EP3640571A1 - Verfahren und anordnung zur gewinnung eines sauerstoffreichen luftprodukts - Google Patents

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EP3640571A1
EP3640571A1 EP18020515.5A EP18020515A EP3640571A1 EP 3640571 A1 EP3640571 A1 EP 3640571A1 EP 18020515 A EP18020515 A EP 18020515A EP 3640571 A1 EP3640571 A1 EP 3640571A1
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EP
European Patent Office
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gas mixture
residual gas
oxygen
air
product
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18020515.5A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Grahl
Daniel Palaniswamy Otte
Eythymios Kontogeorgopoulos
Xiaohua Fan
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Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Filing date
Publication date
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Priority to EP18020515.5A priority Critical patent/EP3640571A1/de
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    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/02—Internal refrigeration with liquid vaporising loop

Definitions

  • the present invention relates to a method for obtaining an oxygen-rich air product and a corresponding arrangement according to the preambles of the respective independent claims.
  • gaseous oxygen of different purity levels can also be generated from air by means of pressure swing adsorption (PSA), in particular by means of vacuum pressure swing adsorption (VPSA).
  • PSA pressure swing adsorption
  • VPSA vacuum pressure swing adsorption
  • the separation of air using PSA and VPSA is based on the different degrees of adsorption of the air components to an adsorbent.
  • oxygen-rich gas mixtures with, for example, approximately 90 to 95 mole percent oxygen content can be obtained from air using PSA or VPSA.
  • the object of the present invention is to create improved possibilities for obtaining oxygen-rich air products.
  • the residual gas mixture can alternatively or in addition to the vacuum pressure swing adsorption be subjected to a pressure swing adsorption of another type.
  • Rectification columns of rectification column systems which are used for the low-temperature separation of air, can be operated at different pressure levels.
  • Known double-column systems have a so-called high-pressure column (also referred to as a 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 approximately 1.4 bar.
  • the pressure levels given here and below are absolute pressures which are present at the top of the columns mentioned. The values mentioned are only examples that can be changed if necessary. In particular for the exclusive extraction of nitrogen-rich air products, air separation plants without a double-column system can also be used, as shown in an example below in Figure 4 illustrated.
  • Adsorption is typically carried out in a PSA or VPSA using porous adsorbents.
  • the proportions of adsorbable components adsorbed in each case depend in particular on the pressure of the gas mixture (feed gas) fed to the PSA or VPSA and on the selectivity of the adsorbent.
  • the adsorbent used in the PSA or VPSA is located in appropriate adsorption containers, whereby two or more adsorption containers are required for continuous production operation. If "PSA” or "VPSA” is used here, this means both a corresponding method or a corresponding method step and a technical device designed to carry out such a method or method step.
  • Each adsorption container in a PSA or VPSA is alternately loaded with the component or components to be adsorbed in one adsorption cycle and regenerated in a desorption or regeneration cycle, whereby additional periods may also exist between these two cycles in which neither a loading nor a Regeneration is carried out and the adsorbent can be flushed, for example, with further gas flows in order to carry out residues of the gas mixture to be separated.
  • this type of rinsing is also a kind of regeneration, it is considered separately below.
  • the adsorption containers of a corresponding arrangement are operated in alternating operation in such a way that at least one of the adsorption containers is always in the adsorption cycle and can therefore deliver a product. In this case too, however, periods can occur in which no product is delivered, for example during pressure equalization or pressure build-up. In this case, product buffers can be used, for example. However, this, and alternating operation in general, is not absolutely necessary.
  • the gas mixture to be processed is passed through the adsorption container under pressure until the adsorbent contained no longer has sufficient absorption capacity for the adsorbed component (s).
  • the supply of the gas mixture to be processed is therefore prevented and a desorption of the adsorbed component (s) is effected by a pressure reduction in the desorption cycle.
  • the VPSA differs from a conventional PSA essentially in the sub-atmospheric pressure level used in the desorption cycle, which is also commonly referred to as "vacuum".
  • the VPSA is distinguished from a conventional PSA in certain cases by increased yields and a lower specific, i.e. product related, energy needs.
  • Oxygen-rich air products occur in PSA or VPSA due to the weaker adsorption of oxygen in the adsorption cycle and are therefore formed under a certain pressure that corresponds to the feed pressure into the PSA or VPSA minus pressure losses.
  • a temperature swing adsorption differs from a PSA or VPSA essentially in that the adsorption and desorption take place at significantly different temperature levels.
  • the air to be processed is typically processed by means of appropriate devices in order to dry it and to remove carbon dioxide and, if appropriate, other components which interfere with the low-temperature separation.
  • the temperature is increased in the desorption cycle in order to reduce the components of the adsorbent, e.g. Mol sieve to desorb.
  • Liquids and gases can, in the language used here, be enriched or depleted in one or more components, these terms relating to a content in a starting liquid or gas from which the liquid or gas under consideration was obtained.
  • the liquid or gas is enriched if it is at least 1.1 times, 1.5 times, 2 times, 5 times, 10 times 100 times or 1,000 times the content, and depleted if this or this contains at most 0.9 times, 0.5 times, 0.1 times, 0.01 times or 0.001 times the content of a corresponding component, based on the starting liquid or the starting gas.
  • oxygen is used here, this should also be understood to mean a liquid or a gas which is or is rich in oxygen, but does not have to consist exclusively of it.
  • pressure level and temperature level to characterize pressures and temperatures, which is intended to express that pressures and temperatures in a corresponding system do not have to be used in the form of exact pressure or temperature values in order to implement the inventive concept .
  • pressures and temperatures are typically in certain ranges, for example ⁇ 1%, 5%, 10% or 20% around an average.
  • Corresponding pressure levels and temperature levels can lie in disjoint areas or in areas that overlap one another.
  • pressure levels include, for example, unavoidable or expected pressure drops.
  • the pressure levels given here in bar are absolute pressures.
  • An air product is understood here to mean a component or a mixture of components in a gaseous or liquid state, which can be formed by processing air (feed air), in particular by low-temperature separation or PSA or VPSA.
  • An air product is therefore characterized in particular by the fact that it has a different composition than atmospheric air, but in particular no additional components compared to atmospheric air.
  • the present invention is based on the knowledge that, to obtain an oxygen-rich air product, the low-temperature separation of air and the VPSA can be combined particularly advantageously and with the generation of corresponding synergy effects.
  • the present invention proposes to use a so-called residual gas mixture in the VPSA that remains during the low-temperature separation of air and can be removed from a corresponding system.
  • the feed air to be processed is typically processed using TSA before it is fed to the cold part.
  • the above-mentioned residual gas mixture is typically used, which remains during the low-temperature decomposition. This is heated, for example, in electric heaters.
  • the oxygen content in a corresponding residual gas mixture can be extremely high, for example around 50 mole percent. To the extent that such a residual gas mixture is not suitable for regeneration in the TSA is used, it is traditionally released into the atmosphere. The same applies to the residual gas mixture after it has been used for regeneration in the TSA. The cleaning and compaction effort invested is therefore lost in conventional processes or systems.
  • a method for obtaining an oxygen-rich air product in order to achieve the advantages mentioned, in which a first residual gas mixture is provided by means of a plant for the low-temperature separation of air, which is enriched with oxygen compared to atmospheric air and also has nitrogen.
  • the first residual gas mixture or part of the first residual gas mixture is fed to a VPSA, by means of which the oxygen-rich air product and a second residual gas mixture depleted in oxygen compared to the first residual gas mixture are provided.
  • the "first residual gas mixture” is not a pure product of a corresponding plant for the low-temperature separation of air. Its oxygen content is therefore limited, as explained below.
  • the present invention enables an oxygen-rich air product to be produced in a particularly advantageous manner, in terms of energy and investment costs, because the residual gas mixture mentioned, the oxygen content of which lies in particular in the areas explained in more detail below, is already provided in a plant for the low-temperature separation of air at a certain pressure level, which a new compression before the feed into the VPSA makes it obsolete or at least significantly reduces the effort required for this.
  • Another advantage arises from the fact that by using the residual gas mixture, which has a higher oxygen content than atmospheric air, the VPSA can be operated more efficiently, since the content of components to be adsorbed is lower relative to the content of the product component not to be adsorbed oxygen.
  • the present invention also makes it possible to use such a residual gas mixture in a sensible manner to obtain valuable products.
  • feed air can be processed in the plant for the low-temperature separation of air by means of a TSA in order to free it from unwanted and disruptive components such as water and Get rid of carbon dioxide.
  • an appropriate residual gas mixture is used in conventional plants for the low-temperature separation of air in a TSA. Since part or all of the residual gas mixture can be fed into the VPSA in the context of the present invention, it may be necessary, ie if the amount of residual gas mixture is insufficient, to take suitable measures here in order to ensure adequate air purification. This can be done, for example, by adapting the air treatment in the plant for the low-temperature separation of air to a smaller amount of residual gas mixture available.
  • a corresponding cooling can in particular include the use of one or more improved evaporative coolers or the use of a cooling device in which a non-aqueous coolant, for example ammonia, is used.
