas or a nitrogen-rich gas.
  • pressure level and "temperature level” will be used to characterize pressures and temperatures, thereby indicating that pressures and temperatures need not be used in the form of exact pressure or temperature values to achieve an inventive concept.
  • pressures and temperatures typically range in certain ranges that are, for example, ⁇ 1%, 5%, 10%, 20% or even 50% about an average.
  • Different pressure levels and temperature levels can be in disjoint areas or in areas that overlap each other.
  • pressure levels include unavoidable or expected pressure losses, for example due to cooling effects, a.
  • the pressure levels specified here in bar are absolute pressures.
  • the present invention relates, for example, to a method in which about 37,000 standard cubic meters of compressed gaseous oxygen per hour at 31 bar , 20,000 standard cubic meters of gaseous nitrogen per hour at 10 bar, 3,000 standard cubic meters of liquid nitrogen per hour and 3,300 standard cubic meters of liquid oxygen per hour with simultaneous argon production can be formed.
  • a so-called cold booster is used to increase the process efficiency by converting excess cooling capacity into higher air pressure.
  • a corresponding cold booster is conventionally a part of the air separation plant supplied feed air, which has been cooled in the main heat exchanger to an intermediate temperature level and possibly previously been increased in pressure, brought to a higher pressure level.
  • An air separation plant with a cold booster is for example in the EP 3 101 374 A2 disclosed.
  • a booster here is understood to mean a booster which is supplied with fluid which is present at a temperature level which is significantly below the respective ambient temperature at the location of the air separation plant, in particular clearly below 0 ° C., -10 ° C., -20 ° C, -30 ° C, -40 ° C or -50 ° C or below.
  • the increase of the process efficiency by a cold booster is possible, because due to the comparatively reduced liquid power the system no corresponding amount of refrigerant is "withdrawn", as would be the case if corresponding products were made liquid.
  • a cold booster for use in the present invention may be designed as a turbine booster or as a booster powered by external energy.
  • the kF value (ie the product of heat transfer coefficient k and heat exchanger surface F) of the main heat exchanger of an air separation plant can be increased by the use of a cold booster. This is due to the fact that the power absorbed in the cold booster during the cold compression is dissipated virtually completely in the main heat exchanger itself. Although this improves the internal compression process or the QT profile in the heat exchanger, the required exchange surface area becomes larger because the amount of compressed gas in a specific temperature range is cooled virtually twice. To illustrate, for example, on FIG. 1 the already mentioned EP 3 101 374 A2 pointed.
  • the stream i is due to the increase in temperature by the compression of the main heat exchanger 7 taken before the pressure increase in the cold booster 101 at a lower temperature level than that on which it is then fed back to the main heat exchanger 7.
  • the improvement in the QT profile is thermodynamically due to the increase in the difference in heat capacities of the cold and warm streams in this temperature range.
  • An improvement in the efficiency of high-pressure air method by the use of multiple throttle currents at different pressures is also known.
  • An "inductor flow” is a part of the amount of feed air cooled at a pressure level above the operating pressure of the high pressure column in the main heat exchanger, at least partially liquefied or converted at the appropriate pressure on the gaseous in the supercritical state and then by means of a relaxation device, classically relaxed an expansion valve ("throttle") and the rectification column system, in particular the high-pressure column, is supplied.
  • a pressure nitrogen product for example, about 10 bar, for example, can be provided by re-densification, in particular as pressure nitrogen from the at 5.5 bar working high-pressure column or by internal compression.
  • re-densification in particular as pressure nitrogen from the at 5.5 bar working high-pressure column or by internal compression.
  • a separate compressor is required, in the latter case an internal compression pump and an even larger heat exchanger.
  • the object explained at the outset which is to provide a cost-effective and nevertheless efficient HAP process, is achieved in that, instead of cold compaction of an incoming air stream for improving the QT profile in the main heat exchanger, as is fundamentally up to date It is known in the art to cold compress a stream of nitrogen from the high pressure column in a turbine booster or booster powered by external energy. This is configured in the context of the present invention in a particularly advantageous manner and further developed.
  • the pressure ratios of cold booster are typically at most 1.9 to 2.
  • a pressure ratio is defined as the ratio of the inlet pressure to the outlet pressure of a corresponding booster. This pressure ratio is sufficient to deliver the required amount of nitrogen product, in the present case at about 10 bar. Therefore, a cold booster for providing pressurized nitrogen at a corresponding pressure level is advantageously used.
  • a cold booster for a corresponding nitrogen product stream basically the same effect can be achieved as by the cold compression in the cold booster and the subsequent cooling of a partial flow of the feed air.
  • the improvement in the QT profile is also achieved by the more favorable ratio of heat capacities between the cold and warm streams.
  • the difference is that in the embodiment proposed in the present invention, the heat capacity of cold streams (by diverting a corresponding nitrogen flow to the cold booster) is reduced in certain heat exchanger areas.
  • the heat capacity of hot streams is increased by a double guiding of the cold-compressed air stream through the heat exchanger. The difference described has a positive effect on the kF value of the heat exchanger.
  • the performance of the cold booster for the pressurized nitrogen is not in the main heat exchanger must be removed (the pressurized nitrogen stream heats up through the compression and is then fed back to the main heat exchanger at a suitable location for subsequent heating to near ambient temperature).
  • the present invention in addition to the cold compression of a pressurized nitrogen product, also includes the particularly advantageous balancing of the excess cooling capacity throughout the process and the performance of the cold booster. This can be achieved in that in a particularly preferred embodiment of the invention, in addition to the amount of product and a certain additional amount of pressurized nitrogen from the high-pressure column mitverêtt and then used as an additional inductor current in the main heat exchanger. A corresponding additional amount of pressurized nitrogen is thus at least partially liquefied in the main heat exchanger and fed back into the rectification column system, in particular the high-pressure column.
  • this design is a combination of both described methods for improving the QT profile.
  • the use of an additional nitrogen restrictor flow also has a positive effect on the product yield, since less air is pre-liquefied in this way (instead of feed air, pressurized nitrogen liquefied from the high pressure column).
  • the low-pressure column should be carried out with argon optimization, ie with an additional rectification section between the feed points of the argon condensers, if, for example, crude and pure argon columns or argon discharge columns are used.
  • the amount of additional nitrogen flow is thereby an optimization parameter. All nitrogen taken from the high pressure column and neither condensed nor recycled as reflux into it nor condensed and used as a liquid reflux to the low pressure column (as in the present case), basically affects the Separation in the low-pressure column because he is no longer available there as a return.
  • the present invention proposes a method for recovering one or more air products using an air separation plant having a rectification column system comprising a high pressure column and a low pressure column, and further equipped with a main heat exchanger and a main air compressor.
  • the present invention is used in connection with a high-pressure method, so it is the entire, the rectification column system supplied air in the main compressor compressed to a first pressure level and the high-pressure column is operated at a second pressure level, which is at least 3 bar is below the first pressure level.
  • a second pressure level which is at least 3 bar is below the first pressure level.
  • the gaseous, nitrogen-rich fluid is taken from the high-pressure column at the second pressure level and heated in the gaseous state without prior liquefaction.
  • This fluid is in conventional air separation plants to pressurized nitrogen, which is to be withdrawn as a process product of the air separation plant.
  • pressurized nitrogen which is to be withdrawn as a process product of the air separation plant.
  • complete heating of such nitrogen-rich fluid in the main heat exchanger and subsequent delivery as a corresponding product occurs. If this is referred to, that a corresponding fluid is heated "in the gaseous state" without a prior liquefaction, it is to be understood here that a corresponding fluid is not nitrogen taken from the high-pressure column, in a high-pressure column.
  • such fluid can basically be warmed or serve, for example, to provide liquid nitrogen.
  • Corresponding fluids can also be used in the context of the present invention (but in addition to the fluid heated in the gaseous state without prior liquefaction).
  • a first subset of the gaseous, nitrogen-rich fluid to a first temperature level of -150 to -100 ° C, in particular from -140 to -120 ° C, for example -130 ° C, to warm up to a booster at this first temperature level, and continue to compress to a third pressure level using the booster.
  • the booster because of the temperature levels at which the gaseous, nitrogen-rich fluid or the first subset of this fluid are supplied to the booster, is a "cold booster" in the sense explained above. This can be designed as a turbine booster or as a booster powered by external energy, as already explained. The benefits of using a cold booster have also been previously mentioned.
  • the third pressure level is in particular at a pressure level at which a corresponding nitrogen product is to be delivered, for example at a pressure of 8 to 12 bar, in particular from 9 to 11 bar, for example 10 bar.
  • a pressure level is thus the discharge pressure of a corresponding nitrogen-rich printed product.
  • the first subset is further provided to heat the first subset after compression to the third pressure level to a second temperature level above the first temperature level, which may be in particular at ambient temperature, and to discharge it permanently from the air separation plant.
  • the corresponding first subset is thus provided as a printed product.
  • the present invention also to heat a second subset of the gaseous, nitrogen-rich fluid together with the previously mentioned first subset to the first temperature level, at this first temperature level to the booster, and continue using the booster to compress to the third pressure level.
  • it is provided to cool the second subset after compression to the third pressure level to a third temperature level below the first temperature level, then to relax to the second pressure level and return the high pressure column.
  • the second subset is in particular at least partially liquefied or transferred from the supercritical state into the liquid state.
  • the third temperature level may be a temperature level of -180 to -165 ° C, in particular of -177 to -167 ° C, for example -172 ° C, act.
  • the present invention also possible to heat a third portion of the nitrogen-rich fluid without compression to the third pressure level to the first temperature level and permanently divert from the air separation plant.
  • Corresponding nitrogen can be provided for example in the form of so-called seal gas or as a nitrogen product at a lower pressure level.
  • the first, the second and the third subset preferably together form the total amount of the high-pressure column removed and non-liquefied nitrogen-rich fluid.
  • the first and the second subset are heated to the first temperature level using the main heat exchanger, and / or if the first subset is heated to the second temperature level using the main heat exchanger and / or if the first subset second subset is cooled using the main heat exchanger to the third temperature level.
  • the Q-T profile and the kF value of the main heat exchanger can be influenced in a particularly favorable manner.
  • the booster used for compression of the cold nitrogen flow so the cold booster, in one embodiment of the present invention, as mentioned, coupled with an expansion turbine, so represents a turbine booster.
  • a Part of the rectification column system supplied air to the second pressure level is relaxed, which was previously cooled using the main air compressor to a fourth temperature level and which is then fed into the high-pressure column.
  • the fourth temperature level may be -170 to -120 ° C, especially at -160 to -130 ° C, for example -149 ° C.
  • the relaxation of part of the air supplied to the rectification system in an expansion turbine in order to drive the cold booster can in principle also take place at approximately the pressure level of the low-pressure column with subsequent introduction of this flow into the low-pressure column.
  • the cold booster may be powered using external energy, not energy stored in a process stream provided in the air separation plant.
  • an electric motor can be used for driving the cold booster.
  • the second subset comprises a fraction, in particular a standardized fraction, for example expressed in standard cubic meters per hour, from 0 to 60%, in particular from 10 to 50%, for example from 15 to 35%, of the high-pressure column on the second Pressure taken and heated without prior liquefaction in the gaseous state gaseous nitrogen-rich fluid.
  • a fraction in particular a standardized fraction, for example expressed in standard cubic meters per hour, from 0 to 60%, in particular from 10 to 50%, for example from 15 to 35%, of the high-pressure column on the second Pressure taken and heated without prior liquefaction in the gaseous state gaseous nitrogen-rich fluid.
  • a part of the air supplied to the rectification column system is compressed in a further booster from the first pressure level to a fifth pressure level of 20 to 30 bar, in particular 22 to 27 bar, for example 25 bar, using the main heat exchanger cooled to a fifth temperature level, expanded in a mechanically coupled with the further booster expansion turbine to the second pressure level, and then fed into the high-pressure column.
  • a so-called warm booster can basically correspond to the prior art and supports the achievable within the scope of the present invention advantages.
  • a sixth temperature level for example - 165 to -115 ° C, especially at -150 to -130 ° C, for example -141 ° C
  • the rectification column system comprises at least one rectification column into which a first fluid enriched in argon with respect to a bottom liquid of the high-pressure column is transferred from the low-pressure column, and in which the first fluid is depleted of argon. An after depletion of argon remaining remainder of the first fluid is thereby recycled in the form of a second fluid in the low pressure column.
  • the present invention can be used in principle using known crude and possibly pure argon columns, but it is also a pure Argonausschleusung without obtaining an argon product using so-called Argonausschleuskla possible.
  • the advantageous effect of the resulting Argonausschleusung from the separated in the low pressure column fluid is due to the fact that the oxygen-argon separation for the discharged argon in the low-pressure column is no longer necessary.
  • the separation of the argon from the oxygen in the low pressure column itself is basically expensive and requires a corresponding "heating" performance of the main capacitor. If argon is discharged and thus omits the oxygen-argon separation or this is displaced, for example, in a crude argon or Argonausschleuskla, the corresponding amount of argon must not be separated in the oxygen section of the low pressure column and the heating power of the main capacitor can be reduced. Therefore, with the same yield of oxygen, more pressure nitrogen can be removed from the high-pressure column, which is currently the goal of the present invention.
  • an "argon discharge column” can be understood to mean a separation column for the argon-oxygen separation, which does not serve to obtain a pure argon product but to remove argon from the air to be separated in the high-pressure column and low-pressure column.
  • Their circuit differs only slightly from that of a conventional crude argon column, but it contains significantly less theoretical plates, namely less than 40, especially between 15 and 30.
  • an argon discharge column Like a crude argon column, the bottom region of an argon discharge column is connected to an intermediate point of the low pressure column and the argon discharge column is passed through cooled a top condenser, on its evaporation side typically relaxed bottoms liquid from the high pressure column is introduced.
  • An argon discharge column typically does not have a bottom evaporator.
  • a crude and a pure argon column are used, which are each operated with a top condenser, in which oxygen-enriched liquid from the bottom of the high-pressure column, which is in particular previously passed through a supercooling countercurrent, partially evaporated.
  • An unevaporated portion is fed in each case liquid into the low-pressure column.
  • the feeding of the unevaporated fraction from the top condenser of the pure argon column is advantageously carried out 5 to 15 theoretical plates above the feed of the unevaporated fraction from the top condenser of the crude argon column and the latter again above the removal of the first and the return of the second fluid. In this way, an "argon-optimized" separation can be achieved, which allows a corresponding removal of larger amount of nitrogen-rich fluid from the high-pressure column.
  • the present invention further relates to a plant for the production of one or more air products, with respect to the features of which reference is made to the corresponding independent claim.
  • FIG. 1 an air separation plant according to an embodiment of the invention is shown in a simplified, schematic representation and designated 100.
  • a feed air flow a (AIR) is sucked in by means of a main air compressor 1 via a filter 2 and compressed to a pressure level, which is referred to here as the first pressure level.
  • the main air compressor 1 may in particular be designed in multiple stages with intermediate cooling.
  • a radiator associated with the main air compressor 1 is shown as representative of a plurality of corresponding radiators and designated 3.
  • the air separation process performed in the air separation plant 100 is a high air pressure process as discussed above, such that the first pressure level is at least 3 bar above a pressure level on which a high pressure column 14 of a rectification column system (see below) of the air separation plant 100 is operated, secondarily here Pressure level is called.
  • the total amount of air supplied to the rectification column system, which is compressed to the first pressure level, is referred to herein as the amount of feed air.
  • This amount of feed air is first cooled in the form of the feed air stream a in a cooling device 4 and then at least largely freed of water and carbon dioxide in an adsorption device 5.
  • the cooling device 4 is operated in the manner shown with cooling water (H2O), regenerates the adsorption 5 with regeneration gas, which can be delivered after its use to the atmosphere (ATM).
  • the cooled and purified feed air stream a now designated b for better distinctness, is first divided into two partial streams c and d.
  • the partial flow c is brought in a booster 6, which is mechanically coupled to an expansion turbine 7, to a pressure level above the first pressure level and after cooling in an aftercooler again divided into two partial flows e and f, which are fed to a main heat exchanger 9 of the air separation plant 100 , Since the partial flow e is the booster 6 at ambient temperature or above, but in any case at a temperature level above 0 ° C, fed, it is also referred to as a warm booster.
  • the partial flow e is taken from the main heat exchanger 9 at an intermediate temperature level, expanded in the expansion turbine 7 and fed into the high-pressure column 14 in at least partially gaseous state.
  • the partial flow f is removed from the main heat exchanger 9 cold side and fed via a throttle 10 in the liquid state in the high-pressure column 14. The partial flow f is thus a first throttle flow.
  • the partial flow c is also divided again into two partial flows g and h, which are fed to the main heat exchanger 9 of the air separation plant 100.
  • the partial flow g is taken from the main heat exchanger 9 at an intermediate temperature level, in an expansion turbine 11, which is mechanically coupled to a booster 12, relaxed and in at least partially gaseous state, the high-pressure column 14 is fed. He is previously united with the partial flow e. Since the booster 12, as explained below, fluid significantly below ambient temperature, but definitely below 0 ° C, -10 ° C, -20 ° C, -30 ° C, -40 ° C, -50 ° C, is supplied, He is also referred to as a cold booster.
  • the partial flow h is removed from the main heat exchanger 9 on the cold side and fed via a throttle 13 in the liquid state into the high-pressure column 14. It is previously combined with the partial flow f or fed directly into the high-pressure column 14. The partial flow h is therefore a second throttle flow.
  • the operation of the rectification column system comprising in the desalination plant 100 the already mentioned high-pressure column 14, a low-pressure column 15, a crude argon column 16 and a pure argon column 17 can basically be taken from the technical literature cited above.
  • the air separation plant 100 is set up for internal compression.
  • the low-pressure column 15 is taken from an oxygen-rich bottom product in the form of a stream i liquid, to a proportion in the form of a stream k in an internal compression pump 18 to about 30 bar (a) or to a higher, for example to a supercritical, pressure level brought vaporized in the main heat exchanger 9 and transferred from the liquid to the supercritical state, and delivered as internally compressed oxygen-rich air product (GOX IC) at the plant boundary.
  • Another portion of the stream i is not internally compressed, but instead conducted in the form of a stream I to the plant boundary and there delivered as a liquid oxygen product (LOX).
  • the temperature can be adjusted by a partial guiding of the material flow I through a subcooling countercurrent 19.
  • Oxygen-enriched liquid in the form of a stream m can be taken from the bottom of the high-pressure column 14.
  • the stream m can be passed through the subcooling countercurrent 19 and then proportionally fed into the respective evaporation chambers of the top condensers of the crude argon column 16 and the pure argon column 17.
  • liquid and gaseous components are fed into the low-pressure column 15.
  • the crude argon column 16 and the pure argon column 17 are operated in a known manner.
  • an argon-enriched fluid in the form of a stream n is removed from the low-pressure column 15 at a suitable position and depleted of oxygen in the crude argon column 16, which is returned to the low-pressure column 15.
  • Nitrogenous crude argon is transferred in the form of a stream o in the pure argon column, where in particular nitrogen can be separated and released into the atmosphere (ATM).
  • Liquid argon (LAR) can be delivered as a product at the plant boundary.
  • the low-pressure column 15 can be taken from the top side gas, which in the form of a stream p through the supercooling countercurrent 19 and then passed through the main heat exchanger 9 (see also linkage A) and partly after heating in a heater 20 as the aforementioned regeneration in the adsorption 5 can be used. Also, a discharge to the atmosphere (ATM), for example, at times when no regeneration gas is needed, is basically possible. From a bottom in an upper region of the low pressure column 15, a liquid, nitrogen-rich stream q can be withdrawn and discharged as a liquid product (LIN) at the plant boundary.
  • LIN liquid product
  • Liquid air can be withdrawn from the high-pressure column 14 in the form of a stream of material r, passed through the subcooling countercurrent 19 and fed into the low-pressure column 15.
  • nitrogen-rich gas can be withdrawn in the form of a stream s. This can be liquefied to a part in the form of a stream t in a high pressure column 14 and the low pressure column 15 heat-exchanging main condenser 21 and used as reflux to the high pressure column 14 and passed through the subcooling countercurrent 19 and fed into the low pressure column 15.
  • An essential aspect of the present invention in the illustrated embodiment is the treatment of the portion of the stream s not passed through the main condenser 21. This is because it was taken from the high-pressure column, at its pressure level, the second pressure level, before, and in the example shown in the form of a stream u the main heat exchanger. 9 supplied cold side. A partial flow v is removed from the main heat exchanger 9 on the warm side and provided, for example, as a sealing gas (seal gas).
  • Another substream w is taken from the main heat exchanger 9 at an intermediate temperature level, which is referred to herein as the first temperature level, and brought to a pressure level above the second pressure level in the aforementioned booster 12, referred to herein as the third pressure level.
  • a partial flow x of the partial flow w is again supplied to the main heat exchanger 9, this cold side taken, that is cooled to a temperature level, which is referred to here as the third temperature level, relaxed in the liquid state via a throttle 22 and returned to an upper region of the high pressure column 14.
  • the partial flow x is thus another throttle flow.
  • a further partial flow y of the partial flow w is heated in the main heat exchanger 9 to a temperature level, which is referred to here as the second temperature level, and discharged at the system boundary as gaseous pressure nitrogen product.
  • the high pressure column 15 is removed in the form of a stream u at the second pressure level and heated using the main heat exchanger 9, using the main heat exchanger. 9 heated to the first temperature level, supplied to the booster 12 thereon, and further compressed using the booster 12 to the third pressure level.
  • the first subset i. the stream y
  • the second subset i. the stream x
  • the second subset is cooled after compression to the third pressure level using the main heat exchanger 9 to the third temperature level, relaxed to the second pressure level and returned to the high-pressure column 15.
  • FIG. 2 shows an air separation plant according to a further embodiment of the invention in a schematic representation, with a description already to figure 1 explained components is omitted. These are not provided again with reference numerals.
  • a portion of the liquefied in the main condenser 21 nitrogen-rich gas comparable to the stream k according to Appendix 100 or FIG. 1 (see link X in FIG. 2 ), also compressed by means of a further internal compression pump 201, heated in the main heat exchanger 9 and then provided as internally compressed, gaseous nitrogen product (GAN IC).
  • GAN IC gaseous nitrogen product
  • FIG. 3 shows an air separation plant according to a further embodiment of the invention in a schematic representation. Again, a description has already been added FIG. 1 or 2 explained components omitted. These are not provided again with reference numerals.
  • FIG. 4 shows an air separation plant according to a further embodiment of the invention in a schematic representation.
  • a description has already been omitted here to the previous figures explained components, which are not again provided with reference numerals here.
  • the booster 12 can also be driven using external energy, for example using an electric motor M. In this way, it is possible to use the separate provision of a material flow g (FIG. FIG. 1 ) or 301 ( FIG. 3 ) are waived.

