EP3910274A1 - Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft und luftzerlegungs anlage - Google Patents

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EP3910274A1
EP3910274A1 EP20020218.2A EP20020218A EP3910274A1 EP 3910274 A1 EP3910274 A1 EP 3910274A1 EP 20020218 A EP20020218 A EP 20020218A EP 3910274 A1 EP3910274 A1 EP 3910274A1
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EP
European Patent Office
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pressure column
evaporator
condenser
low
column
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP20020218.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Hecht
Paul Heinz
Natascha Wiesner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Priority to EP20020218.2A priority Critical patent/EP3910274A1/de
Publication of EP3910274A1 publication Critical patent/EP3910274A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F25J2250/20—Boiler-condenser with multiple exchanger cores in parallel or with multiple re-boiling or condensing streams

Definitions

  • the present invention relates to a method for the low-temperature separation of air and an air separation plant according to the respective preambles of the independent claims.
  • Air separation plants of the classic type have rectification column systems which can be designed, for example, as two-column systems, in particular as double-column systems, but also as three- or multi-column systems.
  • rectification columns for obtaining nitrogen and / or oxygen in the liquid and / or gaseous state i.e. rectification columns for nitrogen-oxygen separation
  • rectification columns can be provided for obtaining further air components, in particular noble gases.
  • the rectification columns of the rectification column systems mentioned are 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 (upper column).
  • the high pressure column is typically operated at a pressure level of 4 to 7 bar. This pressure level is referred to below as the "first pressure level”.
  • the low-pressure column is operated at a pressure level of typically 1 to 2 bar. This pressure level is referred to below as the "second pressure level”.
  • higher pressure levels can also be used in the rectification columns. Specific pressure levels are given below.
  • the pressure levels given here are absolute pressures at the top of the respective columns.
  • an air separation plant which has a rectification column system with a high pressure column and a low pressure column, air is rectified in the high pressure column to obtain a bottom liquid which is enriched in oxygen compared to the air and to obtain a nitrogen-rich top gas at the first pressure level.
  • At least part of the bottom liquid of the high pressure column is, optionally after further use, for example as a coolant in top condensers of rectification columns set up for the recovery of argon, fed into the low pressure column, in which an oxygen-rich bottom liquid and a top gas are formed.
  • At least part of the top gas of the high pressure column is condensed against the bottom liquid of the low pressure column, which partly evaporates, in a condenser evaporator, the so-called main condenser, which connects the high pressure column and the low pressure column in a heat-exchanging manner, and at least part of it is returned as reflux to the high pressure column.
  • the main condenser of an air separation plant can be designed in the form of a so-called cascade evaporator, as will be explained further below, and which offers operational advantages for certain reasons.
  • the object of the present invention is to improve air separation using air separation plants with cascade evaporators.
  • the present invention proposes a method for the low-temperature separation of air and an air separation plant with the features of the respective independent claims. Refinements are the subject matter of the dependent claims and the following description.
  • a “condenser evaporator” is a heat exchanger in which a first, condensing fluid stream enters into indirect heat exchange with a second, vaporizing fluid stream.
  • a plurality of passages is provided which are mutually and in groups in a heat exchange relationship and which are acted upon as liquefaction passages with the condensing fluid flow or as evaporation passages with the evaporating fluid flow.
  • the condenser evaporators typically used in air separation plants refer in particular to the subsections " Heat Exchangers and Condensers "on page 49 ff . and " Combined Evaporator / Condenser - Heat Transfer Units "on page 52 ff . referenced by Häring.
  • Bath evaporators or bath condensers are devices that work on the basis of the thermosiphon effect.
  • a bath evaporator has a heat exchanger block with evaporation passages which are open at the bottom and which are immersed in a liquid bath, in the case of an air separation plant of the type explained above, in the bottom liquid of the low-pressure column.
  • the fluid to be condensed is applied to the liquefaction passages, in the case of an air separation plant of the type explained above with top gas from the high pressure column.
  • a two-phase mixture is formed, which rises in the evaporation passages due to its lower density. After exiting the evaporation passages at the top of the bath evaporator, the liquid portion of the two-phase mixture flows back into the liquid bath, while the evaporated portion continues to rise in gaseous form.
  • the efficiency of a bath evaporator can, however, also be increased by dividing the heat exchanger block into several sections arranged one above the other.
  • the advantage of such an arrangement is that the immersion depth in each of the sections is smaller than in the case of a single high heat exchanger block. In this way, the hydrostatic pressure in the evaporation passages is reduced and the liquid can evaporate more easily. Because the non-evaporated liquid flows from top to bottom into the liquid bath in each of the sections and is sucked in again from there, the sections are also referred to as circulation sections.
  • a multi-storey bath condenser in which two heat exchanger blocks are arranged parallel to one another and in which there are liquid storage containers for the liquid to be evaporated between the heat exchanger blocks for each floor.