  • the cooling takes place in particular to a temperature level below the customary cooling water temperature, in particular below 15 ° C., below 10 ° C. or below 5 ° C. and above the freezing temperature of water at the respective pressure level.
  • the amount of regeneration gas can also be reduced by increasing the regeneration temperature.
  • a part of the first residual gas mixture can be subjected to vacuum pressure swing adsorption and a further part of the first residual gas mixture can be heated and used as a regeneration gas in the TSA without having previously been subjected to vacuum pressure swing adsorption.
  • the first residual gas mixture can be divided accordingly.
  • the second residual gas mixture or part of the second residual gas mixture is used as regeneration gas in the TSA. This can be done in addition or as an alternative to using the first residual gas mixture.
  • the second residual gas mixture is drawn off from the VPSA by means of a vacuum pump at such a subatmospheric pressure level due to the subatmospheric pressure level during the desorption in the VPSA, but is present downstream of the vacuum pump at a higher pressure level, for example at atmospheric pressure. If necessary, this can either be compressed or the regeneration of the TSA at a correspondingly low level Pressure level. In the latter case, the TSA is operated in a desorption cycle at this low pressure level and the adsorption cycle is carried out at a higher pressure level.
  • the second residual gas mixture or its part can be processed in the TSA by means of a residual gas mixture preparation before being used as regeneration gas, which, depending on the pressure level required, suitably comprises compression and possibly tempering.
  • the present invention can be used in particular when the low-temperature separation of air is carried out according to the so-called SPECTRA method, as is described, inter alia, in US Pat EP 2 789 958 A1 and the other patent literature cited there.
  • the SPECTRA process also cools compressed and pre-cleaned air to a temperature suitable for rectification, which is normally at or near its dew point. This will partially liquefy it.
  • the air is then fed into a rectification column and rectified there.
  • This rectification column can be the only rectification column in a corresponding process, but this is not mandatory.
  • a rectification column is used in the plant for the low-temperature separation of air, in which a gaseous top product enriched with nitrogen from atmospheric air and a liquid bottom product enriched with oxygen from atmospheric air are formed.
  • the rectification column is cryogenic, oxygen-enriched liquid in the form of one or more material streams and at least partially heated in a heat exchanger which is used to cool at least part of the top gas of the rectification column.
  • the liquid enriched with oxygen compared to atmospheric air can be passed through the heat exchanger in the form of a material flow or in the form of several separate material flows. For example, one stream can first be removed from the rectification column and then divided, or two separate streams can already be removed from the rectification column.
  • the oxygen-enriched liquid which is removed from the rectification column in the form of the one or more material streams and heated in the heat exchanger, is expanded to a first part at least in one or more expansion machines and as that or as a part of the residual gas mixture from the plant for the low-temperature separation of air and compressed to a second part at least in one or more compressors, which is coupled to the expansion machine (s), and then fed back into the rectification column.
  • the two portions can be two substreams of a stream withdrawn from the rectification column or it can be oxygen-enriched liquid which has already been discharged from the rectification column in the form of separate streams.
  • a first liquid stream with a first oxygen content and a second liquid stream with a second, different oxygen content can be withdrawn from the rectification column, the first oxygen content being in particular above the second oxygen content.
  • the first stream can be formed in particular using at least part of the liquid bottom product of the rectification column.
  • the second stream of material can be withdrawn from the rectification column from an intermediate plate or from a corresponding liquid retention device.
  • the first and the second material stream are heated at least in part using a heat exchanger, which at the same time serves to cool and at least partially liquefy at least part of the top gas of the rectification column.
  • the first material flow is at least partly further heated, in particular in the main heat exchanger of the system, expanded in a relaxation machine, reheated, in particular in the main heat exchanger, and carried out from the system.
  • This is the residual gas mixture that can be supplied to the VPSA in the context of the present invention.
  • the second material flow is at least partly compressed in a compressor which is coupled to the expansion machine which is used to relax the first material flow or part thereof.
  • the second stream is then at least partially cooled in the main heat exchanger and fed back into the rectification column.
  • one or more Relaxation machines in particular in the form of turbo expanders, and one or more compressors coupled therewith, in particular in the form of corresponding boosters or turbocompressors, are used.
  • the top gas of the rectification column represents, liquefied or non-liquefied, a nitrogen-rich air product which is provided by means of a corresponding process.
  • a nitrogen-rich air product which is provided by means of a corresponding process.
  • Several (liquefied, internally compressed, gaseous, etc.) nitrogen-rich air products can also be provided.
  • An oxygen-containing air product can be produced in the SPECTRA process via another rectification column (high purity).
  • the final pressure of the expansion machine in a SPECTRA process and thus the pressure with which the residual gas mixture is made available, is 1.2 to 1.6 bar, in particular 1.3 to 1.4 bar, and is therefore particularly suitable to feed the residual gas mixture to the VPSA.
  • a corresponding residual gas mixture can be recompressed if necessary and the residual gas pressure in the system can be raised by suitable measures.
  • the pressure level at which the residual gas mixture is fed to the VPSA is 1.2 to 1.6 bar, in particular 1.3 to 1.4 bar
  • the pressure level for the desorption is 0.1 to 0.6 bar. especially at 0.3 to 0.5 bar.
  • higher pressure levels in a SPECTRA process benefit the VPSA, but can be disadvantageous for the SPECTRA process itself.
  • the pressures given therefore represent mutually adjusted values.
  • the first residual gas mixture can have a content of 30 to 70 mol percent, in particular approximately 50 mol percent, of oxygen. In particular, it can have nitrogen in all of the rest, apart from the usual traces of other air components.
  • the nitrogen content in the non-oxygen residue can in particular be more than 90 mole percent or more than 95 mole percent.
  • the second residual gas mixture can have a content of 10 to 30 mol percent, in particular approximately 25 mol percent, of oxygen.
  • the oxygen-rich air product can have a content of 80 to 99 or 80 to 99 mole percent, in particular of about 94 mole percent, of oxygen.
  • the separation of oxygen and argon is typically not possible by adsorption, which is why the maximum oxygen content depends in particular on the argon content in the air.
  • Especially the opposite Atmospheric air possibly significantly increased oxygen content of the first residual gas mixture, leads to a considerable increase in the amount of product or a reduction in the respective need for adsorbent.
  • the present invention further extends to an arrangement which is set up for obtaining an oxygen-rich air product, comprising a plant which is set up for the low-temperature separation of air and for the provision of a first residual gas mixture which is enriched in oxygen with respect to atmospheric air and also has nitrogen.
  • the arrangement comprises a vacuum pressure swing adsorption, which is set up to process the first residual gas mixture or part of the first residual gas mixture and to provide the oxygen-rich air product and a second residual gas mixture that is depleted in oxygen compared to the first residual gas mixture.
  • Figure 1 shows an arrangement according to an embodiment of the invention.
  • the arrangement is designated 100 in total.
  • the arrangement 100 comprises a system, generally designated 10, for the low-temperature separation of air, which comprises a so-called warm part 10a and a so-called cold part 10b.
  • the warm part 10a contains, in particular, the devices for providing the compressed feed air, such as the main air compressor, corresponding filters, and pre-cooling and cleaning devices.
  • a TSA 11 is illustrated by way of example only.
  • the cold part 10b there are the devices for low-temperature rectification, in particular a rectification column system, a main heat exchanger and the like.
  • the relevant specialist literature please refer to the relevant specialist literature.
  • feed air can be processed in a generally known manner.
  • An example can be found in the following Figure 4 .
  • the corresponding feed air A can be processed in the warm part 10a and then transferred to the cold part 10b, where it can be cooled to cryogenic temperatures and rectified.
  • the cold part 10b a plurality of nitrogen-rich air products C, D, E and a residual gas mixture B (referred to here as the "first" residual gas mixture) with a superatmospheric oxygen content are formed.
  • Figure 4 referenced in which corresponding fluids are indicated with identical capital letters.
  • other types of cryogenic air separation than that in Figure 4 shown example are used.
  • the arrangement 100 further comprises a VPSA 20 in the form of one or more corresponding units arranged in parallel or in series. Fluid can be drawn off from the VPSA or from its adsorption containers by means of a vacuum pump 20a for desorption if the latter is or are in a desorption cycle. In this way, a residual gas mixture U (here as a "second" residual gas mixture designated) are formed. In contrast, an oxygen-rich air product V leaves the VPSA or corresponding adsorption container in an adsorption cycle at a typically superatmospheric pressure level.
  • a first residual gas mixture B is thus provided by means of the system 10 for the low-temperature separation of air, which is enriched with oxygen compared to atmospheric air and also has nitrogen.
  • a part B1 of the first residual gas mixture B is subjected to the vacuum pressure swing adsorption 20 in the arrangement 100, by means of which the oxygen-rich air product V and a second residual gas mixture U depleted in oxygen compared to the first residual gas mixture B are provided.
  • feed air is processed by means of the TSA 11, a further part B2 of the first residual gas mixture B (as not specifically illustrated here) being heated and used as a regeneration gas in the TSA 11 without first being subjected to the vacuum pressure swing adsorption 20 to have been.