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Abstract

Die Erfindung schlägt ein Verfahren zur Gewinnung eines oder mehrerer Luftprodukte unter Verwendung einer Luftzerlegungsanlage (100) mit einem Rektifikationssäulensystem (14-17), das eine Hochdrucksäule (14) und eine Niederdrucksäule (15) umfasst, sowie mit einem Hauptwärmetauscher (9) und einem Hauptluftverdichter vor, wobei die gesamte, dem Rektifikationssäulensystem (10-17) zugeführte Luft in dem Hauptluftverdichter (1) auf ein erstes Druckniveau verdichtet wird, und die Hochdrucksäule (15) auf einem zweiten Druckniveau betrieben wird, das mindestens 3 bar unterhalb des ersten Druckniveaus liegt, und der Hochdrucksäule (15) auf dem zweiten Druckniveau ein gasförmiges stickstoffreiches Fluid entnommen und ohne eine vorherige Verflüssigung in gasförmigem Zustand erwärmt wird. Es ist vorgesehen, dass eine erste Teilmenge des gasförmigen stickstoffreichen Fluids auf ein erstes Temperaturniveau von -150 bis -100 °C, insbesondere von -140 bis -120 °C erwärmt, auf diesem einem Booster (12) zugeführt, und unter Verwendung des Boosters (12) weiter auf ein drittes Druckniveau verdichtet wird und die erste Teilmenge nach der Verdichtung auf das dritte Druckniveau auf ein zweites Temperaturniveau oberhalb des ersten Temperaturniveaus erwärmt und dauerhaft aus der Luftzerlegungsanlage (100) ausgeleitet wird. Eine entsprechende Luftzerlegungsanlage (100) ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Figure imgaf001
The invention proposes a process for obtaining one or more air products using an air separation plant (100) with a rectification column system (14-17) comprising a high pressure column (14) and a low pressure column (15), and a main heat exchanger (9) and a Main air compressor, wherein the total, the rectification column system (10-17) supplied air in the main air compressor (1) is compressed to a first pressure level, and the high-pressure column (15) is operated at a second pressure level which is at least 3 bar below the first pressure level is located, and the high-pressure column (15) is removed at the second pressure level, a gaseous nitrogen-rich fluid and heated without a prior liquefaction in the gaseous state. It is envisaged that a first portion of the gaseous nitrogen-rich fluid heated to a first temperature level of -150 to -100 ° C, in particular from -140 to -120 ° C, supplied to this a booster (12), and using the booster (12) is further compressed to a third pressure level and the first subset is heated after the compression to the third pressure level to a second temperature level above the first temperature level and permanently discharged from the air separation plant (100). A corresponding air separation plant (100) is also an object of the invention.
Figure imgaf001

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung eines oder mehrerer Luftprodukte und eine Luftzerlegungsanlage gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to a method for obtaining one or more air products and an air separation plant according to the preambles of the independent claims.

Stand der TechnikState of the art

Die Herstellung von Luftprodukten in flüssigem oder gasförmigem Zustand durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in Luftzerlegungsanlagen ist bekannt und beispielsweise bei H.-W. Häring (Hrsg.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006 , insbesondere Abschnitt 2.2.5, "Cryogenic Rectification", beschrieben.The production of air products in the liquid or gaseous state by cryogenic separation of air in air separation plants is known and, for example at H.-W. Haring (ed.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006 , in particular Section 2.2.5, "Cryogenic Rectification" described.

Luftzerlegungsanlagen weisen Rektifikationssäulensysteme auf, die beispielsweise als Zweisäulensysteme, insbesondere als klassische Linde-Doppelsäulensysteme, aber auch als Drei- oder Mehrsäulensysteme ausgebildet sein können. Neben den Rektifikationssäulen zur Gewinnung von Stickstoff und/oder Sauerstoff in flüssigem und/oder gasförmigem Zustand, also den Rektifikationssäulen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, können Rektifikationssäulen zur Gewinnung weiterer Luftkomponenten, insbesondere der Edelgase Krypton, Xenon und/oder Argon, vorgesehen sein.Air separation plants have rectification column systems, which can be designed, for example, as two-column systems, in particular as classic Linde double-column systems, but also as three-column or multi-column systems. In addition to the rectification columns for the production of nitrogen and / or oxygen in the liquid and / or gaseous state, ie the rectification columns for nitrogen-oxygen separation, rectification columns for obtaining further air components, in particular the noble gases krypton, xenon and / or argon, can be provided.

Die Rektifikationssäulen der genannten Rektifikationssäulensysteme werden auf unterschiedlichen Druckniveaus betrieben. Doppelsäulensysteme weisen eine sogenannte Hochdrucksäule (auch als Drucksäule, Mitteldrucksäule oder untere Säule bezeichnet) und eine sogenannte Niederdrucksäule (auch als obere Säule bezeichnet) auf. Das Druckniveau der Hochdrucksäule beträgt beispielsweise 4 bis 6 bar, vorzugsweise etwa 5,5 bar. Die Niederdrucksäule wird auf einem Druckniveau von beispielsweise 1,3 bis 1,7 bar, vorzugsweise etwa 1,5 bar, betrieben. Bei den hier und nachfolgend angegebenen Druckniveaus handelt es sich jeweils um Absolutdrücke, die am Kopf der jeweils genannten Säulen vorliegen. Die genannten Werte stellen lediglich Beispiele dar, die bei Bedarf verändert werden können.The rectification columns of said rectification column systems are operated at different pressure levels. Double column systems have a so-called high-pressure column (also referred to as pressure column, medium-pressure column or lower column) and a so-called low-pressure column (also referred to as the upper column). The pressure level of the high pressure column is for example 4 to 6 bar, preferably about 5.5 bar. The low-pressure column is operated at a pressure level of, for example, 1.3 to 1.7 bar, preferably about 1.5 bar. The pressure levels given here and below are in each case absolute pressures that are present at the top of the respectively named columns. The values mentioned are only examples that can be changed if necessary.

Zur Luftzerlegung können sogenannte Hauptverdichter/Nachverdichter-(Main Air Compressor/Booster Air Compressor-, MAC-BAC-)Verfahren oder sogenannte Hochluftdruck-(High Air Pressure-, HAP-)Verfahren eingesetzt werden. Bei den Hauptverdichter/Nachverdichter-Verfahren handelt es sich um die eher konventionelleren Verfahren, Hochluftdruck-Verfahren kommen zunehmend in jüngerer Zeit als Alternativen zum Einsatz.For air separation so-called main compressor / compressor (Main Air Compressor / Booster Air Compressor, MAC-BAC) method or so-called high air pressure (HAP) method can be used. The main compressor / booster processes are the more conventional ones, and high pressure air processes are increasingly being used as alternatives more recently.

Hauptverdichter/Nachverdichter-Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass nur ein Teil der dem Rektifikationssäulensystem insgesamt zugeführten Einsatzluftmenge auf ein Druckniveau verdichtet wird, das wesentlich, d.h. um mindestens 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 bar, oberhalb des Druckniveaus der Hochdrucksäule liegt. Ein weiterer Teil der Einsatzluftmenge wird lediglich auf das Druckniveau der Hochdrucksäule oder ein Druckniveau, das sich um nicht mehr als 1 bis 2 bar von dem Druckniveau der Hochdrucksäule unterscheidet, verdichtet, und auf diesem niedrigeren Druckniveau in die Hochdrucksäule eingespeist. Ein Beispiel für ein Hauptverdichter/Nachverdichter-Verfahren ist bei Häring (s.o.) in Figur 2.3A gezeigt.Main compressor / Nachverdichter method are characterized by the fact that only a portion of the total Rektifikationssäulens the amount of feed air is compressed to a pressure level, the essential, ie by at least 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10 bar, above the pressure level of the high pressure column is. Another part of the amount of feed air is compressed only to the pressure level of the high pressure column or a pressure level which differs by not more than 1 to 2 bar from the pressure level of the high pressure column, and fed at this lower pressure level in the high pressure column. An example of a main compressor / densifier process is in Häring (see above) in Figure 2.3A shown.