  • the evaporation passages are subdivided in the vertical direction into several floors, each of which forms its own circulation section of the type described. The immersion depth is kept relatively small.
  • cascade evaporator In a so-called cascade evaporator ("Kasko"), the floors on the evaporation side are connected in series, i.e. non-evaporated liquid from an upper floor does not flow directly from the upper floors into the lowest liquid bath, but cascades further to the floor below, which has a separate liquid bath .
  • cascade evaporators are provided at least two superimposed circulation sections, which are each fed with liquid from a separate liquid bath or liquid storage container. As a result of the vertical subdivision, the liquid level in the liquid storage containers of the respective circulation sections can be significantly reduced compared to the liquid level in a single, continuous condenser block.
  • the liquid component in the two-phase mixture emerging from the passages flows back to the inlet openings of this circulation section and, depending on the liquid level in the liquid storage container of the circulation section, to the inlet openings of the circulation section below, in order to be knocked over there again via the evaporation passages.
  • At least two of the circulation sections can be formed by a heat exchanger section of a common heat exchanger block. However, at least one of the circulation sections can also be formed by a separate heat exchanger block.
  • cascade evaporators can preferably also be connected in series, for example by means of liquefaction passages of a common heat exchanger block, which extend over all floors. Alternatively, the floors of a cascade evaporator can also be connected in parallel on the condensing side.
  • the rectification column system of an air separation plant of the type described is supplied with compressed and cooled feed air, which can be provided in different ways and in the form of one or more partial flows of the same or different physical state and at different pressure levels.
  • the provision of the feed air can be provided in different ways within the scope of the present invention and the present invention is not restricted to a specific embodiment.
  • Liquids and gases can be rich or poor in one or more components, with “rich” meaning a content of at least 50%, 75%, 90%, 95%, 99%, 99.5%, 99.9% or 99.99% and “poor” for a content of at most 50%, 25%, 10%, 5% , 1%, 0.1%, or 0.01% on a mole, weight, or volume basis.
  • the term “predominantly” can match the definition of "rich”.
  • Liquids and gases can also be enriched or depleted in one or more components, these terms referring to a content in a starting liquid or a starting gas from which the liquid or gas under consideration was obtained.
  • the liquid or gas is "enriched” if this or this 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.
  • pressure level and "temperature level” to characterize pressures and temperatures, which is intended to express that corresponding pressures and temperatures in a corresponding system do not have to be used in the form of exact pressure or temperature values to realize the inventive concept.
  • pressures and temperatures typically move in certain ranges, for example 1%, 5%, 10%, 20% or even 50% around a mean value.
  • Corresponding pressure levels and temperature levels can be in disjoint areas or in areas that overlap one another.
  • pressure levels include, for example, unavoidable or expected pressure losses.
  • temperature levels include, for example, unavoidable or expected pressure losses.
  • the pressure data here are absolute pressures and, in the event that these relate to pressure levels in rectification columns, in each case to pressure levels which are present at the top of these rectification columns.
  • a “rectification column” is understood here to be a separating apparatus in which a gas rising from bottom to top is sent towards a liquid trickling down from top to bottom.
  • Gas and liquid which can each be formed using one or more different material flows, are subjected to a mass transfer, supported by surface-enlarging structures or known dividing trays.
  • a mass transfer supported by surface-enlarging structures or known dividing trays.
  • the composition of the liquid (“bottom liquid”) that has changed due to the mass transfer collects, while the rising gas (“top gas”) with a correspondingly changed composition in an upper area (“top”).
  • a condensation of at least part of the top gas which is then at least partly returned in condensed form to the rectification column under consideration, and / or an evaporation of at least part of the bottom liquid, which is then also at least partially returned to the rectification column in vaporized form.
  • the axes of the two components do not have to be exactly perpendicular, but can also be offset from one another, especially if one of the two components, for example a rectification column or a column part with a smaller diameter, is to have the same distance from the sheet metal jacket of a coldbox as another with a larger one Diameter.
  • an arrangement of two components “next to one another” is understood here to mean that the projections of the two components under consideration overlap in a vertical plane, but the lower or upper ends do not have to be exactly in a horizontal plane.
  • the present invention is used in an air separation plant which has a high pressure column and a low pressure column.
  • the high pressure column is operated at the first pressure level mentioned, which can in particular also be 5 to 6 bar, for example approx. 5.3 bar.
  • the low-pressure column is operated at the mentioned second pressure level, which in particular can also be about 1.1 to 1.5 bar, for example about 1.2 bar.
  • the low-pressure column is arranged next to the high-pressure column in the sense explained above.
  • the rectification column system used in the context of the present invention is therefore not a classic double column system in which the high and low pressure columns are arranged one above the other and together form a double column.