  • the air separation plant has a capacity of approx. 65,000 Nm 3 / h (standard cubic meters per hour) of air and the VPSA has a product quantity of 3,000 Nm 3 / h of 93% oxygen.
  • the oxygen from the residual gas of the air separation plant has an oxygen content of approx. 50%.
  • a feed amount of approx. 15,000 Nm 3 / h is required.
  • the amount of regeneration gas in the example shown must be reduced by 20%.
  • the outlet pressure of the turbine of the air separation plant could be increased, which leads to an increased energy consumption of the air separation plant, but at the same time to a reduction in the energy consumption in the VPSA.
  • Raising the regeneration gas temperature typically reaches economic limits due to the high oxygen content and the associated costs for valves and the like.
  • Figure 2 shows an arrangement according to a further embodiment of the invention.
  • the arrangement is designated by a total of 200.
  • the first residual gas mixture B is not made available in part to the TSA 11. Rather, the entire first residual gas mixture B is processed in the VPSA. Only during a pressure build-up phase in the VPSA, as illustrated in the form of a flow arrow with a dash-dotted line, is a bypass to a residual gas mixture preparation 21 assigned to the VPSA, which includes heaters, coolers and compressors not specifically identified, since during this phase the VPSA contains the residual gas mixture B can not process anyway. As explained earlier, the second residual gas mixture U is withdrawn from the VPSA 20 by means of the vacuum pump 20a.
  • Figure 3 shows an arrangement according to a further embodiment of the invention.
  • the arrangement is designated by a total of 300.
  • the arrangement 300 differs from the arrangement 200 essentially in that no compression is carried out in the residual gas mixture preparation 21 and the regeneration of the TSA 11 is accordingly carried out at a subatmospheric pressure level.
  • vacuum pump 20a is no longer required.
  • a subatmospheric pressure level can be provided by means of a vacuum pump 11a, by means of which the gas mixture X is carried out from the TSA 11.
  • a corresponding vacuum for example at approx. 0.5 bar (abs.), Prevails in the entire regeneration path of the TSA (heater, adsorber ).
  • a compressor and cooler for removing heat of compression in the residual gas mixture preparation 21 can be dispensed with.
  • FIG 4 illustrates a cryogenic air separation plant that can be used in an arrangement in accordance with an embodiment of the present invention. As before, the system is designated with a total of 10. In the Figure 4 The illustrated system 10 is set up for the low-temperature separation of air according to the SPECTRA method.
  • the system 10 has a main heat exchanger 1 and a rectification column 2.
  • the main heat exchanger 1 can also be composed of several individual heat exchangers or heat exchanger blocks.
  • compressed, pre-cooled and in particular pre-cleaned by means of TSA feed air A is passed in the form of a stream a through the main heat exchanger 1.
  • the feed air A is thereby cooled to a temperature suitable for rectification, which is at or near its dew point. This will partially liquefy it.
  • the air A or the stream a further designated a is fed into the rectification column 2 after cooling and rectified there in the usual way.
  • some practical or theoretical plates are fed in above the bottom of the rectification column 2.
  • the operating pressure of the rectification column 2 is 6 to 20 bar, for example approximately 9 bar.
  • a gaseous top product enriched with nitrogen in relation to atmospheric air and a liquid bottom product enriched in oxygen with respect to atmospheric air are formed.
  • a first liquid stream b with a first oxygen content and a second liquid stream c with a second, different oxygen content are withdrawn from the rectification column 2, the first and the second stream b and c (after supercooling in the main heat exchanger 1) here in each case using a Heat exchanger 3 are heated, which is used for cooling and at least partially liquefying part of the top gas of the rectification column 2.
  • This overhead gas is withdrawn from the top of the rectification column 2 in the form of a stream d and divided into partial streams e and f, the partial stream e being fed into the heat exchanger 3.
  • the aforementioned first material flow b is at least partly further heated, relaxed in a relaxation machine 5, reheated and as part of a material flow g, possibly after combining with further material flows not explained separately here, in the form of the Residual gas mixture B from the system 10 for low-temperature separation of air executed.
  • This residual gas mixture B can be fed to a VPSA.
  • the aforementioned second stream c is then at least partly compressed in a compressor 4, which is coupled to the expansion machine 5, and then cooled and into the rectification column 2 is fed back.
  • a compressor 4 which is coupled to the expansion machine 5, and then cooled and into the rectification column 2 is fed back.
  • it can be combined with other material flows.
  • the expansion machine 5 can be mechanically coupled to the compressor 4 via a braking device which is not specifically designated.
  • the braking device can be designed, for example, as an oil brake.
  • the material flow f already mentioned is heated in the main heat exchanger 1 and can be carried out from the system 10 as a gaseous nitrogen-rich air product C.
  • the stream e on the other hand, after its at least partial liquefaction in the heat exchanger 7, is again divided into the sub-streams g, h and i, the sub-stream g being returned to the rectification column 2 and the sub-stream h being subcooled in a subcooler 9.
  • a subcooled liquid nitrogen-rich air product D can be removed from the system 10.
  • the partial stream i is taken from the system 10 as a further, not supercooled nitrogen-rich air product E.
  • a part of the partial stream h, which is heated in the subcooler 9, is discharged as a further nitrogen-rich air product B.
  • Another air product F can also be provided in the illustrated manner.
  • a liquid nitrogen-rich air product G can be fed into the system.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung eines sauerstoffreichen Luftprodukts, bei dem mittels einer Anlage (10) zur Tieftemperaturzerlegung von Luft ein erstes Restgasgemisch bereitgestellt wird, welches gegenüber atmosphärischer Luft an Sauerstoff angereichert ist und ferner Stickstoff aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Restgasgemisch oder ein Teil des ersten Restgasgemischs einer Vakuumdruckwechseladsorption (20) unterworfen wird, mittels welcher das sauerstoffreiche Luftprodukt und ein gegenüber dem ersten Restgasgemisch an Sauerstoff abgereichertes zweites Restgasgemisch bereitgestellt wird. Eine entsprechende Anordnung (100) ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung eines sauerstoffreichen Luftprodukts und eine entsprechende Anordnung gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche.
    • Stand der Technik
  • Die Herstellung von Luftprodukten in flüssigem oder gasförmigem Zustand, beispielsweise von Sauerstoff unterschiedlicher Aggregatzustände und Reinheitsgrade, durch Tieftemperaturzerlegung von Luft ist bekannt und beispielsweise bei H.-W. Häring (Hrsg.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, insbesondere Abschnitt 2.2.5, "Cryogenic Rectification", beschrieben.
  • Gasförmiger Sauerstoff unterschiedlicher Reinheitsgrade kann alternativ zur Tieftemperaturzerlegung von Luft auch mittels Druckwechseladsorption (engl. Pressure Swing Adsorption, PSA), insbesondere mittels Vakuumdruckwechseladsorption (engl. Vacuum Pressure Swing Adsorption, VPSA) aus Luft erzeugt werden.
  • Die Zerlegung von Luft mittels PSA und VPSA beruht auf der unterschiedlich starken Adsorption der Luftkomponenten an ein Adsorbens. Mittels PSA oder VPSA können insbesondere sauerstoffreiche Gasgemische mit beispielsweise ca. 90 bis 95 Molprozent Sauerstoffgehalt aus Luft gewonnen werden.
  • Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, verbesserte Möglichkeiten zur Gewinnung von sauerstoffreichen Luftprodukten zu schaffen.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Gewinnung eines sauerstoffreichen Luftprodukts und eine entsprechende Anordnung mit den jeweiligen Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der nachfolgenden Beschreibung. Im Rahmen der Erfindung kann das Restgasgemischs alternativ oder zusätzlich zu der Vakuumdruckwechseladsorption einer Druckwechseladsorption anderen Typs unterworfen werden.
  • Nachfolgend werden zunächst einige bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile verwendete Begriffe sowie der zugrunde liegende technische Hintergrund näher erläutert.
  • Rektifikationskolonnen von Rektifikationskolonnensystemen, die zur Tieftemperaturzerlegung von Luft eingesetzt werden, können auf unterschiedlichen Druckniveaus betrieben werden. Bekannte Doppelkolonnensysteme weisen eine sogenannte Hochdruckkolonne (auch als Druckkolonne, Mitteldruckkolonne oder untere Kolonne bezeichnet) und eine sogenannte Niederdruckkolonne (auch als obere Kolonne bezeichnet) auf. Das Druckniveau der Hochdruckkolonne liegt beispielsweise bei 4 bis 6 bar, vorzugsweise etwa 5,5 bar. Die Niederdruckkolonne wird auf einem Druckniveau von beispielsweise 1,3 bis 1,7 bar, vorzugsweise etwa 1,4 bar, betrieben. Bei den hier und nachfolgend angegebenen Druckniveaus handelt es sich jeweils um Absolutdrücke, die am Kopf der jeweils genannten Kolonnen vorliegen. Die genannten Werte stellen lediglich Beispiele dar, die bei Bedarf verändert werden können. Insbesondere zur ausschließlichen Gewinnung von stickstoffreichen Luftprodukten können auch Luftzerlegungsanlagen ohne ein Doppelkolonnensystem verwendet werden, wie anhand eines Beispiels unten in Figur 4 veranschaulicht.