Bei einem Hochluftdruck-Verfahren wird hingegen die gesamte dem Rektifikationssäulensystem insgesamt zugeführte Einsatzluftmenge auf ein Druckniveau verdichtet, das wesentlich, d.h. um mindestens 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 bar oberhalb des Druckniveaus der Hochdrucksäule liegt. Der Druckunterschied kann beispielsweise bis zu 14, 16, 18 oder 20 bar betragen. Hochluftdruck-Verfahren sind beispielsweise aus der EP 2 980 514 A1 und der EP 2 963 367 A1 bekannt.In a high-pressure method, however, the total amount of feed air supplied to the rectification column system is compressed to a pressure level which is substantially, ie at least 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10 bar above the pressure level of the high-pressure column. The pressure difference can be, for example, up to 14, 16, 18 or 20 bar. High-pressure methods are for example from the EP 2 980 514 A1 and the EP 2 963 367 A1 known.

Die vorliegende Erfindung kommt insbesondere bei Luftzerlegungsanlagen mit sogenannter Innenverdichtung (IV, Internal Compression, IC) zum Einsatz. Hierbei wird wenigstens ein Produkt, das mittels der Luftzerlegungsanlage bereitgestellt wird, dadurch gebildet, dass dem Rektifikationssäulensystem eine tiefkalte Flüssigkeit entnommen, einer Druckerhöhung unterworfen, und durch Erwärmen in den gasförmigen oder überkritischen Zustand überführt wird. Beispielsweise kann auf diese Weise innenverdichteter gasförmiger Sauerstoff (GOX IV, GOX IC) oder Stickstoff (GAN IV, GAN IC) erzeugt werden. Die Innenverdichtung bietet eine Reihe von Vorteilen gegenüber einer alternativ ebenfalls möglichen externen Verdichtung und ist z.B. bei Häring (s.o.), Abschnitt 2.2.5.2, "Internal Compression", erläutert. Auch beispielsweise in der US 2004/0221612 A1 und der US 5,475,980 A sind Innenverdichtungsverfahren offenbart.The present invention is used in particular in air separation plants with so-called internal compression (IV, Internal Compression, IC). In this case, at least one product which is provided by means of the air separation plant is formed by removing a cryogenic liquid from the rectification column system, subjecting it to a pressure increase, and converting it to the gaseous or supercritical state by heating. For example, internally compressed gaseous oxygen (GOX IV, GOX IC) or nitrogen (GAN IV, GAN IC) can be produced in this way. The internal compression offers a number of advantages over an alternatively also possible external compression and is eg in Häring (see above), Section 2.2.5.2, "Internal Compression", explained. Also for example in the US 2004/0221612 A1 and the US 5,475,980 A internal compression methods are disclosed.

Aufgrund von deutlich geringeren Kosten und vergleichbarer Effizienz können Hochluftdruck-Verfahren eine vorteilhafte Alternative zu den konventionelleren Hauptverdichter/Nachverdichter-Verfahren darstellen. Dies gilt jedoch nicht in sämtlichen Fällen. Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, zumindest in einem Teil solcher Fälle einen vorteilhaften Einsatz eines Hochluftdruck-Verfahrens zu ermöglichen.Due to significantly lower costs and comparable efficiency, high pressure air pressure systems can be an advantageous alternative to the more conventional main compressor / re-compressor processes. However, this is not true in all cases. The present invention therefore has as its object, at least in some of such cases, to enable an advantageous use of a high-pressure method.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Gewinnung eines oder mehrerer Luftprodukte und eine Luftzerlegungsanlage mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.This object is achieved by a method for obtaining one or more air products and an air separation plant having the features of the independent claims. Embodiments are each the subject of the dependent claims and the following description.

Nachfolgend werden zunächst einige Grundlagen der vorliegenden Erfindung erläutert und zur Beschreibung der Erfindung verwendete Begriffe definiert.Hereinafter, some principles of the present invention will be explained and terms used to describe the invention will be defined.

Unter einer "Einsatzluftmenge" oder kurz "Einsatzluft" wird im Rahmen dieser Anmeldung der dem Rektifikationssäulensystem einer Luftzerlegungsanlage insgesamt zugeführte und damit sämtliche dem Rektifikationssäulensystem zugeführte Luft verstanden. Wie bereits zuvor erläutert, wird eine entsprechende Einsatzluftmenge in einem Hauptverdichter/Nachverdichter-Verfahren nur zu einem Teil auf ein Druckniveau verdichtet, das deutlich oberhalb des Druckniveaus der Hochdrucksäule liegt. Hingegen wird in einem Hochluftdruck-Verfahren die gesamte Einsatzluftmenge auf ein derartig hohes Druckniveau verdichtet. Zur Bedeutung des Begriffs "deutlich" im Zusammenhang mit Hauptverdichter/Nachverdichter- und Hochluftdruck-Verfahren sei auf die obigen Erläuterungen verwiesen.In the context of this application, the term "amount of feed air" or "feed air" is understood as meaning the total air supplied to the rectification column system of an air separation plant and thus all the air supplied to the rectification column system. As already explained above, a corresponding quantity of feed air in a main compressor / secondary compressor process is only partially compressed to a pressure level which is significantly above the pressure level of the high-pressure column. By contrast, in a high-pressure method, the total amount of feed air is compressed to such a high pressure level. For the meaning of the term "clear" in connection with the main compressor / Nachverdichter- and high-pressure method, reference is made to the above explanations.

Unter einer "tiefkalten" Flüssigkeit wird hier ein flüssiges Medium verstanden, dessen Siedepunkt deutlich unterhalb der Umgebungstemperatur liegt, z.B. bei -50 °C oder weniger, insbesondere bei -100 °C oder weniger. Beispiele für tiefkalte Flüssigkeiten sind flüssige Luft, flüssiger Sauerstoff, flüssiger Stickstoff, flüssiges Argon oder Flüssigkeiten, die reich an den genannten Verbindungen sind.A "cryogenic" liquid is understood here to mean a liquid medium whose boiling point is significantly below the ambient temperature, for example at -50 ° C. or less, in particular at -100 ° C. or less. Examples of deep-frozen liquids are liquid air, liquid oxygen, liquid nitrogen, liquid argon or liquids that are rich in the compounds mentioned.

Zu den in Luftzerlegungsanlagen eingesetzten Vorrichtungen bzw. Apparaten sei auf Fachliteratur wie Häring (s.o.), insbesondere Abschnitt 2.2.5.6, "Apparatus" verwiesen. Nachfolgend werden zur Verdeutlichung und klareren Abgrenzung einige Aspekte entsprechender Vorrichtungen näher erläutert.Reference should be made to specialist literature such as Häring (see above), in particular section 2.2.5.6, "Apparatus" for the devices or apparatus used in air separation plants. In the following, for clarification and clearer delimitation, some aspects of corresponding devices will be explained in more detail.

In Luftzerlegungsanlagen kommen zur Verdichtung der Einsatzluftmenge mehrstufige Turboverdichter zum Einsatz, die hier als "Hauptluftverdichter" bezeichnet werden. Der mechanische Aufbau von Turboverdichtern ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt. In einem Turboverdichter erfolgt die Verdichtung des zu verdichtenden Mediums mittels Turbinenschaufeln, die auf einem Turbinenrad oder direkt auf einer Welle angeordnet sind. Ein Turboverdichter bildet dabei eine bauliche Einheit, die jedoch bei einem mehrstufigen Turboverdichter mehrere Verdichterstufen aufweisen kann. Eine Verdichterstufe umfasst dabei in der Regel ein Turbinenrad oder eine entsprechende Anordnung von Turbinenschaufeln. Alle dieser Verdichterstufen können von einer gemeinsamen Welle angetrieben werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die Verdichterstufen gruppenweise mit unterschiedlichen Wellen anzutreiben, wobei die Wellen auch über Getriebe miteinander verbunden sein können.In air separation plants, multi-stage turbocompressors are used for compressing the amount of feed air, which are referred to here as "main air compressors". The mechanical design of turbocompressors is known in principle to the person skilled in the art. In a turbocompressor, the compression of the medium to be compressed takes place by means of turbine blades, which are arranged on a turbine wheel or directly on a shaft. A turbocompressor forms a structural unit which, however, can have several compressor stages in a multi-stage turbocompressor. As a rule, a compressor stage comprises a turbine wheel or a corresponding arrangement of turbine blades. All of these compressor stages can be driven by a common shaft. However, it can also be provided to drive the compressor stages in groups with different waves, wherein the waves can also be connected to each other via gears.

Der Hauptluftverdichter zeichnet sich ferner dadurch aus, dass durch diesen die gesamte in das Rektifikationssäulensystem eingespeiste und zur Herstellung von Luftprodukten verwendete Luftmenge, also die gesamte Einsatzluft, verdichtet wird. Entsprechend kann auch ein "Nachverdichter" vorgesehen sein, in dem aber nur ein Teil der im Hauptluftverdichter verdichteten Luftmenge auf einen nochmals höheren Druck gebracht wird. Auch dieser kann Turboverdichter ausgebildet sein. Zur Verdichtung von Teilluftmengen sind typischerweise weitere Turboverdichter vorgesehen, die auch als Booster bezeichnet werden, im Vergleich zu dem Hauptluftverdichter oder dem Nachverdichter jedoch nur eine Verdichtung in relativ geringem Umfang vornehmen. Auch in einem Hochluftdruck-Verfahren kann ein Nachverdichter vorhanden sein, dieser verdichtet jedoch eine Teilmenge der Luft dann ausgehend von einem entsprechend höheren Druckniveau.The main air compressor is also distinguished by the fact that through this the total amount of air fed into the rectification column system and used for the production of air products, ie the total feed air, is compressed. Accordingly, a "re-compressor" may be provided, but in which only a part of the compressed in the main air compressor air quantity is brought to an even higher pressure. This can also be designed turbocompressors. For compressing partial air quantities, further turbocompressors are typically provided, which are also referred to as boosters, but make only a relatively small amount of compaction compared to the main air compressor or the booster compressor. Even in a high-pressure method, a booster may be present, but this compresses a subset of the air then starting from a correspondingly higher pressure level.

An mehreren Stellen in Luftzerlegungsanlagen kann ferner Luft entspannt werden, wozu unter anderem Entspannungsmaschinen in Form von Turboexpandern, hier auch als "Entspannungsturbinen" bezeichnet, zum Einsatz kommen können. Turboexpander können auch mit Turboverdichtern gekoppelt sein und diese antreiben. Werden ein oder mehrere Turboverdichter ohne extern zugeführte Energie, d.h. nur über einen oder mehrere Turboexpander, angetrieben, wird für eine derartige Anordnung auch der Begriff "Turbinenbooster" verwendet. In einem Turbinenbooster sind der Turboexpander (die Entspannungsturbine) und der Turboverdichter (der Booster) mechanisch gekoppelt, wobei die Kopplung drehzahlgleich (beispielsweise über eine gemeinsame Welle) oder drehzahlunterschiedlich (beispielsweise über ein zwischengeschaltetes Getriebe) erfolgen kann. Ein Booster kann aber grundsätzlich auch unter Verwendung von externer Energie, beispielsweise unter Einsatz eines Elektromotors, angetrieben werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können, wie auch nachfolgend noch im Detail erläutert, Turbinenbooster und unter Verwendung von externer Energie angetriebene Booster verwendet werden.At several points in air separation plants can also be relaxed air, including, among other relaxation machines in the form of turboexpanders, also referred to here as "expansion turbines" can be used. Turboexpanders can also be coupled with turbo compressors and drive them. If one or more turbocompressors without externally supplied energy, i. driven only by one or more turboexpander, the term "turbine booster" is used for such an arrangement. In a turbine booster, the turboexpander (the expansion turbine) and the turbocompressor (the booster) are mechanically coupled, with the coupling being able to take place at the same speed (for example via a common shaft) or at different speeds (for example via an intermediate gearbox). However, a booster can basically also be driven using external energy, for example using an electric motor. In the context of the present invention, as also explained in detail below, turbine boosters and booster driven using external energy can be used.

Flüssige, gasförmige oder auch im überkritischen Zustand vorliegende Fluide können im hier verwendeten Sprachgebrauch reich oder arm an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei "reich" für einen Gehalt von wenigstens 75%, 90%, 95%, 99%, 99,5%, 99,9% oder 99,99% und "arm" für einen Gehalt von höchstens 25%, 10%, 5%, 1%, 0,1% oder 0,01% auf Mol-, Gewichts- oder Volumenbasis stehen kann. Der Begriff "überwiegend" kann der soeben getroffenen Definition von "reich" entsprechen, bezeichnet jedoch insbesondere einen Gehalt von mehr als 90%. Ist hier beispielsweise von "Stickstoff" die Rede, kann es sich um ein Reingas, aber auch ein an Stickstoff reiches Gas handeln.Liquid, gaseous or supercritical state fluids may be rich or poor in one or more components as used herein, with "rich" for a content of at least 75%, 90%, 95%, 99%, 99.5%. , 99.9% or 99.99% and "poor" for a content of at most 25%, 10%, 5%, 1%, 0.1% or 0.01% on a molar, weight or volume basis , The term "predominantly" may correspond to the definition of "rich" just mentioned, but in particular denotes a content of more than 90%. If, for example, "nitrogen" is mentioned here, it can be a pure gas or a nitrogen-rich gas.

Nachfolgend werden zur Charakterisierung von Drücken und Temperaturen die Begriffe "Druckniveau" und "Temperaturniveau" verwendet, wodurch zum Ausdruck gebracht werden soll, dass Drücke und Temperaturen nicht in Form exakter Druck- bzw. Temperaturwerte verwendet werden müssen, um ein erfinderisches Konzept zu verwirklichen. Jedoch bewegen sich derartige Drücke und Temperaturen typischerweise in bestimmten Bereichen, die beispielsweise ± 1%, 5%, 10%, 20% oder sogar 50% um einen Mittelwert liegen. Unterschiedliche Druckniveaus und Temperaturniveaus können dabei in disjunkten Bereichen liegen oder in Bereichen, die einander überlappen. Insbesondere schließen beispielsweise Druckniveaus unvermeidliche oder zu erwartende Druckverluste, beispielsweise aufgrund von Abkühlungseffekten, ein. Entsprechendes gilt für Temperaturniveaus. Bei hier in bar angegebenen Druckniveaus handelt es sich um Absolutdrücke.In the following, the terms "pressure level" and "temperature level" will be used to characterize pressures and temperatures, thereby indicating that pressures and temperatures need not be used in the form of exact pressure or temperature values to achieve an inventive concept. However, such pressures and temperatures typically range in certain ranges that are, for example, ± 1%, 5%, 10%, 20% or even 50% about an average. Different pressure levels and temperature levels can be in disjoint areas or in areas that overlap each other. In particular, for example, pressure levels include unavoidable or expected pressure losses, for example due to cooling effects, a. The same applies to temperature levels. The pressure levels specified here in bar are absolute pressures.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein kostengünstiges und gleichzeitig effizientes Hochluftdruck-Verfahren geschaffen. Wie bereits eingangs erläutert, stellen derartige Hochluftdruck-Verfahren in bestimmten Fällen eine gute Alternative zu herkömmlichen Hauptverdichter/Nachverdichter-Verfahren dar. Die vorliegende Erfindung bezieht sich dabei beispielsweise auf ein Verfahren, bei dem ca. 37.000 Normkubikmeter verdichteten gasförmigen Sauerstoffs pro Stunde bei 31 bar, 20.000 Normkubikmeter gasförmigen Stickstoffs pro Stunde bei 10 bar, 3.000 Normkubikmeter flüssigen Stickstoffs pro Stunde und 3.300 Normkubikmeter flüssigen Sauerstoffs pro Stunde bei gleichzeitiger Argonproduktion gebildet werden können.In the context of the present invention, a cost-effective and at the same time efficient high-pressure method is provided. As already explained at the outset, such high-pressure methods provide in certain cases a good alternative to conventional main compressor / after-compressor methods. The present invention relates, for example, to a method in which about 37,000 standard cubic meters of compressed gaseous oxygen per hour at 31 bar , 20,000 standard cubic meters of gaseous nitrogen per hour at 10 bar, 3,000 standard cubic meters of liquid nitrogen per hour and 3,300 standard cubic meters of liquid oxygen per hour with simultaneous argon production can be formed.