  • the total height of the air separation plant can be reduced and transport and construction can be simplified. For example, this improves assembly on a construction site, where, for example, too high a total height can be critical for the erection of the rectification columns due to the possibly unavailability of cranes.
  • the function of the main condenser of an air separation plant in such a scenario is particularly advantageous through the combination of a cascade evaporator with a further condenser evaporator, which is also in the form of a cascade evaporator or in the form of another type of condenser evaporator such as a single-stage Bath evaporator can be designed, can be taken over.
  • a cascade evaporator which is also in the form of a cascade evaporator or in the form of another type of condenser evaporator such as a single-stage Bath evaporator can be designed, can be taken over.
  • a cascade evaporator is provided, so to speak
  • a cascade evaporator with an additional condenser evaporator, which is not designed as a cascade evaporator is provided.
  • the cascade evaporator is arranged in a compartment at the top of the high pressure column.
  • This compartment can, in particular, be arranged in a common outer shell with the separating devices of the high pressure column or be permanently connected to the high pressure column.
  • a provision of two different outer shells, which are connected to one another via an edge region, for example welded, or in which, for example, the outer shell of the Compartment is attached to an outer shell of the high pressure column is basically possible.
  • a "fixed" connection is thus intended to denote a connection that takes place via structures that represent connection structures that go beyond pure lines.
  • the function of the main capacitor can also be distributed over two structural units in different compartments.
  • the DE 827 364 B proposed to provide a first condenser evaporator at the top of the high pressure column and a second condenser evaporator in the bottom of the low pressure column, which is arranged here next to the high pressure column. Both condenser evaporators are designed here as bath evaporators. In the first and the second condenser evaporator, part of the top gas of the high pressure column is condensed and part of the bottom liquid of the low pressure column is evaporated. Something similar is also provided in the DE 24 02 246 A1 proposed for the production of oxygen of medium purity.
  • dividing a cascade evaporator into two parts is advantageous and desirable, since in this way the overall height of the system can be reduced or the advantageous functions of a condenser evaporator, as explained above, even in larger systems in which the buildability limits for cascade evaporators can be achieved.
  • the division into two also has the advantage that the described problem of entrainment, as recognized according to the invention, is less critical here, since the amount of liquid that is passed over the cascade evaporator increases in relative terms.
  • the present invention solves this problem in that the bottom liquid from the low-pressure column is fed to the first condenser-evaporator in an amount which exceeds an amount which has evaporated therefrom in the first condenser-evaporator.
  • the amount of bottom liquid from the low-pressure column that has not evaporated in the first condenser-evaporator can at least partially be returned to the low-pressure column and / or, for example, discharged from the air separation plant to provide an oxygen product.
  • the first condenser evaporator which is designed as a cascade evaporator, is supplied with the liquid to be evaporated in an excess amount that exceeds the liquid requirement in the first condenser evaporator.
  • the control engineering effort for operating the first condenser evaporator which is designed as a cascade evaporator, is significantly simplified, whereby the basic advantages of using a cascade evaporator are used and the division of the main condenser function improves, in particular, structural height and transportability.
  • the present invention proposes a method for the cryogenic separation of air, in which an air separation plant is used with a rectification column system which has a high pressure column and a low pressure column, the high pressure column being arranged next to the low pressure column and gas from the high pressure column using a first condenser-evaporator, which is arranged in a compartment at the top of the high-pressure column, and a second condenser-evaporator, which is arranged in the bottom area of the low-pressure column, is each condensed against bottom liquid from the low-pressure column.
  • At least the first condenser evaporator is designed as a cascade evaporator, the bottom liquid from the low-pressure column is fed to the first condenser evaporator in an amount that exceeds an amount evaporated therefrom in the first condenser evaporator.
  • Bottom liquid from the low-pressure column that has not evaporated in the first condenser-evaporator can, as mentioned, be at least partially returned to the low-pressure column and / or, for example, discharged from the air separation plant to provide an oxygen product.
  • non-evaporated bottom liquid from the low-pressure column is at least partially returned to the low-pressure column" or "discharged from the air separation plant"
  • the entire, non-evaporated bottom liquid of this or only a part of this can be affected and that, if necessary, further liquid is also fed into the low-pressure column together with this bottom liquid.
  • the unevaporated bottom liquid from the low pressure column which is returned to the low pressure column in a corresponding embodiment, can be fed into the bottom area of the low pressure column above or below an upper end of the second condenser evaporator and above a liquid level of the bottom liquid in the low pressure column .
  • the exact type of feed depends in particular on the type of second condenser evaporator used and the ratio of the quantities of liquid to be evaporated in the first and second condenser evaporators.
  • a larger amount of liquid can be circulated via the cascade evaporator, so that fewer problems arise with the aforementioned entrainment.
  • the infeed below the upper end of the second condenser evaporator reduces the manufacturing outlay accordingly.