  • Die Adsorption erfolgt in einer PSA oder VPSA typischerweise unter Verwendung poröser Adsorbentien. Die jeweils adsorbierten Anteile der adsorbierbaren Komponenten hängen insbesondere vom Druck des der PSA oder VPSA zugeführten Gasgemischs (Feedgas) und von der Selektivität des Adsorbens ab. Das bei der PSA oder VPSA verwendete Adsorbens befindet sich in entsprechenden Adsorptionsbehältern, wobei für einen kontinuierlichen Produktionsbetrieb zwei oder mehr Adsorptionsbehälter erforderlich sind. Ist hier von "einer PSA" bzw. "einer VPSA" die Rede, sei hierunter sowohl ein entsprechendes Verfahren bzw. ein entsprechender Verfahrensschritt, als auch eine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bzw. Verfahrensschritts ausgebildete technische Einrichtung verstanden.
  • Jeder Adsorptionsbehälter in einer PSA oder VPSA wird abwechselnd in einem Adsorptionstakt mit der oder den zu adsorbierenden Komponenten beladen und in einem Desorptions- bzw. Regenerationstakt regeneriert, wobei zwischen diesen beiden Takten auch jeweils zusätzliche Zeiträume vorhanden sein können, in denen weder eine Beladung noch eine Regeneration vorgenommen wird und das Adsorbens beispielsweise mit weiteren Gasströmen gespült werden kann, um Reste des zu trennenden Gasgemischs auszuführen. Wenngleich es sich bei einem derartigen Spülen ebenfalls um eine Art Regeneration handelt, wird dieses nachfolgend separat betrachtet. Um einen kontinuierlichen Produktionsbetrieb sicherzustellen, werden die Adsorptionsbehälter einer entsprechenden Anordnung derart im Wechselbetrieb betrieben, dass sich stets mindestens einer der Adsorptionsbehälter im Adsorptionstakt befindet und damit ein Produkt liefern kann. Auch in diesem Fall können jedoch Zeiträume auftreten, in denen kein Produkt geliefert wird, beispielsweise während eines Druckausgleichs bzw. Druckaufbaus. Für diesen Fall können beispielsweise Produktpuffer verwendet werden. Dies, und ein Wechselbetrieb generell, ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
  • In dem erwähnten Adsorptionstakt wird unter Druck das jeweils zu bearbeitende Gasgemisch durch den Adsorptionsbehälter geführt, bis das enthaltende Adsorbens keine ausreichende Aufnahmekapazität für die adsorbierte(n) Komponente(n) mehr aufweist. Die Zufuhr des zu bearbeitenden Gasgemischs wird daher unterbunden und durch eine Druckreduktion wird in dem Desorptionstakt eine Desorption der adsorbierte(n) Komponente(n) bewirkt. Die VPSA unterscheidet sich von einer herkömmlichen PSA im Wesentlichen durch das im Desorptionstakt verwendete unteratmosphärische Druckniveau, das landläufig auch als "Vakuum" bezeichnet wird. Die VPSA zeichnet sich gegenüber einer herkömmlichen PSA in bestimmten Fällen durch erhöhte Ausbeuten und einen geringeren spezifischen, d.h. produktbezogenen, Energiebedarf aus.
  • Sauerstoffreiche Luftprodukte fallen in der PSA oder VPSA aufgrund der schwächeren Adsorption des Sauerstoffs jeweils im Adsorptionstakt an und werden daher unter einem gewissen Druck gebildet, der dem Einspeisedruck in die PSA bzw. VPSA abzüglich Druckverlusten entspricht.
  • Eine Temperaturwechseladsorption (engl. Temperatur Swing Adsorption, TSA) unterscheidet sich von einer PSA bzw. VPSA im Wesentlichen dadurch, dass die Adsorption und Desorption auf deutlich unterschiedlichen Temperaturniveaus stattfinden. Bei der Tieftemperaturzerlegung von Luft in entsprechenden Anlagen wird die zu bearbeitende Luft typischerweise mittels entsprechender Einrichtungen bearbeitet, um diese zu trocknen und Kohlendioxid sowie ggf. andere in der Tieftemperaturzerlegung störende Komponenten zu entfernen. Bei der TSA wird im Desorptionstakt die Temperatur erhöht, um die zuvor im Adsorptionstakt bei tieferer Temperatur adsorbierten Komponenten vom Adsorbens, z.B. Molsieb, zu desorbieren.
  • Flüssigkeiten und Gase können im hier verwendeten Sprachgebrauch angereichert oder abgereichert an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei sich diese Begriffe auf einen Gehalt in einer Ausgangsflüssigkeit oder einem Ausgangsgas beziehen, aus der oder dem die betrachtete Flüssigkeit oder das betrachtete Gas gewonnen wurde. Die Flüssigkeit oder das Gas ist angereichert, wenn diese oder dieses zumindest den 1,1-fachen, 1,5-fachen, 2-fachen, 5-fachen, 10-fachen 100-fachen oder 1.000-fachen Gehalt, und abgereichert, wenn diese oder dieses höchstens den 0,9-fachen, 0,5-fachen, 0,1-fachen, 0,01-fachen oder 0,001-fachen Gehalt einer entsprechenden Komponente, bezogen auf die Ausgangsflüssigkeit oder das Ausgangsgas enthält. Ist hier beispielsweise von "Sauerstoff" die Rede, sei hierunter auch eine Flüssigkeit oder ein Gas verstanden, die oder das reich an Sauerstoff ist, jedoch nicht ausschließlich hieraus bestehen muss.
  • Die vorliegende Anmeldung verwendet zur Charakterisierung von Drücken und Temperaturen die Begriffe Druckniveau und Temperaturniveau, wodurch zum Ausdruck gebracht werden soll, dass Drücke und Temperaturen in einer entsprechenden Anlage nicht in Form exakter Druck- bzw. Temperaturwerte verwendet werden müssen, um das erfinderische Konzept zu verwirklichen. Jedoch bewegen sich derartige Drücke und Temperaturen typischerweise in bestimmten Bereichen, die beispielsweise ± 1%, 5%, 10% oder 20% um einen Mittelwert liegen. Entsprechende Druckniveaus und Temperaturniveaus können dabei in disjunkten Bereichen liegen oder in Bereichen, die einander überlappen. Insbesondere schließen beispielsweise Druckniveaus unvermeidliche oder zu erwartende Druckverluste ein. Entsprechendes gilt für Temperaturniveaus. Bei dem hier in bar angegebenen Druckniveaus handelt es sich um Absolutdrücke.
  • Unter einem Luftprodukt wird hier eine Komponente oder ein Komponentengemisch in gasförmigem oder flüssigem Zustand verstanden, welches durch trenntechnische Bearbeitung von Luft (Einsatzluft) gebildet werden kann, insbesondere durch Tieftemperaturzerlegung oder PSA bzw. VPSA. Ein Luftprodukt zeichnet sich daher insbesondere dadurch aus, dass es eine abweichende Zusammensetzung wie atmosphärische Luft, aber insbesondere gegenüber atmosphärischer Luft keine zusätzlichen Komponenten aufweist.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass sich zur Gewinnung eines sauerstoffreichen Luftprodukts die Tieftemperaturzerlegung von Luft und die VPSA besonders vorteilhaft und unter Erzeugung von entsprechenden Synergieeffekten kombinieren lassen. Die vorliegende Erfindung schlägt dabei vor, ein sogenanntes Restgasgemisch, das bei der Tieftemperaturzerlegung von Luft verbleibt und einer entsprechenden Anlage entnommen werden kann, in der VPSA einzusetzen.
  • Herkömmlicherweise ist die Gewinnung von sauerstoffreichen Luftprodukten mittels VPSA mit vergleichsweise hohen Investitionskosten verbunden, da hier die zu bearbeitende Luft aufwendig verdichtet werden muss. Weil Luft vergleichsweise arm an der Produktkomponente Sauerstoff und reich an den zu entfernenden übrigen Komponenten ist, wird eine gegenüber der Trennung von anderen Gasgemischen eine vergleichsweise große Menge an Adsorbens benötigt bzw. ist das Adsorbens vergleichsweise schnell gesättigt.