Grundsätzlich sind aus dem Stand der Technik unterschiedliche Hochluftdruck-Verfahren bekannt. Diese werden häufig nach der Flüssigkeitsleistung der Anlage bzw. nach dem Verhältnis von innenverdichteten Produkten zu Flüssigprodukten klassifiziert und unterschieden. Bei einer nicht zu hohen Flüssigleistung, wie sie auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen wird, wird beispielsweise ein sogenannter Kaltbooster eingesetzt, um die Prozesseffizienz durch Umwandlung überschüssiger Kälteleistung in höheren Luftdruck zu steigern. In einem entsprechenden Kaltbooster wird herkömmlicherweise ein Teil der der Luftzerlegungsanlage zugeführten Einsatzluft, der im Hauptwärmetauscher auf ein Zwischentemperaturniveau abgekühlt und ggf. zuvor bereits druckerhöht wurde, auf ein höheres Druckniveau gebracht. Eine Luftzerlegungsanlage mit einem Kaltbooster ist beispielsweise in der EP 3 101 374 A2 offenbart.In principle, different high-pressure methods are known from the prior art. These are often classified and distinguished according to the fluid performance of the system or the ratio of internally compressed products to liquid products. With a not too high liquid performance, as is also considered in the context of the present invention, for example, a so-called cold booster is used to increase the process efficiency by converting excess cooling capacity into higher air pressure. In a corresponding cold booster is conventionally a part of the air separation plant supplied feed air, which has been cooled in the main heat exchanger to an intermediate temperature level and possibly previously been increased in pressure, brought to a higher pressure level. An air separation plant with a cold booster is for example in the EP 3 101 374 A2 disclosed.

Grundsätzlich wird dabei hier unter einem Kaltbooster ein Booster verstanden, der mit Fluid gespeist wird, das auf einem Temperaturniveau vorliegt, das deutlich unterhalb der jeweiligen Umgebungstemperatur am Ort der Luftzerlegungsanlage liegt, insbesondere deutlich unterhalb von 0 °C, -10 °C, -20 °C, -30°C, -40 °C oder -50 °C oder noch darunter. Die Steigerung der Prozesseffizienz durch einen Kaltbooster ist möglich, weil durch die vergleichsweise reduzierte Flüssigleistung dem System keine entsprechende Kältemenge "entzogen" wird, wie dies der Fall wäre, wenn entsprechende Produkte flüssig ausgeführt würden. Ein Kaltbooster zum Einsatz in der vorliegenden Erfindung kann als Turbinenbooster oder als mit externer Energie angetriebener Booster ausgebildet sein.In principle, a booster here is understood to mean a booster which is supplied with fluid which is present at a temperature level which is significantly below the respective ambient temperature at the location of the air separation plant, in particular clearly below 0 ° C., -10 ° C., -20 ° C, -30 ° C, -40 ° C or -50 ° C or below. The increase of the process efficiency by a cold booster is possible, because due to the comparatively reduced liquid power the system no corresponding amount of refrigerant is "withdrawn", as would be the case if corresponding products were made liquid. A cold booster for use in the present invention may be designed as a turbine booster or as a booster powered by external energy.

Es ist ferner auch bekannt, dass der kF-Wert (also das Produkt aus Wärmedurchgangskoeffizient k und Wärmetauscherfläche F) des Hauptwärmetauschers einer Luftzerlegungsanlage durch den Einsatz eines Kaltboosters vergrößert werden kann. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die bei der Kaltverdichtung in dem Kaltbooster aufgenommene Leistung praktisch vollständig im Hauptwärmetauscher selbst abgeführt wird. Dadurch wird zwar der Innenverdichtungsprozess bzw. das Q-T-Profil im Wärmetauscher verbessert, die benötigte Austauschfläche wird jedoch größer, da die Menge an verdichtetem Gas in einem bestimmten Temperaturbereich praktisch zweimal abgekühlt wird. Zur Veranschaulichung sei beispielsweise auf Figur 1 der bereits erwähnten EP 3 101 374 A2 hingewiesen. Dort wird der Stoffstrom i aufgrund der Temperaturerhöhung durch die Verdichtung dem Hauptwärmetauscher 7 vor der Druckerhöhung im Kaltbooster 101 auf einem tieferen Temperaturniveau entnommen, als dem, auf dem er danach dem Hauptwärmetauscher 7 wieder zugeführt wird. Die Verbesserung im Q-T-Profil ist thermodynamisch betrachtet auf die Erhöhung des Unterschieds in den Wärmekapazitäten der kalten und warmen Ströme in diesem Temperaturbereich zurückzuführen.It is also known that the kF value (ie the product of heat transfer coefficient k and heat exchanger surface F) of the main heat exchanger of an air separation plant can be increased by the use of a cold booster. This is due to the fact that the power absorbed in the cold booster during the cold compression is dissipated virtually completely in the main heat exchanger itself. Although this improves the internal compression process or the QT profile in the heat exchanger, the required exchange surface area becomes larger because the amount of compressed gas in a specific temperature range is cooled virtually twice. To illustrate, for example, on FIG. 1 the already mentioned EP 3 101 374 A2 pointed. There, the stream i is due to the increase in temperature by the compression of the main heat exchanger 7 taken before the pressure increase in the cold booster 101 at a lower temperature level than that on which it is then fed back to the main heat exchanger 7. The improvement in the QT profile is thermodynamically due to the increase in the difference in heat capacities of the cold and warm streams in this temperature range.

Eine Verbesserung der Effizienz von Hochluftdruck-Verfahren durch den Einsatz mehrerer Drosselströme bei unterschiedlichem Drücken ist ebenfalls bekannt. Bei einem "Drosselstrom" handelt es sich dabei um einen Teil der Einsatzluftmenge, die auf einem Druckniveau oberhalb des Betriebsdrucks der Hochdrucksäule im Hauptwärmetauscher abgekühlt, zumindest teilweise verflüssigt bzw. bei entsprechendem Druck auf dem gasförmigen in den überkritischen Zustand überführt und anschließend mittels einer Entspannungseinrichtung, klassischerweise eines Entspannungsventils ("Drossel") entspannt und dem Rektifikationssäulensystem, insbesondere der Hochdrucksäule, zugeführt wird.An improvement in the efficiency of high-pressure air method by the use of multiple throttle currents at different pressures is also known. An "inductor flow" is a part of the amount of feed air cooled at a pressure level above the operating pressure of the high pressure column in the main heat exchanger, at least partially liquefied or converted at the appropriate pressure on the gaseous in the supercritical state and then by means of a relaxation device, classically relaxed an expansion valve ("throttle") and the rectification column system, in particular the high-pressure column, is supplied.

Ein Druckstickstoffprodukt bei beispielsweise ca. 10 bar kann beispielsweise durch Nachverdichtung bereitgestellt werden, insbesondere als Druckstickstoff aus der bei ca. 5,5 bar arbeitenden Hochdrucksäule oder durch Innenverdichtung. Im ersten Fall wird ein separater Verdichter benötigt, im letzteren eine Innenverdichtungspumpe und ein nochmals größerer Wärmetauscher.A pressure nitrogen product, for example, about 10 bar, for example, can be provided by re-densification, in particular as pressure nitrogen from the at 5.5 bar working high-pressure column or by internal compression. In the first case, a separate compressor is required, in the latter case an internal compression pump and an even larger heat exchanger.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird nun die eingangs erläuterte Aufgabe, die darin besteht, ein kostengünstiges und gleichwohl effizientes HAP-Verfahren bereitzustellen, dadurch gelöst, dass anstelle einer Kaltverdichtung eines Einsatzluftstroms zur Verbesserung des Q-T-Profils im Hauptwärmetauscher, wie es grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt ist, einen Stickstoffstrom aus der Hochdrucksäule in einem Turbinenbooster oder einem mit externer Energie angetriebenen Booster kalt zu verdichten. Dieses wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung in besonders vorteilhafter Weise ausgestaltet und weitergebildet.In the context of the present invention, the object explained at the outset, which is to provide a cost-effective and nevertheless efficient HAP process, is achieved in that, instead of cold compaction of an incoming air stream for improving the QT profile in the main heat exchanger, as is fundamentally up to date It is known in the art to cold compress a stream of nitrogen from the high pressure column in a turbine booster or booster powered by external energy. This is configured in the context of the present invention in a particularly advantageous manner and further developed.

Die Druckverhältnisse von Kaltboostern liegen typischerweise bei maximal 1,9 bis 2. Ein Druckverhältnis ist dabei definiert als das Verhältnis des Eingangsdrucks zum Ausgangsdruck eines entsprechenden Boosters. Dieses Druckverhältnis reicht aus, um die geforderte Menge an Stickstoffprodukt, im vorliegenden Fall bei ca. 10 bar, zu liefern. Daher ist ein Kaltbooster zur Bereitstellung von Druckstickstoff auf einem entsprechenden Druckniveau vorteilhaft einsetzbar.The pressure ratios of cold booster are typically at most 1.9 to 2. A pressure ratio is defined as the ratio of the inlet pressure to the outlet pressure of a corresponding booster. This pressure ratio is sufficient to deliver the required amount of nitrogen product, in the present case at about 10 bar. Therefore, a cold booster for providing pressurized nitrogen at a corresponding pressure level is advantageously used.

Durch den Einsatz eines Kaltboosters für einen entsprechenden Stickstoff-Produktstrom kann grundsätzlich derselbe Effekt erzielt werden wie durch die Kaltverdichtung in dem Kaltbooster und die anschließende Abkühlung eines Teilstroms der Einsatzluft. Die Verbesserung im Q-T-Profil wird dabei ebenfalls durch das günstigere Verhältnis der Wärmekapazitäten zwischen den kalten und warmen Strömen erreicht. Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren besteht jedoch der Unterschied darin, dass bei der im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen Ausführung die Wärmekapazität von kalten Strömen (durch Ableiten eines entsprechenden Stickstoffstroms zum Kaltbooster) in bestimmten Wärmetauscherbereichen reduziert wird. Bei der im Stand der Technik üblichen Luftnachverdichtung wird dagegen die Wärmekapazität von warmen Strömen durch eine zweifache Führung des kaltverdichteten Luftstroms durch den Wärmetauscher vergrößert. Der beschriebene Unterschied wirkt sich positiv auf den kF-Wert des Wärmetauschers aus. Dieser wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung reduziert, da die Leistung des Kaltboosters für den Druckstickstoff nicht im Hauptwärmetauscher abgeführt werden muss (der Druckstickstoffstrom erwärmt sich durch die Verdichtung und wird anschließend an einer passenden Stelle zur anschließenden Anwärmung auf nahe Umgebungstemperatur in den Hauptwärmetauscher zurückgespeist).Through the use of a cold booster for a corresponding nitrogen product stream basically the same effect can be achieved as by the cold compression in the cold booster and the subsequent cooling of a partial flow of the feed air. The improvement in the QT profile is also achieved by the more favorable ratio of heat capacities between the cold and warm streams. In contrast to the known methods, however, the difference is that in the embodiment proposed in the present invention, the heat capacity of cold streams (by diverting a corresponding nitrogen flow to the cold booster) is reduced in certain heat exchanger areas. In contrast, in the air recompaction customary in the prior art, the heat capacity of hot streams is increased by a double guiding of the cold-compressed air stream through the heat exchanger. The difference described has a positive effect on the kF value of the heat exchanger. This is reduced in the context of the present invention, since the performance of the cold booster for the pressurized nitrogen is not in the main heat exchanger must be removed (the pressurized nitrogen stream heats up through the compression and is then fed back to the main heat exchanger at a suitable location for subsequent heating to near ambient temperature).

Die vorliegende Erfindung umfasst zusätzlich zu der Kaltverdichtung eines Druckstickstoffprodukts auch die besonders vorteilhafte Ausbalancierung der überschüssigen Kälteleistung im gesamten Prozess und der Leistung des Kaltboosters. Dies kann dadurch erreicht werden, dass in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung neben der Produktmenge auch eine bestimmte zusätzliche Menge an Druckstickstoff aus der Hochdrucksäule mitverdichtet und anschließend als zusätzlicher Drosselstrom im Hauptwärmetauscher verwendet wird. Eine entsprechende zusätzliche Menge an Druckstickstoff wird also im Hauptwärmetauscher zumindest teilweise verflüssigt und wieder in das Rektifikationssäulensystem, insbesondere die Hochdrucksäule, eingespeist.The present invention, in addition to the cold compression of a pressurized nitrogen product, also includes the particularly advantageous balancing of the excess cooling capacity throughout the process and the performance of the cold booster. This can be achieved in that in a particularly preferred embodiment of the invention, in addition to the amount of product and a certain additional amount of pressurized nitrogen from the high-pressure column mitverdichtet and then used as an additional inductor current in the main heat exchanger. A corresponding additional amount of pressurized nitrogen is thus at least partially liquefied in the main heat exchanger and fed back into the rectification column system, in particular the high-pressure column.

Auf diese Weise wird praktisch die gesamte Leistung des Kaltboosters ausgereizt und das Q-T-Profil im Wärmetauscher durch einen zusätzlichen Drosselstrom verbessert. Im gewissen Sinne stellt diese Ausführung eine Kombination von beiden beschriebenen Methoden zur Verbesserung des Q-T-Profils dar. Der Einsatz eines zusätzlichen Stickstoff-Drosselstroms wirkt sich auch positiv auf die Produktausbeute aus, da auf diese Weise weniger Luft vorverflüssigt wird (anstelle von Einsatzluft wird Druckstickstoff aus der Hochdrucksäule verflüssigt).In this way, virtually the entire performance of the cold booster is maxed out and the Q-T profile in the heat exchanger is improved by an additional throttle current. In a sense, this design is a combination of both described methods for improving the QT profile. The use of an additional nitrogen restrictor flow also has a positive effect on the product yield, since less air is pre-liquefied in this way (instead of feed air, pressurized nitrogen liquefied from the high pressure column).

Von Bedeutung ist dabei auch eine entsprechende Anpassung der Rektifikation, wie sie unten nochmals erwähnt wird. Um mehr Druckstickstoff aus der Drucksäule ohne die Verschlechterung der Argon-Ausbeute entnehmen zu können, sollte die Niederdrucksäule argonoptimiert, also mit einem zusätzlichen Rektifikationsabschnitt zwischen den Einspeisestellen der Argonkondensatoren ausgeführt werden, wenn beispielsweise Roh- und Reinargonsäulen oder Argonausschleussäulen verwendet werden. Die Menge des zusätzlichen Stickstoff-Drosselstroms stellt dabei einen Optimierungsparameter dar. Sämtlicher Stickstoff, der der Hochdrucksäule entnommen und weder kondensiert und als Rücklauf in diese zurückgeführt noch kondensiert und als flüssiger Rücklauf auf die Niederdrucksäule verwendet wird (wie vorliegend der Fall), beeinträchtigt grundsätzlich die Trennung in der Niederdrucksäule, weil er dort nicht mehr als Rücklauf zur Verfügung steht.Of importance is also a corresponding adjustment of the rectification, as mentioned below again. In order to be able to remove more pressure nitrogen from the pressure column without the deterioration of the argon yield, the low-pressure column should be carried out with argon optimization, ie with an additional rectification section between the feed points of the argon condensers, if, for example, crude and pure argon columns or argon discharge columns are used. The amount of additional nitrogen flow is thereby an optimization parameter. All nitrogen taken from the high pressure column and neither condensed nor recycled as reflux into it nor condensed and used as a liquid reflux to the low pressure column (as in the present case), basically affects the Separation in the low-pressure column because he is no longer available there as a return.