  • In Anlagen zur Tieftemperaturzerlegung von Luft wird die zu bearbeitende Einsatzluft, wie erwähnt, typischerweise mittels TSA aufbereitet, bevor sie dem kalten Teil zugeführt wird. Zur Desorption der adsorbierten Komponenten wird typischerweise das bereits erwähnte Restgasgemisch eingesetzt, das bei der Tieftemperaturzerlegung verbleibt. Dieses wird beispielsweise in elektrischen Heizern erwärmt. Bei Anlagen zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, die überwiegend zur Gewinnung stickstoffreicher Luftprodukte eingesetzt werden, kann der Sauerstoffanteil in einem entsprechenden Restgasgemisch ausgesprochen hoch sein und beispielsweise bei ca. 50 Molprozent liegen. Im Umfang, in dem ein derartiges Restgasgemisch nicht für die Regeneration in der TSA eingesetzt wird, wird dieses herkömmlicherweise an die Atmosphäre abgegeben. Entsprechendes gilt für das Restgasgemisch, nachdem es zur Regeneration in der TSA eingesetzt wurde. Der investierte Reinigungs- und Verdichtungsaufwand geht daher in herkömmlichen Verfahren bzw. Anlagen verloren.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird zur Erzielung der erwähnten Vorteile ein Verfahren zur Gewinnung eines sauerstoffreichen Luftprodukts vorgeschlagen, bei dem mittels einer Anlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft ein erstes Restgasgemisch bereitgestellt wird, welches gegenüber atmosphärischer Luft an Sauerstoff angereichert ist und ferner Stickstoff aufweist. Erfindungsgemäß wird das erste Restgasgemisch oder ein Teil des ersten Restgasgemischs einer VPSA zugeführt, mittels welcher das sauerstoffreiche Luftprodukt und ein gegenüber dem ersten Restgasgemisch an Sauerstoff abgereichertes zweites Restgasgemisch bereitgestellt wird. Das "erste Restgasgemisch" stellt kein Reinprodukt einer entsprechenden Anlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft dar. Sein Sauerstoffgehalt ist daher begrenzt, wie unten erläutert.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine besonders vorteilhafte und energetisch sowie aus Investitionskostensicht günstige Herstellung eines sauerstoffreichen Luftprodukts, weil das erwähnte Restgasgemisch, dessen Sauerstoffgehalt insbesondere in den unten näher erläuterten Bereichen liegt, in einer Anlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft bereits auf einem gewissen Druckniveau bereitgestellt wird, welches eine erneute Verdichtung vor die Einspeisung in die VPSA obsolet macht oder zumindest den hierzu erforderlichen Aufwand deutlich verringert. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass durch die Verwendung des Restgasgemischs, das einen höheren Sauerstoffgehalt als atmosphärische Luft aufweist, die VPSA effizienter betrieben werden kann, da der Gehalt an zu adsorbierenden Komponenten bezogen auf den Gehalt der nicht zu adsorbierenden Produktkomponente Sauerstoff geringer ist. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, auch derartiges Restgasgemisch noch in sinnvoller Weise zur Gewinnung von wertvollen Produkten zu nutzen.
  • Wie insoweit bekannt, kann auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung in der Anlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft mittels einer TSA Einsatzluft aufbereitet werden, um diese von unerwünschten und störenden Komponenten wie Wasser und Kohlendioxid zu befreien. Wie erwähnt, wird in herkömmlichen Anlagen zur Tieftemperaturzerlegung von Luft in einer TSA ein entsprechendes Restgasgemisch verwendet. Da im Rahmen der vorliegenden Erfindung das Restgasgemisch teilweise oder vollständig in die VPSA eingespeist werden kann, ist es ggf., d.h. bei nicht ausreichender Restgasgemischmenge, erforderlich, hier geeignete Maßnahmen zu ergreifen um eine ausreichende Luftaufreinigung sicherstellen zu können. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Luftaufbereitung in der Anlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft an eine geringere zur Verfügung stehende Restgasgemischmenge angepasst wird. Dies kann beispielsweise den Einsatz einer stärkeren Abkühlung der Einsatzluft umfassen, um auf diese Weise mehr Wasser auskondensieren zu können und die TSA entsprechend zu entlasten. Eine entsprechende Abkühlung kann insbesondere den Einsatz eines oder mehrerer verbesserter Verdunstungskühler oder den Einsatz einer Kühleinrichtung umfassen, in der ein nichtwässriges Kühlmittel, beispielsweise Ammoniak, eingesetzt wird. Die Abkühlung erfolgt insbesondere auf ein Temperaturniveau unterhalb der üblichen Kühlwassertemperatur, insbesondere auf unter 15 °C, unter 10 °C oder unter 5 °C und oberhalb der bei dem jeweiligen Druckniveau vorliegenden Gefriertemperatur von Wasser. Es ist jedoch in gleicher Weise möglich, beispielsweise eine Anpassung der Schüttmengen und Laufzeiten in der TSA vorzunehmen. Die Regeneriergasmenge lässt sich auch durch eine Erhöhung der Regeneriertemperatur reduzieren.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann insbesondere ein Teil des ersten Restgasgemischs der Vakuumdruckwechseladsorption unterworfen und ein weiterer Teil des ersten Restgasgemischs erwärmt und als ein Regeneriergas in der TSA verwendet werden, ohne zuvor der Vakuumdruckwechseladsorption unterworfen worden zu sein. Mit anderen Worten kann das erste Restgasgemisch entsprechend aufgeteilt werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das zweite Restgasgemisch oder ein Teil des zweiten Restgasgemischs als Regeneriergas in der TSA verwendet wird. Dies kann zusätzlich oder alternativ zur Verwendung des ersten Restgasgemischs erfolgen. Das zweite Restgasgemisch wird aufgrund des unteratmosphärischen Druckniveaus bei der Desorption in der VPSA auf einem mittels einer Vakuumpumpe auf einem derartigen unteratmosphärischen Druckniveau aus der VPSA abgezogen, liegt aber stromab der Vakuumpumpe auf einem höheren Druckniveau, beispielsweise bei Atmosphärendruck, vor. Bei Bedarf kann dieses entweder verdichtet oder die Regenerierung der TSA auf einem entsprechend geringen Druckniveau durchgeführt werden. In letzterem Fall wird die TSA jeweils in einem Desorptionstakt auf diesem geringen Druckniveau betrieben und der Adsorptionstakt erfolgt auf einem höheren Druckniveau.
  • Im Rahmen der Erfindung kann das zweite Restgasgemisch oder dessen Teil vor der Verwendung als Regeneriergas in der TSA mittels einer Restgasgemischaufbereitung aufbereitet werden, wobei diese je nach dem geforderten Druckniveau eine Verdichtung ggf. eine Temperierung in geeigneter Weise umfasst.
  • Die vorliegende Erfindung kann insbesondere dann eingesetzt werden, wenn die Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß dem sogenannten SPECTRA-Verfahren erfolgt, wie es unter anderem in der EP 2 789 958 A1 und der weiteren dort zitierten Patentliteratur beschrieben ist. Wie bei anderen Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft wird auch beim SPECTRA-Verfahren verdichtete und vorgereinigte Luft auf eine für die Rektifikation geeignete Temperatur abgekühlt, die normalerweise an oder nahe ihrem Taupunkt liegt. Sie wird hierdurch teilweise verflüssigt. Die Luft wird anschließend in eine Rektifikationskolonne eingespeist und dort rektifiziert. Diese Rektifikationskolonne kann die einzige Rektifikationskolonne in einem entsprechenden Verfahren darstellen, dies ist jedoch nicht zwingend.
  • Bei einem SPECTRA-Verfahren wird in der Anlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft also eine Rektifikationskolonne verwendet, in der ein gasförmiges, gegenüber atmosphärischer Luft an Stickstoff angereichertes Kopfprodukt und ein flüssiges, gegenüber atmosphärischer Luft an Sauerstoff angereichertes Sumpfprodukt gebildet wird. Dabei wird der Rektifikationskolonne tiefkalte, gegenüber atmosphärischer Luft an Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit in Form eines oder mehrerer Stoffströme entnommen und zumindest zum Teil in einem Wärmetauscher erwärmt, der zur Abkühlung zumindest eines Teils des Kopfgases der Rektifikationskolonne verwendet wird. Die gegenüber atmosphärischer Luft an Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit kann in Form eines Stoffstroms oder in Form mehrerer getrennter Stoffströme durch den Wärmetauscher geführt werden. Beispielsweise kann der Rektifikationskolonne zunächst ein Stoffstrom entnommen und anschließend aufgeteilt werden oder der Rektifikationskolonne können bereits zwei getrennte Stoffströme entnommen werden. In dem SPECTRA-Verfahren wird die an Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit, die der Rektifikationskolonne in Form des einen oder der mehreren Stoffströme entnommen und in dem Wärmetauscher erwärmt wird, zu einem ersten Teil zumindest in einer oder in mehreren Entspannungsmaschinen entspannt und als das oder als ein Teil des Restgasgemischs aus der Anlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft ausgeführt und zu einem zweiten Teil zumindest in einem oder mehreren Verdichter verdichtet, der mit der oder den Entspannungsmaschinen gekoppelt ist, und danach in die Rektifikationskolonne zurückgespeist. Wiederum können die zwei Anteile zwei Teilströme eines aus der Rektifikationskolonne abgezogenen Stoffstroms sein oder es kann sich um bereits in Form separater Stoffströme aus der Rektifikationskolonne ausgeleitete an Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit handeln.
  • In einem Ausführungsbeispiel können aus der Rektifikationskolonne ein erster flüssiger Stoffstrom mit einem ersten Sauerstoffgehalt und ein zweiter flüssiger Stoffstrom mit einem zweiten, unterschiedlichen Sauerstoffgehalt abgezogen werden, wobei der erste Sauerstoffgehalt insbesondere oberhalb des zweiten Sauerstoffgehalts liegt. Der erste Stoffstrom kann insbesondere unter Verwendung zumindest eines Teils des flüssigen Sumpfprodukts der Rektifikationskolonne gebildet werden. Der zweite Stoffstrom kann aus der Rektifikationskolonne von einem Zwischenboden oder aus einer entsprechenden Flüssigkeitsrückhalteeinrichtung abgezogen werden.
  • In dem soeben angegebenen Ausführungsbeispiel werden der erste und der zweite Stoffstrom zumindest zum Teil unter Verwendung eines Wärmetauschers erwärmt, welcher zugleich zur Abkühlung und zumindest teilweisen Verflüssigung zumindest eines Teils des Kopfgases der Rektifikationskolonne dient. Der erste Stoffstrom wird nach dieser Erwärmung zumindest zum Teil, insbesondere im Hauptwärmetauscher der Anlage, weiter erwärmt, in einer Entspannungsmaschine entspannt, erneut erwärmt, insbesondere im Hauptwärmetauscher, und aus der Anlage ausgeführt. Es handelt sich hier um das Restgasgemisch, das im Rahmen der vorliegenden Erfindung der VPSA zugeführt werden kann. Der zweite Stoffstrom wird dagegen nach der erwähnten Erwärmung zumindest zum Teil in einem Verdichter verdichtet, der mit der Entspannungsmaschine gekoppelt ist, die zur Entspannung des ersten Stoffstroms oder dessen Teils verwendet wird. Danach wird der zweite Stoffstrom zumindest zum Teil im Hauptwärmetauscher abgekühlt und in die Rektifikationskolonne zurückgespeist. In sämtlichen Fällen können ein oder mehrere Entspannungsmaschinen, insbesondere in Form von Turboexpandern, und eine oder mehrere damit gekoppelte Verdichter, insbesondere in Form entsprechender Booster bzw. Turboverdichter, eingesetzt werden.
  • Das Kopfgas der Rektifikationskolonne stellt, verflüssigt oder unverflüssigt, ein stickstoffreiches Luftprodukt dar, das mittels eines entsprechenden Verfahrens bereitgestellt wird. Es können auch mehrere (verflüssigte, innenverdichtete, gasförmige etc.) stickstoffreiche Luftprodukte bereitgestellt werden. Ein sauerstoffhaltiges Luftprodukt kann beim SPECTRA-Verfahren über eine weitere Rektifikationskolonne (hochrein) produziert werden.
  • Der Enddruck der Entspannungsmaschine in einem SPECTRA-Verfahren, und damit der Druck, mit dem das Restgasgemisch bereitgestellt wird, liegt bei 1,2 bis 1,6 bar, insbesondere bei 1,3 bis 1,4 bar und eignet sich daher in besonderer Weise, um das Restgasgemisch der VPSA zuzuführen. Es versteht sich jedoch, dass ein entsprechendes Restgasgemisch bei Bedarf nachverdichtet werden kann bzw. der Restgasdruck in der Anlage durch geeignete Maßnahmen angehoben werden kann. Generell liegt das Druckniveau, bei dem das Restgasgemisch der VPSA zugeführt wird, bei 1,2 bis 1,6 bar, insbesondere bei 1,3 bis 1,4 bar, und das Druckniveau der Desorption bei 0,1 bis 0,6 bar, insbesondere bei 0,3 bis 0,5 bar. Generell lässt sich feststellen, dass höhere Druckniveaus in einem SPECTRA-Verfahren der VPSA zugute kommen, aber für das SPECTRA-Verfahren selbst nachteilig sein können. Daher stellen die angegebenen Drücke wechselseitig angepasste Werte dar.
  • In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das erste Restgasgemisch einen Gehalt von 30 bis 70 Molprozent, insbesondere von ca. 50 Molprozent Sauerstoff aufweisen. Es kann insbesondere im gesamten Rest, bis auf übliche Spuren weiterer Luftkomponenten, Stickstoff aufweisen. Der Stickstoffgehalt im Nichtsauerstoffrest kann insbesondere bei mehr als 90 Molprozent oder mehr als 95 Molprozent liegen. Das zweite Restgasgemisch kann einen Gehalt von 10 bis 30 Molprozent, insbesondere von ca. 25 Molprozent Sauerstoff aufweisen. Das sauerstoffreiche Luftprodukt kann einen Gehalt von 80 bis 99 oder 80 bis 99 Molprozent, insbesondere von ca. 94 Molprozent, Sauerstoff aufweisen. Die Trennung von Sauerstoff und Argon ist typischerweise adsorptiv nicht möglich, weshalb der maximale Sauerstoffgehalt sich insbesondere nach dem Argongehalt der Luft richtet. Insbesondere der gegenüber atmosphärischer Luft ggf. deutlich erhöhte Sauerstoffgehalt des ersten Restgasgemischs führt zu einer erheblichen Erhöhung der Produktmenge bzw. einer Reduzierung des jeweiligen Bedarf an Adsorbens.
  • Die vorliegende Erfindung erstreckt sich ferner auf eine Anordnung, die zur Gewinnung eines sauerstoffreichen Luftprodukts eingerichtet ist, umfassend eine Anlage, die zur Tieftemperaturzerlegung von Luft und zur Bereitstellung eines ersten Restgasgemischs eingerichtet ist, welches gegenüber atmosphärischer Luft an Sauerstoff angereichert ist und ferner Stickstoff aufweist. Erfindungsgemäß umfasst die Anordnung eine Vakuumdruckwechseladsorption, die dafür eingerichtet ist, das erste Restgasgemisch oder einen Teil des ersten Restgasgemischs zu bearbeiten und das sauerstoffreiche Luftprodukt und ein gegenüber dem ersten Restgasgemisch an Sauerstoff abgereichertes zweites Restgasgemisch bereitzustellen. Zu Merkmalen und Vorteilen einer entsprechenden Anordnung, die insbesondere zur Durchführung eines zuvor erläuterten Verfahrens und bevorzugter Ausgestaltungen eingerichtet sein kann, sei auf die obigen Erläuterungen ausdrücklich verwiesen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter erläutert, welche Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung zeigen.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    • Figur 1 zeigt eine Anordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • Figur 2 zeigt eine Anordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • Figur 3 zeigt eine Anordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • Figur 4 zeigt eine Anlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, die in einer Anordnung gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung eingesetzt werden kann.
    Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • In den Figuren sind einander baulich oder funktionell entsprechende Komponenten mit identischen Bezugszeichen angegeben und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert. Es versteht sich, dass, wenn nachfolgend Komponenten von Anordnungen und Anlagen gemäß Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, diese Erläuterungen erfindungsgemäße Verfahren und deren Ausgestaltungen in gleicher Weise betreffen.
  • Figur 1 zeigt eine Anordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Anordnung ist insgesamt mit 100 bezeichnet.
  • Die Anordnung 100 umfasst eine insgesamt mit 10 bezeichnete Anlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, die einen sogenannten warmen Teil 10a und einen sogenannten kalten Teil 10b umfasst. In dem warmen Teil 10a finden sich insbesondere die Einrichtungen zur Bereitstellung der verdichteten Einsatzluft wie der Hauptluftverdichter, entsprechende Filter sowie Vorkühl- und Reinigungseinrichtungen Hiervon ist lediglich beispielhaft eine TSA 11 veranschaulicht. In dem kalten Teil 10b finden sich die Einrichtungen zur Tieftemperaturrektifikation, insbesondere ein Rektifikationskolonnensystem, ein Hauptwärmetauscher und dergleichen. Bezüglich weiterer Details sei auf einschlägige Fachliteratur verwiesen.
  • Mittels der Anlage 10 kann Einsatzluft in grundsätzlich bekannter Weise bearbeitet werden. Ein Beispiel findet sich in der nachfolgenden Figur 4. Wie nicht gesondert veranschaulicht, kann entsprechende Einsatzluft A dabei im warmen Teil 10a aufbereitet und anschließend in den kalten Teil 10b transferiert und dort auf tiefkalte Temperaturen abgekühlt und rektifiziert werden. In dem kalten Teil 10b werden im dargestellten Beispiel mehrere stickstoffreiche Luftprodukte C, D, E und ein Restgasgemisch B (hier als "erstes" Restgasgemisch bezeichnet) mit einem überatmosphärischen Sauerstoffgehalt gebildet. Für ein Ausführungsbeispiel sei erneut auf Figur 4 verwiesen, in der entsprechende Fluide mit identischen Großbuchstaben angegeben sind. Es können jedoch auch andere Arten der Tieftemperaturzerlegung von Luft als das in Figur 4 gezeigte Beispiel zum Einsatz kommen.
  • Die Anordnung 100 umfasst ferner eine VPSA 20 in Form einer oder mehrerer parallel oder seriell angeordneter entsprechender Einheiten. Aus der VPSA bzw. aus deren Adsorptionsbehältern kann mittels einer Vakuumpumpe 20a zur Desorption Fluid abgezogen werden, wenn sich diese in einem Desorptionstakt befindet bzw. befinden. Auf diese Weise kann ein Restgasgemisch U (hier als "zweites" Restgasgemisch bezeichnet) gebildet werden. Ein sauerstoffreiches Luftprodukt V verlässt die VPSA bzw. entsprechende Adsorptionsbehälter hingegen in einem Adsorptionstakt auf einem typischerweise überatmosphärischen Druckniveau.