Insgesamt schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Gewinnung eines oder mehrerer Luftprodukte unter Verwendung einer Luftzerlegungsanlage mit einem Rektifikationssäulensystem vor, das eine Hochdrucksäule und eine Niederdrucksäule umfasst, und die ferner mit einem Hauptwärmetauscher und einem Hauptluftverdichter ausgestattet ist. Wie bereits erwähnt, kommt die vorliegende Erfindung in Zusammenhang mit einem Hochluftdruck-Verfahren zum Einsatz, es wird also die gesamte, dem Rektifikationssäulensystem zugeführte Luft in dem Hauptluftverdichter auf ein erstes Druckniveau verdichtet und die Hochdrucksäule wird auf einem zweiten Druckniveau betrieben, das mindestens 3 bar unterhalb des ersten Druckniveaus liegt. Für weitere typische Druckunterschiede sei auf die Erläuterungen in der Einleitung ausdrücklich verwiesen.Overall, the present invention proposes a method for recovering one or more air products using an air separation plant having a rectification column system comprising a high pressure column and a low pressure column, and further equipped with a main heat exchanger and a main air compressor. As already mentioned, the present invention is used in connection with a high-pressure method, so it is the entire, the rectification column system supplied air in the main compressor compressed to a first pressure level and the high-pressure column is operated at a second pressure level, which is at least 3 bar is below the first pressure level. For further typical pressure differences, please refer to the explanations in the introduction.

Ferner wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie grundsätzlich bekannt, der Hochdrucksäule auf dem zweiten Druckniveau ein gasförmiges, stickstoffreiches Fluid entnommen und ohne eine vorherige Verflüssigung im gasförmigen Zustand erwärmt. Bei diesem Fluid handelt es sich in herkömmlichen Luftzerlegungsanlagen um Druckstickstoff, der als Verfahrensprodukt der Luftzerlegungsanlage entzogen werden soll. Herkömmlicherweise erfolgt eine vollständige Anwärmung eines derartigen stickstoffreichen Fluids in dem Hauptwärmetauscher und eine anschließende Abgabe als ein entsprechendes Produkt. Ist hier davon die Rede, dass ein entsprechendes Fluid "ohne eine vorherige Verflüssigung" in gasförmigem Zustand erwärmt wird, sei hierunter verstanden, dass es sich bei einem entsprechenden Fluid nicht um solchen Stickstoff handelt, der aus der Hochdrucksäule entnommen, in einem die Hoch- und die Niederdrucksäule wärmetauschend verbindenden Hauptkondensator verflüssigt und anschließend beispielsweise auf die Hochdrucksäule zurückgeführt bzw. in die Niederdrucksäule eingespeist wird. Auch derartiges Fluid kann grundsätzlich angewärmt werden oder beispielsweise zur Bereitstellung von Flüssigstickstoff dienen. Entsprechende Fluide können auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung (jedoch zusätzlich zu dem ohne vorherige Verflüssigung in gasförmigem Zustand erwärmten Fluid) eingesetzt werden.Furthermore, in the context of the present invention, as is generally known, the gaseous, nitrogen-rich fluid is taken from the high-pressure column at the second pressure level and heated in the gaseous state without prior liquefaction. This fluid is in conventional air separation plants to pressurized nitrogen, which is to be withdrawn as a process product of the air separation plant. Conventionally, complete heating of such nitrogen-rich fluid in the main heat exchanger and subsequent delivery as a corresponding product occurs. If this is referred to, that a corresponding fluid is heated "in the gaseous state" without a prior liquefaction, it is to be understood here that a corresponding fluid is not nitrogen taken from the high-pressure column, in a high-pressure column. and the low-pressure column heat-condensing connecting main condenser liquefied and then returned, for example, to the high-pressure column or fed into the low-pressure column. Also, such fluid can basically be warmed or serve, for example, to provide liquid nitrogen. Corresponding fluids can also be used in the context of the present invention (but in addition to the fluid heated in the gaseous state without prior liquefaction).

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist dabei vorgesehen, eine erste Teilmenge des gasförmigen, stickstoffreichen Fluids auf ein erstes Temperaturniveau von -150 bis -100 °C, insbesondere von -140 bis -120 °C, beispielsweise -130 °C , zu erwärmen, auf diesem ersten Temperaturniveau einen Booster zuzuführen, und unter Verwendung des Boosters weiter auf ein drittes Druckniveau zu verdichten. Bei dem Booster handelt es sich aufgrund der Temperaturniveaus, auf denen das gasförmige, stickstoffreiche Fluid bzw. die erste Teilmenge dieses Fluids dem Booster zugeführt werden, um einen "Kaltbooster" im oben erläuterten Sinn. Dieser kann als ein Turbinenbooster oder als ein mittels externer Energie angetriebener Booster ausgebildet sein, wie bereits erläutert. Die Vorteile der Verwendung eines Kaltboosters wurden ebenfalls bereits zuvor erwähnt. Das dritte Druckniveau liegt insbesondere auf einem Druckniveau, auf dem ein entsprechendes Stickstoffprodukt abgegeben werden soll, etwa auf einem Druck von 8 bis 12 bar, insbesondere von 9 bis 11 bar, beispielsweise 10 bar. Bei einem derartigen Druckniveau handelt es sich also um den Abgabedruck eines entsprechenden stickstoffreichen Druckprodukts.In the context of the present invention, it is provided that a first subset of the gaseous, nitrogen-rich fluid to a first temperature level of -150 to -100 ° C, in particular from -140 to -120 ° C, for example -130 ° C, to warm up to a booster at this first temperature level, and continue to compress to a third pressure level using the booster. The booster, because of the temperature levels at which the gaseous, nitrogen-rich fluid or the first subset of this fluid are supplied to the booster, is a "cold booster" in the sense explained above. This can be designed as a turbine booster or as a booster powered by external energy, as already explained. The benefits of using a cold booster have also been previously mentioned. The third pressure level is in particular at a pressure level at which a corresponding nitrogen product is to be delivered, for example at a pressure of 8 to 12 bar, in particular from 9 to 11 bar, for example 10 bar. Such a pressure level is thus the discharge pressure of a corresponding nitrogen-rich printed product.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist ferner vorgesehen, die erste Teilmenge nach der Verdichtung auf das dritte Druckniveau auf ein zweites Temperaturniveau oberhalb des ersten Temperaturniveaus, das insbesondere bei Umgebungstemperatur liegen kann, zu erwärmen, und dauerhaft aus der Luftzerlegungsanlage auszuleiten. Die entsprechende erste Teilmenge wird also als Druckprodukt bereitgestellt.In the context of the present invention, it is further provided to heat the first subset after compression to the third pressure level to a second temperature level above the first temperature level, which may be in particular at ambient temperature, and to discharge it permanently from the air separation plant. The corresponding first subset is thus provided as a printed product.

Ferner ist gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen, eine zweite Teilmenge des gasförmigen, stickstoffreichen Fluids zusammen mit der zuvor bereits erwähnten ersten Teilmenge ebenfalls auf das erste Temperaturniveau zu erwärmen, auf diesem ersten Temperaturniveau dem Booster zuzuführen, und unter Verwendung des Boosters weiter auf das dritte Druckniveau zu verdichten. Hierbei ist jedoch vorgesehen, die zweite Teilmenge nach der Verdichtung auf das dritte Druckniveau auf ein drittes Temperaturniveau unterhalb des ersten Temperaturniveaus abzukühlen, anschließend auf das zweite Druckniveau zu entspannen und wieder die Hochdrucksäule zurückzuführen. Die zweite Teilmenge wird dabei bei der Abkühlung auf das dritte Temperaturniveau insbesondere zumindest teilweise verflüssigt bzw. aus dem überkritischen Zustand in den flüssigen Zustand überführt. Es wird also in diesem Fall, wie erwähnt, eine Teilmenge (nämlich die zweite Teilmenge) des in dem Kaltbooster verdichteten Druckstickstoffs als weiterer Drosselstrom eingesetzt. Bei dem dritten Temperaturniveau kann es sich um ein Temperaturniveau von -180 bis -165 °C, insbesondere von -177 bis -167 °C, beispielsweise -172 °C, handeln.Furthermore, it is provided according to a particularly advantageous embodiment of the present invention, also to heat a second subset of the gaseous, nitrogen-rich fluid together with the previously mentioned first subset to the first temperature level, at this first temperature level to the booster, and continue using the booster to compress to the third pressure level. In this case, however, it is provided to cool the second subset after compression to the third pressure level to a third temperature level below the first temperature level, then to relax to the second pressure level and return the high pressure column. During the cooling to the third temperature level, the second subset is in particular at least partially liquefied or transferred from the supercritical state into the liquid state. It is therefore in this case, as mentioned, a subset (namely the second subset) of the compressed in the cold booster pressurized nitrogen used as another inductor current. The third temperature level may be a temperature level of -180 to -165 ° C, in particular of -177 to -167 ° C, for example -172 ° C, act.

Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ferner auch möglich, eine dritte Teilmenge des stickstoffreichen Fluids ohne Verdichtung auf das dritte Druckniveau auf das erste Temperaturniveau zu erwärmen und dauerhaft aus der Luftzerlegungsanlage auszuleiten. Entsprechender Stickstoff kann beispielsweise in Form von sogenanntem Sealgas bzw. als ein Stickstoffprodukt auf geringerem Druckniveau bereitgestellt werden. Die erste, die zweite und die dritte Teilmenge bilden vorzugsweise gemeinsam die Gesamtmenge des der Hochdrucksäule entnommenen und nicht verflüssigten stickstoffreichen Fluids.It is also within the scope of the present invention also possible to heat a third portion of the nitrogen-rich fluid without compression to the third pressure level to the first temperature level and permanently divert from the air separation plant. Corresponding nitrogen can be provided for example in the form of so-called seal gas or as a nitrogen product at a lower pressure level. The first, the second and the third subset preferably together form the total amount of the high-pressure column removed and non-liquefied nitrogen-rich fluid.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung die erste und die zweite Teilmenge unter Verwendung des Hauptwärmetauschers auf das erste Temperaturniveau erwärmt werden, und/oder wenn die erste Teilmenge unter Verwendung des Hauptwärmetauschers auf das zweite Temperaturniveau erwärmt wird und/oder wenn die zweite Teilmenge unter Verwendung des Hauptwärmetauschers auf das dritte Temperaturniveau abgekühlt wird. Wie bereits erläutert, kann auf diese Weise das Q-T-Profil und der kF-Wert des Hauptwärmetauschers auf besonders günstige Weise beeinflusst werden.It is particularly advantageous if in the context of the present invention the first and the second subset are heated to the first temperature level using the main heat exchanger, and / or if the first subset is heated to the second temperature level using the main heat exchanger and / or if the first subset second subset is cooled using the main heat exchanger to the third temperature level. As already explained, in this way the Q-T profile and the kF value of the main heat exchanger can be influenced in a particularly favorable manner.

Der zur Verdichtung des kalten Stickstoffstroms eingesetzte Booster, also der Kaltbooster, ist in einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, wie erwähnt, mit einer Entspannungsturbine gekoppelt, stellt also einen Turbinenbooster dar. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn in der mit dem Booster gekoppelten Entspannungsturbine ein Teil der dem Rektifikationssäulensystem zugeführten Luft auf das zweite Druckniveau entspannt wird, welcher zuvor unter Verwendung des Hauptluftverdichters auf ein viertes Temperaturniveau abgekühlt wurde und welcher anschließend in die Hochdrucksäule eingespeist wird. Das vierte Temperaturniveau kann dabei bei -170 bis -120 °C, insbesondere bei -160 bis -130 °C, beispielsweise -149 °C, liegen.The booster used for compression of the cold nitrogen flow, so the cold booster, in one embodiment of the present invention, as mentioned, coupled with an expansion turbine, so represents a turbine booster. Here, it is particularly advantageous if in the coupled with the booster expansion turbine a Part of the rectification column system supplied air to the second pressure level is relaxed, which was previously cooled using the main air compressor to a fourth temperature level and which is then fed into the high-pressure column. The fourth temperature level may be -170 to -120 ° C, especially at -160 to -130 ° C, for example -149 ° C.

Die Entspannung eines Teils der dem Rektifikationssystem zugeführten Luft in einer Entspannungsturbine zwecks Antreiben des Kaltboosters kann prinzipiell auch auf etwa das Druckniveau der Niederdrucksäule mit anschließender Einführung dieses Stromes in die Niederdrucksäule erfolgen. In bestimmten Fällen kann es außerdem sinnvoll sein, einen weiteren Stickstoffstrom auf dem zweiten Druckniveau der Hochdrucksäule zu entnehmen, auf ein bestimmtes Temperaturniveau im Wärmetauscher anzuwärmen und zwecks Antriebs des Kaltverdichters in einer Entspannungsturbine zu entspannen.The relaxation of part of the air supplied to the rectification system in an expansion turbine in order to drive the cold booster can in principle also take place at approximately the pressure level of the low-pressure column with subsequent introduction of this flow into the low-pressure column. In certain cases, it may also be useful to another nitrogen flow at the second pressure level of To remove high-pressure column, to heat to a certain temperature level in the heat exchanger and to relax in order to drive the cold compressor in an expansion turbine.

Alternativ dazu kann der Kaltbooster auch unter Verwendung von externer Energie, also nicht in Form von Energie, die in einem in der Luftzerlegungsanlage bereitgestellten Prozessstrom gespeichert ist, angetrieben werden. Insbesondere kann für den Antrieb des Kaltboosters ein Elektromotor eingesetzt werden.Alternatively, the cold booster may be powered using external energy, not energy stored in a process stream provided in the air separation plant. In particular, an electric motor can be used for driving the cold booster.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn die zweite Teilmenge einen Anteil, insbesondere einen normierten Mengenanteil, beispielsweise ausgedrückt in Normkubikmetern pro Stunde, von 0 bis 60%, insbesondere von 10 bis 50%, beispielsweise von 15 bis 35%, des der Hochdrucksäule auf dem zweiten Druckniveau entnommenen und ohne vorherige Verflüssigung in gasförmigem Zustand erwärmten gasförmigen stickstoffreichen Fluids umfasst. Auf diese Weise kann die Kapazität einer entsprechenden Anlage, wie erwähnt, nahezu vollständig ausgenutzt werden.It is particularly advantageous if the second subset comprises a fraction, in particular a standardized fraction, for example expressed in standard cubic meters per hour, from 0 to 60%, in particular from 10 to 50%, for example from 15 to 35%, of the high-pressure column on the second Pressure taken and heated without prior liquefaction in the gaseous state gaseous nitrogen-rich fluid. In this way, the capacity of a corresponding system, as mentioned, can be almost fully utilized.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Teil der Luft, die dem Rektifikationssäulensystem zugeführt wird, in einem weiteren Booster von dem ersten Druckniveau auf ein fünftes Druckniveau von 20 bis 30 bar, insbesondere von 22 bis 27 bar, beispielsweise 25 bar, verdichtet, unter Verwendung des Hauptwärmetauschers auf ein fünftes Temperaturniveau abgekühlt, in einer mit dem weiteren Booster mechanisch gekoppelten Entspannungsturbine auf das zweite Druckniveau entspannt, und anschließend in die Hochdrucksäule eingespeist wird. Ein derartiges Vorgehen unter Verwendung eines sogenannten warmen Boosters kann dabei grundsätzlich dem Stand der Technik entsprechen und unterstützt die im Rahmen der vorliegenden Erfindung erzielbaren Vorteile.It is particularly advantageous if a part of the air supplied to the rectification column system is compressed in a further booster from the first pressure level to a fifth pressure level of 20 to 30 bar, in particular 22 to 27 bar, for example 25 bar, using the main heat exchanger cooled to a fifth temperature level, expanded in a mechanically coupled with the further booster expansion turbine to the second pressure level, and then fed into the high-pressure column. Such a procedure using a so-called warm booster can basically correspond to the prior art and supports the achievable within the scope of the present invention advantages.