  • In der Anordnung 100 wird also mittels der Anlage 10 zur Tieftemperaturzerlegung von Luft ein erstes Restgasgemisch B bereitgestellt, welches gegenüber atmosphärischer Luft an Sauerstoff angereichert ist und ferner Stickstoff aufweist. Ein Teil B1 des ersten Restgasgemischs B wird in der Anordnung 100 der Vakuumdruckwechseladsorption 20 unterworfen, mittels welcher das sauerstoffreiche Luftprodukt V und ein gegenüber dem ersten Restgasgemisch B an Sauerstoff abgereichertes zweites Restgasgemisch U bereitgestellt wird. In der Anlage 10 zur Tieftemperaturzerlegung von Luft wird mittels der TSA 11 Einsatzluft aufbereitet, wobei ein weiterer Teil B2 des ersten Restgasgemischs B (wie hier nicht gesondert veranschaulicht) erwärmt und als ein Regeneriergas in der TSA 11 verwendet wird, ohne zuvor der Vakuumdruckwechseladsorption 20 unterworfen worden zu sein.
  • Ein Beispiel für die Energieverbräuche einer alleinstehenden Anlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft ("ASU") und einer alleinstehenden VPSA in Addition zueinander ("Standalone") gegenüber der in Figur 1 als erfindungsgemäße Ausführungsform veranschaulichten Anordnung 100 ("Erfindung") ist in der nachfolgenden Tabelle dargestellt. In der Tabelle sind nur solche Verbraucher, bei denen eine Änderung im Verbrauch stattfindet, dargestellt.
  • Bei diesem Vergleich weist die Luftzerlegungsanlage eine Kapazität von ca. 65.000 Nm3/h (Normkubikmeter pro Stunde) Luft und die VPSA eine Produktmenge von 3.000 Nm3/h 93%igem Sauerstoff auf. Der Sauerstoff aus dem Restgas der Luftzerlegungsanlage weist einen Sauerstoffgehalt von ca. 50% auf. Um die Menge von 3.000 Nm3/h Produkt durch die VPSA bereitstellen zu können, ist eine Feedmenge von ca. 15.000 Nm3/h erforderlich. Um dies zu gewährleisten, muss die Regeneriergasmenge in dem dargestellten Beispiel um 20% reduziert werden. Dies erfolgt durch eine Absenkung der Lufteintrittstemperatur in das Molsieb bzw. die TSA (Reduzierung der Wasserbeladung) sowie eine Erhöhung der Laufzeit der TSA, was eine Erhöhung der Adsorbensmassen zur Folge hat. Das Absenken der Lufteintrittstemperatur wird durch die Verwendung einer größeren Kälteanlage durchgeführt (141 kW elektrische Leistung für ein Verfahren gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung und 80 kW für die Standalone-Variante). Durch die Absenkung der Lufttemperatur (die zu einer Verringerung der Restgastemperatur führt) und der Erhöhung der Adsorbensmasse muss im Mittel eine höhere Regenerierleistung erbracht werden (281 kW im Gegensatz zu 232 kW).
    Bei der VPSA wird durch die erhöhte O2-Konzentration sowie dem erhöhten Feedgasdruck der Energieverbrauch von 910 kW auf 365 kW verringert.
  • Als weitere Maßnahmen könnte der Austrittsdruck der Turbine der Luftzerlegungsanlage erhöht werden, was zwar zu einem erhöhten Energieverbrauch der Luftzerlegungsanlage, aber gleichzeitig zu einer Verringerung des Energieverbrauchs in der VPSA führt. Eine Anhebung der Regeneriergastemperatur stößt typischerweise aufgrund des hohen Sauerstoffgehalts und der damit verbundenen Kosten für Ventile und dergleichen an wirtschaftliche Grenzen.
  • Wie aus der nachfolgenden Tabelle ersichtlich, reduziert sich der Gesamtenergieverbrauch der beiden Anlagen zur Zerlegung von Luft deutlich.
    Energieverbrauch in kW
    Einheit Standalone Erfindung
    VPSA 910 365
    Kälteanlage der ASU 80 141
    Regeneriergaserhitzer 232 281
    Gesamt 1.222 787
  • Figur 2 zeigt eine Anordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die Anordnung ist insgesamt mit 200 bezeichnet.
  • Im Gegensatz zu der zuvor gezeigten Anordnung 100 wird hier das erste Restgasgemisch B nicht zu einem Teil an die TSA 11 bereitgestellt. Vielmehr wird das gesamte erste Restgasgemisch B in der VPSA bearbeitet. Lediglich während einer Druckaufbauphase in der VPSA wird hier, wie in Form eines strichpunktiert gezeichneten Flusspfeils veranschaulicht, ein Bypass zu einer der VPSA zugeordneten Restgasgemischaufbereitung 21, die nicht gesondert bezeichnete Erhitzer, Kühler und Verdichter umfasst, vorgenommen, da während dieser Phase die VPSA das Restgasgemisch B ohnehin nicht verarbeiten kann. Wie bereits zuvor erläutert, wird das zweite Restgasgemisch U mittels der Vakuumpumpe 20a aus der VPSA 20 abgezogen. Es wird der Restgasgemischaufbereitung 21 zugeführt und kann im Anschluss an die dort erfolgte Aufbereitung dem kalten Teil 10a der Anlage 10 zur Tieftemperaturzerlegung von Luft bzw. der dortigen TSA 11 im warmen Teil 10a zugeführt werden. Ein nach der Regenerierung in der TSA verbleibendes mit desorbierten Komponenten beladenes Gasgemisch ist hier separat mit X bezeichnet. (Ein derartiges Gasgemisch wird auch in der Anlage 100 gebildet, ist dort jedoch der Übersichtlichkeit halber nicht gesondert veranschaulicht.)
  • Bei der Restgasgemischaufbereitung 21 kann eine separate Verdichtung vorgenommen werden. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn mittels der Vakuumpumpe 20a nicht direkt ein für die TSA 11 geeignetes (überatmosphärisches) Druckniveau erreicht werden kann, ohne eine Temperatur am Austritt der Vakuumpumpe 20a in unerwünschtem Umfang zu erhöhen. In diesem Fall wird eine zweistufige Vakuumpumpe, d.h. zusätzlich die in Figur 2 dargestellte Verdichterstufe in der Restgasgemischaufbereitung 21, eingesetzt werden. Auch mehrere Verdichterstufen können vorgesehen sein. Sämtliche Verdichterstufen können dabei eine Einheit (mit oder ohne Zwischenkühlung) bilden, wobei ein Zwischendruck wird beispielsweise knapp unterhalb des Atmosphärendrucks liegen kann.
  • Figur 3 zeigt eine Anordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die Anordnung ist insgesamt mit 300 bezeichnet.
  • Die Anordnung 300 unterscheidet sich von der Anordnung 200 im Wesentlichen dadurch, dass in der Restgasgemischaufbereitung 21 keine Verdichtung vorgenommen und die Regenerierung der TSA 11 dementsprechend auf einem unteratmosphärischen Druckniveau durchgeführt wird. Auch die in Figur 2 dargestellte Vakuumpumpe 20a ist nicht mehr erforderlich. Ein unteratmosphärisches Druckniveau kann mittels einer Vakuumpumpe 11a bereitgestellt, mittels welcher das Gasgemisch X aus der TSA 11 ausgeführt wird. Ein entsprechendes Vakuum, beispielsweise bei ca. 0,5 bar (abs.), herrscht in der gesamten Regenerationsbahn der TSA (Erhitzer, Adsorber ...). Bei einer entsprechenden Ausgestaltung müssen im warmen Teil 10a der Anlage 10 lediglich Veränderungen im Hinblick auf die Vakuumbeständigkeit erfolgen. Auf einen Verdichter und Kühler zur Abführung von Verdichtungswärme in der Restgasgemischaufbereitung 21 kann auf diese Weise verzichtet werden.
  • In Figur 4 ist eine Anlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft veranschaulicht, die in einer Anordnung gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann. Die Anlage ist wie zuvor insgesamt mit 10 bezeichnet. Die in Figur 4 veranschaulichte Anlage 10 ist zur Tieftemperaturzerlegung von Luft nach dem SPECTRA-Verfahren eingerichtet.
  • Die Anlage 10 weist einen Hauptwärmetauscher 1 und eine Rektifikationskolonne 2 auf. Der Hauptwärmetauscher 1 kann auch aus mehreren einzelnen Wärmetauschern oder Wärmetauscherblöcken zusammengesetzt sein. In bekannter Weise auf einen Druck von 6 bis 20 bar, beispielsweise 9 bar, verdichtete, vorgekühlte und insbesondere mittels TSA wie zuvor erläutert vorgereinigte Einsatzluft A wird in Form eines Stoffstroms a durch den Hauptwärmetauscher 1 geführt. Die Einsatzluft A wird hierdurch auf eine für die Rektifikation geeignete Temperatur abgekühlt, die bei oder nahe ihrem Taupunkt liegt. Sie wird hierdurch teilweise verflüssigt.
  • Die Luft A bzw. der weiterhin mit a bezeichnete Stoffstrom a wird nach der Abkühlung in die Rektifikationskolonne 2 eingespeist und dort in üblicher Weise rektifiziert. Die Einspeisung erfolgt beispielsweise einige praktische oder theoretische Böden oberhalb des Sumpfs der Rektifikationskolonne 2. Der Betriebsdruck der Rektifikationskolonne 2 beträgt 6 bis 20 bar, beispielsweise ca. 9 bar. In der Rektifikationskolonne 2 werden ein gasförmiges, gegenüber atmosphärischer Luft an Stickstoff angereichertes Kopfprodukt und ein flüssiges, gegenüber atmosphärischer Luft an Sauerstoff angereichertes Sumpfprodukt gebildet.
  • Aus der Rektifikationskolonne 2 werden ein erster flüssiger Stoffstrom b mit einem ersten Sauerstoffgehalt und ein zweiter flüssiger Stoffstrom c mit einem zweiten, unterschiedlichen Sauerstoffgehalt abgezogen, wobei der erste und der zweite Stoffstrom b und c (nach Unterkühlung im Hauptwärmetauscher 1) hier jeweils unter Verwendung eines Wärmetauschers 3 erwärmt werden, welcher zur Abkühlung und zumindest teilweisen Verflüssigung eines Teils des Kopfgases der Rektifikationskolonne 2 verwendet wird. Dieses Kopfgas wird vom Kopf der Rektifikationskolonne 2 in Form eines Stoffstroms d abgezogen und in Teilströme e und f aufgeteilt, wobei der Teilstrom e in dem Wärmetauscher 3 zugeführt wird.
  • Der erwähnte erste Stoffstrom b wird nach seiner Erwärmung in dem Wärmetauscher 7 jeweils zumindest zum Teil weiter erwärmt, in einer Entspannungsmaschine 5 entspannt, erneut erwärmt und als Teil eines Stoffstroms g, ggf. nach Vereinigung mit weiteren hier nicht gesondert erläuterten Stoffströmen, in Form des Restgasgemischs B aus der Anlage 10 zur Tieftemperaturzerlegung von Luft ausgeführt. Dieses Restgasgemisch B kann einer VPSA zugeführt werden. Der erwähnte zweite Stoffstrom c wird nach seiner Erwärmung in dem Wärmetauscher 7 (und ebenfalls nach Vorkühlung in dem Hauptwärmetauscher 1) anschließend jeweils zumindest zum Teil in einem Verdichter 4 verdichtet, der mit der Entspannungsmaschine 5 gekoppelt ist, und danach abgekühlt und in die Rektifikationskolonne 2 zurückgespeist wird. Auch hier kann eine Vereinigung mit weiteren Stoffströmen erfolgen.
  • Abweichend zur separaten Ausleitung der Stoffströme b und c kann auch nur ein Stoffstrom aus der Rektifikationskolonne 2 ausgeleitet und, stromauf oder stromab des Wärmetauschers 7, entsprechend aufgeteilt werden. Mit anderen Worten kann in dem Wärmetauscher 7 auch ein entsprechender gemeinsamer Stoffstrom erwärmt werden. Die Entspannungsmaschine 5 kann über eine nicht gesondert bezeichnete Bremseinrichtung mechanisch mit dem Verdichter 4 gekoppelt sein. Die Bremseinrichtung kann beispielsweise als Ölbremse ausgebildet sein.
  • Der bereits erwähnte Stoffstrom f wird im Hauptwärmetauscher 1 erwärmt und kann aus der Anlage 10 als gasförmiges stickstoffreiches Luftprodukt C ausgeführt werden. Der Stoffstrom e wird dagegen nach seiner zumindest teilweisen Verflüssigung in dem Wärmetauscher 7 erneut in die Teilströme g, h und i aufgeteilt, wobei der Teilstrom g auf die Rektifikationskolonne 2 zurückgeführt wird und der Teilstrom h in einem Unterkühler 9 unterkühlt wird. Auf diese Weise kann der Anlage 10 ein unterkühltes flüssiges stickstoffreiches Luftprodukt D entnommen werden. Der Teilstrom i wird der Anlage 10 als weiteres, nicht unterkühltes stickstoffreiches Luftprodukt E entnommen. Ein Teil des Teilstroms h, der in dem Unterkühler 9 erwärmt wird, wird als weiteres stickstoffreiches Luftprodukt B ausgeleitet. Ein weiteres Luftprodukt F kann ebenfalls in der veranschaulichten Weise bereitgestellt werden. Ein flüssiges stickstoffreiches Luftprodukt G kann in die Anlage eingespeist werden.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Gewinnung eines sauerstoffreichen Luftprodukts, bei dem mittels einer Anlage (10) zur Tieftemperaturzerlegung von Luft ein erstes Restgasgemisch bereitgestellt wird, welches gegenüber atmosphärischer Luft an Sauerstoff angereichert ist und ferner Stickstoff aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Restgasgemisch oder ein Teil des ersten Restgasgemischs einer Vakuumdruckwechseladsorption (20) unterworfen wird, mittels welcher das sauerstoffreiche Luftprodukt und ein gegenüber dem ersten Restgasgemisch an Sauerstoff abgereichertes zweites Restgasgemisch bereitgestellt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in der Anlage (10) zur Tieftemperaturzerlegung von Luft mittels einer Temperaturwechseladsorption (11) Einsatzluft aufbereitet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem ein Teil des ersten Restgasgemischs der Vakuumdruckwechseladsorption (20) unterworfen wird und bei dem ein weiterer Teil des ersten Restgasgemischs erwärmt und als ein Regeneriergas in der Temperaturwechseladsorption (11) verwendet wird, ohne zuvor der Vakuumdruckwechseladsorption (20) unterworfen worden zu sein.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem das zweite Restgasgemisch oder ein Teil des zweiten Restgasgemischs als ein Regeneriergas in der Temperaturwechseladsorption (11) verwendet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das zweite Restgasgemisch oder dessen Teil vor der Verwendung als Regeneriergas in der Temperaturwechseladsorption (11) mittels einer Restgasgemischaufbereitung (21) aufbereitet wird
  6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Restgasgemischaufbereitung (21) eine Verdichtung zumindest eines Teils des zweiten Restgasgemischs umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Regenerierung bei der Temperaturwechseladsorption (11) auf einem unteratmosphärischen Druckniveau durchgeführt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei dem die Einsatzluft vor der Aufbereitung und nach einer Verdichtung mittels einer Verdampfungskühlung oder unter Verwendung eines nichtwässrigen Kühlmittels gekühlt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem in der Anlage (10) zur Tieftemperaturzerlegung von Luft eine oder mehrere Rektifikationskolonne(n) (2) verwendet wird, in der ein gasförmiges, gegenüber atmosphärischer Luft an Stickstoff angereichertes Kopfprodukt und ein flüssiges, gegenüber atmosphärischer Luft an Sauerstoff angereichertes Sumpfprodukt gebildet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Rektifikationskolonne(n) (2) tiefkalte, gegenüber atmosphärischer Luft an Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit in Form eines oder mehrerer Stoffströme entnommen und zumindest zum Teil in einem Wärmetauscher (7) erwärmt wird, der zur Abkühlung zumindest eines Teils des Kopfgases der Rektifikationskolonne (2) verwendet wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem an Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit, die der Rektifikationskolonne (2) in Form des einen oder der mehreren Stoffströme entnommen und in dem Wärmetauscher (7) erwärmt wird, zu einem ersten Teil zumindest in einer Entspannungsmaschine (5) entspannt und als das oder als ein Teil des Restgasgemischs aus der Anlage (10) zur Tieftemperaturzerlegung von Luft ausgeführt wird, und zu einem zweiten Teil zumindest in einem Verdichter (4) verdichtet wird, der mit Entspannungsmaschine (5) gekoppelt ist, und danach in die Rektifikationskolonne (2) zurückgespeist wird.
  12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das erste Restgasgemisch einen Gehalt von 30 bis 70 Molprozent Sauerstoff aufweist, bei dem das zweite Restgasgemisch einen Gehalt von 10 bis 30 Molprozent Sauerstoff aufweist, und bei dem das sauerstoffreiche Luftprodukt einen Gehalt von 80 bis 99 Molprozent Sauerstoff aufweist.
  13. Anordnung (100-300), die zur Gewinnung eines sauerstoffreichen Luftprodukts eingerichtet ist, umfassend eine Anlage (10), die zur Tieftemperaturzerlegung von Luft und zur Bereitstellung eines ersten Restgasgemischs eingerichtet ist, welches gegenüber atmosphärischer Luft an Sauerstoff angereichert ist und ferner Stickstoff aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Vakuumdruckwechseladsorption (20) umfasst, die dafür eingerichtet ist, das erste Restgasgemisch oder einen Teil des ersten Restgasgemischs zu bearbeiten und das sauerstoffreiche Luftprodukt und ein gegenüber dem ersten Restgasgemisch an Sauerstoff abgereichertes zweites Restgasgemisch bereitzustellen.
  14. Anordnung (100-300), die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 12 eingerichtet ist.
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