Bei einer derartigen Ausgestaltung erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn ein Teil der Luft, die dem Rektifikationssäulensystem zugeführt wird, in dem weiteren Booster von dem ersten Druckniveau auf das fünfte Druckniveau verdichtet, unter Verwendung des Hauptwärmetauschers auf ein sechstes Temperaturniveau, das beispielsweise bei -165 bis -115 °C, insbesondere bei -150 bis -130 °C, beispielsweise -141 °C, liegt, abgekühlt, auf das zweite Druckniveau entspannt, und anschließend in die Hochdrucksäule eingespeist wird. Auch hierdurch lassen sich die im Rahmen der vorliegenden Erfindung erzielbaren Vorteile nochmals vergrößern. Besondere Vorteile werden auch erzielt, wenn ein Teil der Luft, die dem Rektifikationssäulensystem flüssig zugeführt wird, auf dem ersten Druckniveau unter Verwendung des Hauptwärmetauschers abgekühlt, von dem ersten Druckniveau auf das zweite Druckniveau entspannt, und anschließend in die Hochdrucksäule eingespeist wird. Zu den besonderen Vorteilen einer derartigen Ausgestaltung sei auf die obigen Erläuterungen verwiesen.In such an embodiment, it proves to be particularly advantageous if a portion of the air supplied to the rectification column system in the further booster from the first pressure level to the fifth pressure level compressed, using the main heat exchanger to a sixth temperature level, for example - 165 to -115 ° C, especially at -150 to -130 ° C, for example -141 ° C, is cooled, relaxed to the second pressure level, and then fed into the high pressure column. This also makes it possible to further increase the advantages that can be achieved within the scope of the present invention. Particular advantages are also achieved when a portion of the air which is liquid supplied to the rectification column system is cooled at the first pressure level using the main heat exchanger, expanded from the first pressure level to the second pressure level, and then fed to the high pressure column. For the particular advantages of such a configuration, reference is made to the above explanations.

Insbesondere umfasst im Rahmen der vorliegenden Erfindung das Rektifikationssäulensystem wenigstens eine Rektifikationssäule, in welche ein gegenüber einer Sumpfflüssigkeit der Hochdrucksäule an Argon angereichertes erstes Fluid aus der Niederdrucksäule überführt wird, und in der das erste Fluid an Argon abgereichert wird. Ein nach der Abreicherung an Argon verbleibender Rest des ersten Fluids wird dabei in Form eines zweiten Fluids in die Niederdrucksäule zurückgeführt. Die vorliegende Erfindung kann dabei grundsätzlich unter Verwendung von bekannten Roh- und ggf. Reinargonsäulen zum Einsatz kommen, es ist jedoch auch eine reine Argonausschleusung ohne Gewinnung eines Argonprodukts unter Verwendung von sogenannten Argonausschleussäulen möglich.In particular, in the context of the present invention, the rectification column system comprises at least one rectification column into which a first fluid enriched in argon with respect to a bottom liquid of the high-pressure column is transferred from the low-pressure column, and in which the first fluid is depleted of argon. An after depletion of argon remaining remainder of the first fluid is thereby recycled in the form of a second fluid in the low pressure column. The present invention can be used in principle using known crude and possibly pure argon columns, but it is also a pure Argonausschleusung without obtaining an argon product using so-called Argonausschleussäulen possible.

Der vorteilhafte Effekt der damit erzielten Argonausschleusung aus dem in der Niederdrucksäule getrennten Fluid ist darauf zurückzuführen, dass die Sauerstoff-Argon-Trennung für die ausgeschleuste Argonmenge in der Niederdrucksäule nicht mehr erforderlich ist. Das Abtrennen des Argons vom Sauerstoff in der Niederdrucksäule selbst ist grundsätzlich aufwendig und verlangt nach einer entsprechenden "Heiz"-Leistung des Hauptkondensators. Wird Argon ausgeschleust und unterbleibt damit die Sauerstoff-Argon-Trennung oder wird diese beispielsweise in eine Rohargonsäule oder Argonausschleussäule verlagert, muss die entsprechende Argonmenge nicht mehr im Sauerstoffabschnitt der Niederdrucksäule abgetrennt werden und die Heizleistung des Hauptkondensators kann reduziert werden. Daher kann, bei gleichbleibender Ausbeute an Sauerstoff, mehr Druckstickstoff aus der Hochdrucksäule entnommen werden, was im Rahmen der vorliegenden Erfindung gerade angestrebt wird.The advantageous effect of the resulting Argonausschleusung from the separated in the low pressure column fluid is due to the fact that the oxygen-argon separation for the discharged argon in the low-pressure column is no longer necessary. The separation of the argon from the oxygen in the low pressure column itself is basically expensive and requires a corresponding "heating" performance of the main capacitor. If argon is discharged and thus omits the oxygen-argon separation or this is displaced, for example, in a crude argon or Argonausschleussäule, the corresponding amount of argon must not be separated in the oxygen section of the low pressure column and the heating power of the main capacitor can be reduced. Therefore, with the same yield of oxygen, more pressure nitrogen can be removed from the high-pressure column, which is currently the goal of the present invention.

In einer herkömmlichen Rohargonsäule kann Rohargon gewonnen und in einer nachgeschalteten Reinargonsäule zu einem Argonprodukt aufbereitet werden. Eine Argonausschleussäule dient hingegen vornehmlich zur Argonausschleusung zu dem oben erläuterten Zweck. Grundsätzlich kann unter einer "Argonausschleussäule" eine Trennsäule zur Argon-Sauerstoff-Trennung verstanden werden, die nicht zur Gewinnung eines reinen Argonprodukts, sondern zur Ausschleusung von Argon der in Hochdrucksäule und Niederdrucksäule zu zerlegenden Luft dient. Ihre Schaltung unterscheidet sich nur wenig von der einer klassischen Rohargonsäule, allerdings enthält sie deutlich weniger theoretische Böden, nämlich weniger als 40, insbesondere zwischen 15 und 30. Wie eine Rohargonsäule ist der Sumpfbereich einer Argonausschleussäule mit einer Zwischenstelle der Niederdrucksäule verbunden und die Argonausschleussäule wird durch einen Kopfkondensator gekühlt, auf dessen Verdampfungsseite typischerweise entspannte Sumpfflüssigkeit aus der Hochdrucksäule eingeleitet wird. Eine Argonausschleussäule weist typischerweise keinen Sumpfverdampfer auf.In a conventional crude argon column crude argon can be recovered and processed in a downstream pure argon column to an argon product. An Argonausschleussäule, however, serves primarily for Argonausschleusung for the purpose explained above. In principle, an "argon discharge column" can be understood to mean a separation column for the argon-oxygen separation, which does not serve to obtain a pure argon product but to remove argon from the air to be separated in the high-pressure column and low-pressure column. Their circuit differs only slightly from that of a conventional crude argon column, but it contains significantly less theoretical plates, namely less than 40, especially between 15 and 30. Like a crude argon column, the bottom region of an argon discharge column is connected to an intermediate point of the low pressure column and the argon discharge column is passed through cooled a top condenser, on its evaporation side typically relaxed bottoms liquid from the high pressure column is introduced. An argon discharge column typically does not have a bottom evaporator.

Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn eine Roh- und eine Reinargonsäule eingesetzt werden, die jeweils mit einem Kopfkondensator betrieben werden, in welchen sauerstoffangereicherte Flüssigkeit aus dem Sumpf der Hochdrucksäule, die insbesondere zuvor durch einen Unterkühlungsgegenströmer geführt wird, teilweise verdampft wird. Ein nicht verdampfter Anteil wird dabei jeweils flüssig in die Niederdrucksäule eingespeist. Die Einspeisung des nicht verdampften Anteils aus dem Kopfkondensator der Reinargonsäule erfolgt dabei vorteilhafterweise 5 bis 15 theoretische Trennstufen oberhalb der Einspeisung des nicht verdampften Anteils aus dem Kopfkondensator der Rohargonsäule und letztere nochmals oberhalb der Entnahme des ersten und der Rückspeisung des zweiten Fluids. Auf diese Weise kann eine "argonoptimierte" Trennung erzielt werden, die eine entsprechende Entnahme größerer Menge stickstoffreichen Fluids aus der Hochdrucksäule ermöglicht.It is particularly advantageous if a crude and a pure argon column are used, which are each operated with a top condenser, in which oxygen-enriched liquid from the bottom of the high-pressure column, which is in particular previously passed through a supercooling countercurrent, partially evaporated. An unevaporated portion is fed in each case liquid into the low-pressure column. The feeding of the unevaporated fraction from the top condenser of the pure argon column is advantageously carried out 5 to 15 theoretical plates above the feed of the unevaporated fraction from the top condenser of the crude argon column and the latter again above the removal of the first and the return of the second fluid. In this way, an "argon-optimized" separation can be achieved, which allows a corresponding removal of larger amount of nitrogen-rich fluid from the high-pressure column.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Anlage zur Gewinnung eines oder mehrerer Luftprodukte, bezüglich deren Merkmalen auf den entsprechenden unabhängigen Patentanspruch verwiesen wird.The present invention further relates to a plant for the production of one or more air products, with respect to the features of which reference is made to the corresponding independent claim.

Zu Merkmalen und Vorteilen der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Luftzerlegungsanlage sei auf die obigen Erläuterungen bezüglich des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens ausdrücklich verwiesen. Entsprechendes gilt auch für eine Luftzerlegungsanlage, die zur Durchführung eines Verfahrens eingerichtet ist, wie es zuvor ausführlich erläutert wurde, und hierzu entsprechende Mittel aufweist.For features and advantages of the present invention proposed air separation plant is based on the above explanations with respect to expressly referred to the proposed method according to the invention. The same applies to an air separation plant which is set up to carry out a method, as has been explained in detail above, and has corresponding means for this purpose.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, die bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings, which illustrate preferred embodiments of the present invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

  • Figur 1 zeigt eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung. FIG. 1 shows an air separation plant according to an embodiment of the invention in a schematic representation.
  • Figur 2 zeigt eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung. FIG. 2 shows an air separation plant according to an embodiment of the invention in a schematic representation.
  • Figur 3 zeigt eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung. FIG. 3 shows an air separation plant according to an embodiment of the invention in a schematic representation.
  • Figur 4 zeigt eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung. FIG. 4 shows an air separation plant according to an embodiment of the invention in a schematic representation.
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing

In Figur 1 ist eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in vereinfachter, schematischer Darstellung gezeigt und mit 100 bezeichnet.In FIG. 1 an air separation plant according to an embodiment of the invention is shown in a simplified, schematic representation and designated 100.

In der Luftzerlegungsanlage 100 wird ein Einsatzluftstrom a (AIR) mittels eines Hauptluftverdichters 1 über ein Filter 2 angesaugt und auf ein Druckniveau verdichtet, das hier als erstes Druckniveau bezeichnet wird. Der Hauptluftverdichter 1 kann insbesondere mehrstufig mit Zwischenkühlung ausgebildet sein. Ein dem Hauptluftverdichter 1 zugeordneter Kühler ist stellvertretend für mehrere entsprechender Kühler gezeigt und mit 3 bezeichnet.In the air separation plant 100, a feed air flow a (AIR) is sucked in by means of a main air compressor 1 via a filter 2 and compressed to a pressure level, which is referred to here as the first pressure level. The main air compressor 1 may in particular be designed in multiple stages with intermediate cooling. A radiator associated with the main air compressor 1 is shown as representative of a plurality of corresponding radiators and designated 3.

Das in der Luftzerlegungsanlage 100 durchgeführte Luftzerlegungsverfahren ist ein oben erläutertes Hochluftdruck-Verfahren, so dass das erste Druckniveau zumindest 3 bar oberhalb eines Druckniveaus liegt, auf dem eine Hochdrucksäule 14 eines Rektifikationssäulensystems (siehe unten) der Luftzerlegungsanlage 100 betrieben wird, und das hier als zweites Druckniveau bezeichnet wird.The air separation process performed in the air separation plant 100 is a high air pressure process as discussed above, such that the first pressure level is at least 3 bar above a pressure level on which a high pressure column 14 of a rectification column system (see below) of the air separation plant 100 is operated, secondarily here Pressure level is called.

Die gesamte, dem Rektifikationssäulensystem zugeführte Luftmenge, die auf das erste Druckniveau verdichtet wird, wird hier als Einsatzluftmenge bezeichnet. Diese Einsatzluftmenge wird in Form des Einsatzluftstroms a zunächst in einer Kühlreinrichtung 4 gekühlt und anschließend in einer Adsorptionseinrichtung 5 zumindest weitgehend von Wasser und Kohlendioxid befreit. Bezüglich der Funktionsweise der Kühlreinrichtung 4 und der Adsorptionseinrichtung 5 sei auf Fachliteratur wie Häring (s.o.) verwiesen. Die Kühleinrichtung 4 wird in der dargestellten Weise mit Kühlwasser (H2O) betrieben, die Adsorptionseinrichtung 5 mit Regeneriergas regeneriert, das nach seiner Verwendung an die Atmosphäre (ATM) abgegeben werden kann. Der gekühlte und aufgereinigte Einsatzluftstrom a, der besseren Unterscheidbarkeit halber nun mit b bezeichnet, wird zunächst in zwei Teilströme c und d aufgeteilt.The total amount of air supplied to the rectification column system, which is compressed to the first pressure level, is referred to herein as the amount of feed air. This amount of feed air is first cooled in the form of the feed air stream a in a cooling device 4 and then at least largely freed of water and carbon dioxide in an adsorption device 5. With regard to the mode of operation of the cooling device 4 and the adsorption device 5, reference is made to technical literature such as Haring (see above). The cooling device 4 is operated in the manner shown with cooling water (H2O), regenerates the adsorption 5 with regeneration gas, which can be delivered after its use to the atmosphere (ATM). The cooled and purified feed air stream a, now designated b for better distinctness, is first divided into two partial streams c and d.

Der Teilstrom c wird in einem Booster 6, der mechanisch mit einer Entspannungsturbine 7 gekoppelt ist, auf ein Druckniveau oberhalb des ersten Druckniveaus gebracht und nach Kühlung in einem Nachkühler erneut in zwei Teilströme e und f aufgeteilt, die einem Hauptwärmetauscher 9 der Luftzerlegungsanlage 100 zugeführt werden. Da der Teilstrom e dem Booster 6 bei Umgebungstemperatur oder darüber, jedenfalls aber auf einem Temperaturniveau oberhalb von 0 °C, zugeführt wird, wird er auch als Warmbooster bezeichnet. Der Teilstrom e wird dem Hauptwärmetauscher 9 auf einem Zwischentemperaturniveau entnommen, in der Entspannungsturbine 7 entspannt und in zumindest teilweise gasförmigem Zustand die Hochdrucksäule 14 eingespeist. Der Teilstrom f wird dem Hauptwärmetauscher 9 kaltseitig entnommen und über eine Drossel 10 in flüssigem Zustand in die Hochdrucksäule 14 eingespeist. Bei dem Teilstrom f handelt es sich also um einen ersten Drosselstrom.The partial flow c is brought in a booster 6, which is mechanically coupled to an expansion turbine 7, to a pressure level above the first pressure level and after cooling in an aftercooler again divided into two partial flows e and f, which are fed to a main heat exchanger 9 of the air separation plant 100 , Since the partial flow e is the booster 6 at ambient temperature or above, but in any case at a temperature level above 0 ° C, fed, it is also referred to as a warm booster. The partial flow e is taken from the main heat exchanger 9 at an intermediate temperature level, expanded in the expansion turbine 7 and fed into the high-pressure column 14 in at least partially gaseous state. The partial flow f is removed from the main heat exchanger 9 cold side and fed via a throttle 10 in the liquid state in the high-pressure column 14. The partial flow f is thus a first throttle flow.

Der Teilstrom c ebenfalls erneut in zwei Teilströme g und h aufgeteilt, die dem Hauptwärmetauscher 9 der Luftzerlegungsanlage 100 zugeführt werden. Der Teilstrom g wird dem Hauptwärmetauscher 9 auf einem Zwischentemperaturniveau entnommen, in einer Entspannungsturbine 11, die mit einem Booster 12 mechanisch gekoppelt ist, entspannt und in zumindest teilweise gasförmigem Zustand die Hochdrucksäule 14 eingespeist. Er wird dabei zuvor mit dem Teilstrom e vereinigt. Da dem Booster 12, wie unten erläutert, Fluid deutlich unter Umgebungstemperatur, jedenfalls aber deutlich unter 0 °C, -10 °C, -20 °C, -30 °C, -40 °C, -50 °C, zugeführt wird, wird er auch als Kaltbooster bezeichnet. Der Teilstrom h wird dem Hauptwärmetauscher 9 kaltseitig entnommen und über eine Drossel 13 in flüssigem Zustand in die Hochdrucksäule 14 eingespeist. Er wird dabei zuvor mit dem Teilstrom f vereinigt oder direkt in die Hochdrucksäule 14 eingespeist. Bei dem Teilstrom h handelt es sich also um einen zweiten Drosselstrom.The partial flow c is also divided again into two partial flows g and h, which are fed to the main heat exchanger 9 of the air separation plant 100. The partial flow g is taken from the main heat exchanger 9 at an intermediate temperature level, in an expansion turbine 11, which is mechanically coupled to a booster 12, relaxed and in at least partially gaseous state, the high-pressure column 14 is fed. He is previously united with the partial flow e. Since the booster 12, as explained below, fluid significantly below ambient temperature, but definitely below 0 ° C, -10 ° C, -20 ° C, -30 ° C, -40 ° C, -50 ° C, is supplied, He is also referred to as a cold booster. The partial flow h is removed from the main heat exchanger 9 on the cold side and fed via a throttle 13 in the liquid state into the high-pressure column 14. It is previously combined with the partial flow f or fed directly into the high-pressure column 14. The partial flow h is therefore a second throttle flow.

Der Betrieb des Rektifikationssäulensystems, das in der Lustzerlegungsanlage 100 die bereits erwähnte Hochdrucksäule 14, eine Niederdrucksäule 15, eine Rohargonsäule 16 und eine Reinargonsäule 17 umfasst, kann grundsätzlich der eingangs zitierten Fachliteratur entnommen werden.The operation of the rectification column system comprising in the desalination plant 100 the already mentioned high-pressure column 14, a low-pressure column 15, a crude argon column 16 and a pure argon column 17 can basically be taken from the technical literature cited above.

Die Luftzerlegungsanlage 100 ist zur Innenverdichtung eingerichtet. Im dargestellten Beispiel wird hierzu der Niederdrucksäule 15 ein sauerstoffreiches Sumpfprodukt in Form eines Stoffstroms i flüssig entnommen, zu einem Anteil in Form eines Stoffstroms k in einer Innenverdichtungspumpe 18 auf ca. 30 bar(a) oder auf ein höheres, beispielsweise auf ein überkritisches, Druckniveau gebracht, in dem Hauptwärmetauscher 9 verdampft bzw. vom flüssigen in den überkritischen Zustand überführt, und als innenverdichtetes sauerstoffreiches Luftprodukt (GOX IC) an der Anlagengrenze abgegeben. Ein weiterer Anteil des Stoffstroms i wird nicht innenverdichtet, sondern stattdessen in Form eines Stoffstroms I an die Anlagengrenze geführt und dort als flüssiges Sauerstoffprodukt (LOX) abgegeben. Die Temperatur kann dabei durch ein teilweises Führen des Stoffstroms I durch einen Unterkühlungsgegenströmer 19 eingestellt werden.The air separation plant 100 is set up for internal compression. In the example shown, the low-pressure column 15 is taken from an oxygen-rich bottom product in the form of a stream i liquid, to a proportion in the form of a stream k in an internal compression pump 18 to about 30 bar (a) or to a higher, for example to a supercritical, pressure level brought vaporized in the main heat exchanger 9 and transferred from the liquid to the supercritical state, and delivered as internally compressed oxygen-rich air product (GOX IC) at the plant boundary. Another portion of the stream i is not internally compressed, but instead conducted in the form of a stream I to the plant boundary and there delivered as a liquid oxygen product (LOX). The temperature can be adjusted by a partial guiding of the material flow I through a subcooling countercurrent 19.

Dem Sumpf der Hochdrucksäule 14 kann sauerstoffangereicherte Flüssigkeit in Form eines Stoffstroms m entnommen werden. Der Stoffstrom m kann durch den Unterkühlungsgegenströmer 19 geführt und anschließend anteilig in die jeweiligen Verdampfungsräume der Kopfkondensatoren der Rohargonsäule 16 und der Reinargonsäule 17 eingespeist werden. Diesen Verdampfungsräumen entnommene flüssige und gasförmige Anteile werden in die Niederdrucksäule 15 eingespeist. Die Rohargonsäule 16 und die Reinargonsäule 17 werden in bekannter Weise betrieben. Insbesondere wird der Niederdrucksäule 15 an geeigneter Position ein argonangereichertes Fluid in Form eines Stoffstroms n entnommen und in der Rohargonsäule 16 an Sauerstoff abgereichert, der in die Niederdrucksäule 15 zurückgeführt wird. Stickstoffhaltiges Rohargon wird in Form eines Stoffstroms o in die Reinargonsäule überführt, wo insbesondere Stickstoff abgetrennt und an die Atmosphäre (ATM) abgegeben werden kann. Flüssiges Argon (LAR) kann als Produkt an der Anlagengrenze abgegeben werden.Oxygen-enriched liquid in the form of a stream m can be taken from the bottom of the high-pressure column 14. The stream m can be passed through the subcooling countercurrent 19 and then proportionally fed into the respective evaporation chambers of the top condensers of the crude argon column 16 and the pure argon column 17. Taken from these evaporation chambers liquid and gaseous components are fed into the low-pressure column 15. The crude argon column 16 and the pure argon column 17 are operated in a known manner. In particular, an argon-enriched fluid in the form of a stream n is removed from the low-pressure column 15 at a suitable position and depleted of oxygen in the crude argon column 16, which is returned to the low-pressure column 15. Nitrogenous crude argon is transferred in the form of a stream o in the pure argon column, where in particular nitrogen can be separated and released into the atmosphere (ATM). Liquid argon (LAR) can be delivered as a product at the plant boundary.

Der Niederdrucksäule 15 kann kopfseitig Gas entnommen werden, das in Form eines Stoffstroms p durch den Unterkühlungsgegenströmer 19 und anschließend durch den Hauptwärmetauscher 9 geführt (siehe auch Verknüpfung A) und zum Teil nach einer Erwärmung in einer Heizeinrichtung 20 als das bereits erwähnte Regeneriergas in der Adsorptionseinrichtung 5 eingesetzt werden kann. Auch eine Abführung an die Atmosphäre (ATM), beispielsweise zu Zeiten, in denen kein Regeneriergas benötigt wird, ist grundsätzlich möglich. Von einem Boden in einem oberen Bereich der Niederdrucksäule 15 kann ein flüssiger, stickstoffreicher Stoffstrom q abgezogen und als flüssiges Produkt (LIN) an der Anlagengrenze abgegeben werden.The low-pressure column 15 can be taken from the top side gas, which in the form of a stream p through the supercooling countercurrent 19 and then passed through the main heat exchanger 9 (see also linkage A) and partly after heating in a heater 20 as the aforementioned regeneration in the adsorption 5 can be used. Also, a discharge to the atmosphere (ATM), for example, at times when no regeneration gas is needed, is basically possible. From a bottom in an upper region of the low pressure column 15, a liquid, nitrogen-rich stream q can be withdrawn and discharged as a liquid product (LIN) at the plant boundary.

Flüssigluft kann aus der Hochdrucksäule 14 in Form eines Stoffstroms r abgezogen, durch den Unterkühlungsgegenströmer 19 geführt und in die Niederdrucksäule 15 eingespeist werden. Vom Kopf der Hochdrucksäule kann stickstoffreiches Gas in Form eines Stoffstroms s abgezogen werden. Dieses kann zu einem Teil in Form eines Stoffstroms t in einem die Hochdrucksäule 14 und die Niederdrucksäule 15 wärmetauschend verbindenden Hauptkondensator 21 verflüssigt und als Rücklauf auf die Hochdrucksäule 14 verwendet sowie durch den Unterkühlungsgegenströmer 19 geführt und in die Niederdrucksäule 15 eingespeist werden.Liquid air can be withdrawn from the high-pressure column 14 in the form of a stream of material r, passed through the subcooling countercurrent 19 and fed into the low-pressure column 15. From the top of the high-pressure column nitrogen-rich gas can be withdrawn in the form of a stream s. This can be liquefied to a part in the form of a stream t in a high pressure column 14 and the low pressure column 15 heat-exchanging main condenser 21 and used as reflux to the high pressure column 14 and passed through the subcooling countercurrent 19 and fed into the low pressure column 15.

Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung in der veranschaulichten Ausführungsform besteht in der Behandlung des nicht durch den Hauptkondensator 21 geführten Anteils des Stoffstroms s. Dieser liegt, da er der Hochdrucksäule entnommen wurde, auf deren Druckniveau, dem zweiten Druckniveau, vor, und wird im dargestellten Beispiel in Form eines Stoffstroms u dem Hauptwärmetauscher 9 kaltseitig zugeführt. Ein Teilstrom v wird dem Hauptwärmetauscher 9 warmseitig entnommen und beispielsweise als Dichtgas (Sealgas) bereitgestellt.An essential aspect of the present invention in the illustrated embodiment is the treatment of the portion of the stream s not passed through the main condenser 21. This is because it was taken from the high-pressure column, at its pressure level, the second pressure level, before, and in the example shown in the form of a stream u the main heat exchanger. 9 supplied cold side. A partial flow v is removed from the main heat exchanger 9 on the warm side and provided, for example, as a sealing gas (seal gas).

Ein weiterer Teilstrom w wird dem Hauptwärmetauscher 9 auf einem Zwischentemperaturniveau entnommen, das hier als erstes Temperaturniveau bezeichnet wird, und in dem bereits erwähnten Booster 12 auf ein Druckniveau oberhalb des zweiten Druckniveaus gebracht, das hier als drittes Druckniveau bezeichnet wird. Wiederum ein Teilstrom x des Teilstroms w wird wieder dem Hauptwärmetauscher 9 zugeführt, diesem kaltseitig entnommen, also auf ein Temperaturniveau abgekühlt, das hier als drittes Temperaturniveau bezeichnet wird, in flüssigem Zustand über eine Drossel 22 entspannt und in einen oberen Bereich der Hochdrucksäule 14 zurückgeführt. Bei dem Teilstrom x handelt es sich also um einen weiteren Drosselstrom.Another substream w is taken from the main heat exchanger 9 at an intermediate temperature level, which is referred to herein as the first temperature level, and brought to a pressure level above the second pressure level in the aforementioned booster 12, referred to herein as the third pressure level. Again, a partial flow x of the partial flow w is again supplied to the main heat exchanger 9, this cold side taken, that is cooled to a temperature level, which is referred to here as the third temperature level, relaxed in the liquid state via a throttle 22 and returned to an upper region of the high pressure column 14. The partial flow x is thus another throttle flow.

Ein weiterer Teilstrom y des Teilstroms w wird hingegen in dem Hauptwärmetauscher 9 auf ein Temperaturniveau erwärmt, das hier als zweites Temperaturniveau bezeichnet wird, und an der Anlagengrenze als gasförmiges Druckstickstoffprodukt abgegeben.In contrast, a further partial flow y of the partial flow w is heated in the main heat exchanger 9 to a temperature level, which is referred to here as the second temperature level, and discharged at the system boundary as gaseous pressure nitrogen product.

Mit anderen Worten werden hier eine erste und eine zweite Teilmenge in Form der Stoffströme y und x eines stickstoffreichen Fluids, das der Hochdrucksäule 15 in Form eines Stoffstroms u auf dem zweiten Druckniveau entnommen und unter Verwendung des Hauptwärmetauschers 9 erwärmt wird, unter Verwendung des Hauptwärmetauschers 9 auf das erste Temperaturniveau erwärmt, auf diesem dem Booster 12 zugeführt, und unter Verwendung des Boosters 12 weiter auf das dritte Druckniveau verdichtet. Die erste Teilmenge, d.h. der Stoffstrom y, wird nach der Verdichtung auf das dritte Druckniveau unter Verwendung des Hauptwärmetauschers 9 auf ein zweites Temperaturniveau oberhalb des ersten Temperaturniveaus erwärmt und dauerhaft aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet. Die zweite Teilmenge, d.h. der Stoffstrom x, wird nach der Verdichtung auf das dritte Druckniveau unter Verwendung des Hauptwärmetauschers 9 auf das dritte Temperaturniveau abgekühlt, auf das zweite Druckniveau entspannt und in die Hochdrucksäule 15 zurückgeführt.In other words, here a first and a second subset in the form of the streams y and x of a nitrogen-rich fluid, the high pressure column 15 is removed in the form of a stream u at the second pressure level and heated using the main heat exchanger 9, using the main heat exchanger. 9 heated to the first temperature level, supplied to the booster 12 thereon, and further compressed using the booster 12 to the third pressure level. The first subset, i. the stream y, is heated after compression to the third pressure level using the main heat exchanger 9 to a second temperature level above the first temperature level and permanently discharged from the air separation plant. The second subset, i. the stream x, is cooled after compression to the third pressure level using the main heat exchanger 9 to the third temperature level, relaxed to the second pressure level and returned to the high-pressure column 15.

Figur 2 zeigt eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung, wobei auf eine Beschreibung bereits zu Figur 1 erläuterter Komponenten verzichtet wird. Diese sind auch nicht erneut mit Bezugszeichen versehen. FIG. 2 shows an air separation plant according to a further embodiment of the invention in a schematic representation, with a description already to figure 1 explained components is omitted. These are not provided again with reference numerals.

Wie in Figur 2 veranschaulicht, kann ein Teil des in dem Hauptkondensator 21 verflüssigten stickstoffreichen Gases, vergleichbar mit dem Stoffstrom k gemäß Anlage 100 bzw. Figur 1 (siehe Verknüpfung X in Figur 2), auch mittels einer weiteren Innenverdichtungspumpe 201 verdichtet, in dem Hauptwärmetauscher 9 erwärmt und anschließend als innenverdichtetes, gasförmiges Stickstoffprodukt (GAN IC) bereitgestellt werden.As in FIG. 2 illustrated, a portion of the liquefied in the main condenser 21 nitrogen-rich gas, comparable to the stream k according to Appendix 100 or FIG. 1 (see link X in FIG. 2 ), also compressed by means of a further internal compression pump 201, heated in the main heat exchanger 9 and then provided as internally compressed, gaseous nitrogen product (GAN IC).

Figur 3 zeigt eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung. Wiederum wurde auf eine Beschreibung bereits zu Figur 1 bzw. 2 erläuterter Komponenten verzichtet. Diese sind auch nicht erneut mit Bezugszeichen versehen. FIG. 3 shows an air separation plant according to a further embodiment of the invention in a schematic representation. Again, a description has already been added FIG. 1 or 2 explained components omitted. These are not provided again with reference numerals.

Wie in Figur 3 veranschaulicht, kann alternativ anstelle des Teilstroms g, der aus dem Teilstrom c gebildet wird, auch ein weiterer Teilstrom 301 des Teilstroms d der Entspannungsturbine 11 zugeführt werden, der aufgrund der Verdichtung in dem Booster 6 auf einem höheren Druckniveau vorliegt als der Teilstrom c. Der Teilstrom g wird in diesem Fall nicht gebildet.As in FIG. 3 illustrated, instead of the partial flow g, which is formed from the partial flow c, also a further partial flow 301 of the partial flow d of the expansion turbine 11 are supplied, which is due to the compression in the booster 6 at a higher pressure level than the partial flow c. The partial flow g is not formed in this case.

Figur 4 zeigt eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung. Wie zuvor wurde auch hier auf eine Beschreibung bereits zu den vorigen Figuren erläuterter Komponenten verzichtet, die auch hier nicht erneut mit Bezugszeichen versehen sind. FIG. 4 shows an air separation plant according to a further embodiment of the invention in a schematic representation. As before, a description has already been omitted here to the previous figures explained components, which are not again provided with reference numerals here.

Wie in Figur 4 dargestellt, kann der Booster 12 auch unter Verwendung von externer Energie angetrieben werden, beispielsweise unter Verwendung eines Elektromotors M. Auf diese Weise kann auf die separate Bereitstellung eines Stoffstroms g (Figur 1) bzw. 301 (Figur 3) verzichtet werden.As in FIG. 4 The booster 12 can also be driven using external energy, for example using an electric motor M. In this way, it is possible to use the separate provision of a material flow g (FIG. FIG. 1 ) or 301 ( FIG. 3 ) are waived.

Claims (14)

Verfahren zur Gewinnung eines oder mehrerer Luftprodukte unter Verwendung einer Luftzerlegungsanlage (100) mit einem Rektifikationssäulensystem (14-17), das eine Hochdrucksäule (14) und eine Niederdrucksäule (15) umfasst, sowie mit einem Hauptwärmetauscher (9) und einem Hauptluftverdichter (1), bei dem - die gesamte, dem Rektifikationssäulensystem (14-17) zugeführte Luft in dem Hauptluftverdichter (1) auf ein erstes Druckniveau verdichtet wird, wobei die Hochdrucksäule (15) auf einem zweiten Druckniveau betrieben wird, das mindestens 3 bar unterhalb des ersten Druckniveaus liegt, und - der Hochdrucksäule (15) auf dem zweiten Druckniveau ein gasförmiges stickstoffreiches Fluid entnommen und ohne eine vorherige Verflüssigung in gasförmigem Zustand erwärmt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass - eine erste Teilmenge des gasförmigen stickstoffreichen Fluids auf ein erstes Temperaturniveau von -150 bis -100 °C, insbesondere von -140 bis -120 °C erwärmt, auf diesem einem Booster (12) zugeführt, und unter Verwendung des Boosters (12) weiter auf ein drittes Druckniveau verdichtet wird, und - die erste Teilmenge nach der Verdichtung auf das dritte Druckniveau auf ein zweites Temperaturniveau oberhalb des ersten Temperaturniveaus erwärmt und dauerhaft aus der Luftzerlegungsanlage (100) ausgeleitet wird. A method of recovering one or more air products using an air separation plant (100) having a rectification column system (14-17) comprising a high pressure column (14) and a low pressure column (15), and a main heat exchanger (9) and a main air compressor (1). , in which the entire air supplied to the rectification column system (14-17) in the main air compressor (1) is compressed to a first pressure level, the high pressure column (15) being operated at a second pressure level at least 3 bar below the first pressure level, and - The high pressure column (15) is removed at the second pressure level, a gaseous nitrogen-rich fluid and heated without a prior liquefaction in the gaseous state,
characterized in that - A first portion of the gaseous nitrogen-rich fluid heated to a first temperature level of -150 to -100 ° C, in particular from -140 to -120 ° C, supplied on this a booster (12), and further using the booster (12) is compressed to a third pressure level, and - The first subset is heated after the compression to the third pressure level to a second temperature level above the first temperature level and permanently discharged from the air separation plant (100). Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine zweite Teilmenge des gasförmigen stickstoffreichen Fluids zusammen mit der ersten Teilmenge auf das erste Temperaturniveau erwärmt, auf diesem dem Booster (12) zugeführt, und unter Verwendung des Boosters (12) weiter auf das dritte Druckniveau verdichtet wird, wobei die zweite Teilmenge nach der Verdichtung auf das dritte Druckniveau auf ein drittes Temperaturniveau unterhalb des ersten Temperaturniveaus abgekühlt, anschließend auf das zweite Druckniveau entspannt, und wieder in die Hochdrucksäule (15) zurückgeführt wird.The method of claim 1, wherein a second portion of the gaseous nitrogen-rich fluid is heated to the first temperature level along with the first subset, fed thereto to the booster (12), and further compressed to the third pressure level using the booster (12). wherein the second subset cooled after the compression to the third pressure level to a third temperature level below the first temperature level, then relaxed to the second pressure level, and returned to the high pressure column (15). Verfahren nach Anspruch 2, bei dem eine dritte Teilmenge des stickstoffreichen Fluids ohne Verdichtung auf das dritte Druckniveau auf das erste Temperaturniveau erwärmt und dauerhaft aus der Luftzerlegungsanlage (100) ausgeleitet wird.The method of claim 2, wherein a third portion of the nitrogen-rich fluid is heated without compression to the third pressure level to the first temperature level and permanently discharged from the air separation plant (100). Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die erste und die zweite Teilmenge unter Verwendung des Hauptwärmetauschers (9) auf das erste Temperaturniveau erwärmt werden und/oder die erste Teilmenge unter Verwendung des Hauptwärmetauschers (9) auf das zweite Temperaturniveau erwärmt wird und/oder bei dem die zweite Teilmenge unter Verwendung des Hauptwärmetauschers (9) auf das dritte Temperaturniveau abgekühlt wird.Method according to claim 2 or 3, wherein the first and the second subset are heated to the first temperature level using the main heat exchanger (9) and / or the first subset is heated to the second temperature level using the main heat exchanger (9) and / or in which the second subset is cooled to the third temperature level using the main heat exchanger (9). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das dritte Druckniveau bei 8 bis 12 bar liegt.Method according to one of the preceding claims, wherein the third pressure level is 8 to 12 bar. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Booster (12) mechanisch mit einer Entspannungsturbine (11) gekoppelt ist, wobei in der mit dem Booster (12) gekoppelten Entspannungsturbine (11) insbesondere ein Teil der dem Rektifikationssäulensystem (14-17) zugeführten Luft auf das zweite Druckniveau entspannt wird, welcher zuvor unter Verwendung des Hauptluftverdichters (9) auf ein viertes Temperaturniveau abgekühlt wurde und anschließend in die Hochdrucksäule (14) eingespeist wird.Method according to one of the preceding claims, in which the booster (12) is mechanically coupled to an expansion turbine (11), wherein in the expansion turbine (11) coupled to the booster (12), in particular a part of the rectification column system (14-17) supplied Air is relaxed to the second pressure level, which has previously been cooled using the main air compressor (9) to a fourth temperature level and then fed into the high-pressure column (14). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Booster (12) unter Verwendung von externer Energie, insbesondere mittels eines Elektromotors (M), angetrieben wird.Method according to one of Claims 1 to 5, in which the booster (12) is driven using external energy, in particular by means of an electric motor (M). Verfahren nach Anspruch 2 oder einem der von Anspruch 2 abhängenden Ansprüche, bei dem die zweite Teilmenge einen Anteil von 10 bis 50% des der Hochdrucksäule (15) auf dem zweiten Druckniveau entnommenen und ohne vorherige Verflüssigung in gasförmigem Zustand erwärmten gasförmigen stickstoffreichen Fluids umfasst.A method according to claim 2 or any claim dependent on claim 2, wherein the second portion comprises a proportion of from 10 to 50% of the gaseous nitrogen-rich fluid withdrawn from the high pressure column (15) at the second pressure level and heated in the gaseous state without prior liquefaction. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Teil der Luft, die dem Rektifikationssäulensystem (14-17) zugeführt wird, in einem weiteren Booster (6) von dem ersten Druckniveau auf ein fünftes Druckniveau verdichtet, unter Verwendung des Hauptwärmetauschers (9) auf ein fünftes Temperaturniveau abgekühlt, in einer mit dem weiteren Booster (6) mechanisch gekoppelten Entspannungsturbine (7) auf das zweite Druckniveau entspannt, und anschließend in die Hochdrucksäule (14) eingespeist wird.A method according to any preceding claim, wherein a portion of the air supplied to the rectification column system (14-17) in a further booster (6) is compressed from the first pressure level to a fifth pressure level using the main heat exchanger (9) Cooled a fifth temperature level, relaxed in a with the other booster (6) mechanically coupled expansion turbine (7) to the second pressure level, and then into the high-pressure column (14) is fed. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem ein Teil der Luft, die dem Rektifikationssäulensystem (14-17) zugeführt wird, in dem weiteren Booster (6) von dem ersten Druckniveau auf das fünfte Druckniveau verdichtet, unter Verwendung des Hauptwärmetauschers (9) auf ein sechstes Temperaturniveau abgekühlt, auf das zweite Druckniveau entspannt, und anschließend in die Hochdrucksäule (14) eingespeist wird.The method of claim 9, wherein a portion of the air supplied to the rectification column system (14-17) in the further booster (6) is compressed from the first pressure level to the fifth pressure level using the main heat exchanger (9) to a sixth one Cooled temperature level, relaxed to the second pressure level, and then fed to the high-pressure column (14). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Teil der Luft, die dem Rektifikationssäulensystem (14-17) zugeführt wird, auf dem ersten Druckniveau unter Verwendung des Hauptwärmetauschers (9) abgekühlt, von dem ersten Druckniveau auf das zweite Druckniveau entspannt, und anschließend in die Hochdrucksäule (14) eingespeist wird.A method according to any preceding claim, wherein a portion of the air supplied to the rectification column system (14-17) is cooled at the first pressure level using the main heat exchanger (9), depressurized from the first pressure level to the second pressure level, and subsequently into the high-pressure column (14) is fed. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem Rektifikationssäulensystem (14-17) wenigstens eine Rektifikationssäule (16) umfasst, in welche ein gegenüber einer Sumpfflüssigkeit der Hochdrucksäule (15) an Argon angereichertes erstes Fluid aus der Niederdrucksäule (15) überführt wird, und in der das erste Fluid an Argon abgereichert wird, wobei ein nach der Abreicherung an Argon verbleibender Rest des ersten Fluids in die Niederdrucksäule (15) zurückgeführt wird.A process according to any one of the preceding claims, wherein the rectification column system (14-17) comprises at least one rectification column (16) into which a first fluid enriched in argon with a bottom liquid of the high pressure column (15) is transferred from the low pressure column (15); the first fluid is depleted in argon, wherein a remaining after depletion of argon remainder of the first fluid is returned to the low pressure column (15). Verfahren nach Anspruch 12, bei dem eine Roh- und eine Reinargonsäule (16, 17) eingesetzt werden, die mit Kopfkondensatoren betrieben werden, in welchen sauerstoffangereicherte Flüssigkeit aus dem Sumpf der Hochdrucksäule (14) teilweise verdampft wird, wobei ein nicht verdampfter Anteil aus dem Kopfkondensator der Reinargonsäule (17) 5 bis 15 theoretische Trennstufen oberhalb der Einspeisung des nicht verdampften Anteils aus dem Kopfkondensator der Rohargonsäule (16) in die Niederdrucksäule (15) zurückgespeist wird.A process according to claim 12, wherein a crude and a pure argon column (16, 17) operated with top condensers in which oxygen-enriched liquid is partially evaporated from the bottom of the high pressure column (14), an unevaporated fraction being from the Top condenser of the pure argon column (17) 5 to 15 theoretical plates is fed back to the low-pressure column (15) above the feed of the unevaporated portion from the overhead condenser of the crude argon column (16). Anlage (100) zur Gewinnung eines oder mehrerer Luftprodukte, mit einem Rektifikationssäulensystem (14-17), das eine Hochdrucksäule (14) und eine Niederdrucksäule (15) umfasst, sowie mit einem Hauptwärmetauscher (9) und einem Hauptluftverdichter, wobei die Anlage (100) Mittel aufweist, die dafür eingerichtet sind, - die gesamte, dem Rektifikationssäulensystem (14-17) zugeführte Luft in dem Hauptluftverdichter (1) auf ein erstes Druckniveau zu verdichten und die Hochdrucksäule (15) auf einem zweiten Druckniveau zu betreiben, das mindestens 3 bar unterhalb des ersten Druckniveaus liegt, und - der Hochdrucksäule (15) auf dem zweiten Druckniveau ein gasförmiges stickstoffreiches Fluid zu entnehmen und ohne eine vorherige Verflüssigung in gasförmigem Zustand zu erwärmen,
gekennzeichnet durch Mittel, die dafür eingerichtet sind, - eine erste Teilmenge des gasförmigen stickstoffreichen Fluids auf ein erstes Temperaturniveau von -150 bis -100 °C, insbesondere von -140 bis -120 °C zu erwärmen, auf diesem einem Booster (12) zuzuführen, und unter Verwendung des Boosters (12) weiter auf ein drittes Druckniveau zu verdichten, und - die erste Teilmenge nach der Verdichtung auf das dritte Druckniveau auf ein zweites Temperaturniveau oberhalb des ersten Temperaturniveaus zu erwärmen und dauerhaft aus der Luftzerlegungsanlage (100) auszuleiten. Plant (100) for recovering one or more air products, comprising a rectification column system (14-17) comprising a high pressure column (14) and a low pressure column (15) and a main heat exchanger (9) and a main air compressor, the system (100 ) Has means, which are set up to compress the entire air supplied to the rectification column system (14-17) to a first pressure level in the main air compressor (1) and to operate the high pressure column (15) at a second pressure level at least 3 bar below the first pressure level, and to remove a gaseous nitrogen-rich fluid from the high-pressure column (15) at the second pressure level and to heat it in the gaseous state without prior liquefaction,
characterized by means adapted for to heat a first portion of the gaseous nitrogen-rich fluid to a first temperature level of -150 to -100 ° C, in particular from -140 to -120 ° C, to supply to this a booster (12), and using the booster (12) continue to compress to a third level of pressure, and - To heat the first subset after compression to the third pressure level to a second temperature level above the first temperature level and permanently out of the air separation plant (100).
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