  • this second condenser evaporator can, in embodiments of the present invention, be designed as a (further) cascade evaporator, as a single-stage bath evaporator or as a falling film evaporator.
  • the respective advantages of the corresponding evaporator types can be used.
  • bath evaporators these consist in the fact that no device is required to collect the liquid and feed it directly to the evaporator, whereas a cascade evaporator has advantages due to the lower immersion depth, as described above.
  • the first and second condenser-evaporators can be supplied with the gas to be liquefied from the high-pressure column and / or with the bottom liquid from the low-pressure column in series or in parallel.
  • a parallel application can be particularly advantageous because it allows pressure losses and thus energy consumption to be minimized.
  • a serial application can be advantageous because an enrichment of helium and / or neon can be used in this way.
  • the bottom liquid not evaporated in the first condenser evaporator from the low pressure column and furthermore gas evaporated in the first condenser evaporator can be returned to the low pressure column in the form of one or more streams.
  • the non-evaporated bottom liquid and the evaporated gas can be returned in the form of a two-phase flow, but it can also be provided that separate lines are used for this purpose.
  • the gas can also be fed in the opposite direction.
  • the evaporation chambers of the two condenser evaporators can also be at different pressures and thus Temperature level are operated.
  • the pressure in the bottom of the low-pressure column results from the pressure loss in the low-pressure column plus the pressure loss in the exhaust air (e.g. for regeneration).
  • gaseous oxygen is generated, which is drawn off directly from the bottom of the low-pressure column, i.e.
  • the evaporation space of the first condenser-evaporator in the compartment at the top of the high-pressure column can be at a lower pressure level of, for example, 1.1 to 1.25 bar be operated as the evaporation chamber of the second condenser evaporator in the bottom of the low-pressure column, which can be, for example, 1.2 to 1.4 bar, whereby heating surface can be saved.
  • liquid evaporated in the first condenser-evaporator cannot be fed into the low-pressure column but, conversely, gas into the evaporation space of the first condenser-evaporator via a line from the bottom of the low-pressure column.
  • a first condensate is formed from the gas from the high pressure column in the first condenser evaporator, and that the first condensate is at least partially in the high pressure column or both in the high pressure column and in the low pressure column is fed in.
  • a second condensate can be formed from the gas from the high pressure column, which is also at least partially fed into the high pressure column or both into the high pressure column and into the low pressure column.
  • the two condensates can also be combined completely or at least in part and distributed in adjustable proportions between the high-pressure and the low-pressure column. In this way, particularly favorable return flow conditions can be set. However, at least some of the condensates can also be fed separately into the high-pressure and low-pressure columns. At least one of the two condensates can also be fed into the high-pressure column and / or into the low-pressure column without a pump.
  • the gas from the high pressure column which is condensed using the first condenser evaporator and the second condenser evaporator, can in the context of the present invention exclusively comprise top gas from the high pressure column, but also gas removed from the high pressure column via a side take-off and top gas from the high pressure column.
  • the gas withdrawn from the high pressure column via the side take-off and the top gas from the high pressure column can each be condensed separately from one another in one of the two condenser evaporators.
  • the two correspondingly formed condensates can be fed together or separately from one another at the same or at different positions into the high pressure column and / or into the low pressure column.
  • energy can be saved through a reduced pressure level of the high pressure column if, using the first condenser evaporator, the top gas of the high pressure column and, using the second condenser evaporator, the gas withdrawn from the high pressure column via the side take-off, for example with a nitrogen content of 92 to 97%, in particular approx. 95%, are condensed.
  • the top gas of the high pressure column in particular has a nitrogen content of more than 99%.
  • the pressure in the evaporation space of the first condenser evaporator is advantageously lower than in the bottom of the low-pressure column.
  • the former is, for example, from 1.1 to 1.25 bar, the latter, for example, from 1.2 to 1.4 bar.
  • the high pressure column can be operated at 4.7 to 5.1 bar, for example.
  • FIG. 1 to 3 illustrate air separation plants in accordance with different aspects of the present invention.
  • the components which are simplified in the figures in a block diagram, can be designed in any conventional manner.
  • a compression unit 1 which in particular comprises a known main air compressor
  • an air cleaning unit 2 which in particular comprises a known adsorption system
  • a main heat exchange unit 3 which in particular comprises a known main heat exchanger.
  • two symbolically shown feed air flows A and B are provided in the examples illustrated in the figures.
  • the invention is not limited by the specific way in which the feed air flows are provided and their type, number, physical state, pressure, etc. are not restricted. Air products formed in the respective air separation plants are not illustrated or not illustrated in their entirety.
  • the air separation plants can have any further components.
  • express reference is made to the cited specialist literature, in particular the mentioned section 2.2.5, “Cryogenic Rectification”, in Häring and the figure 2.3A there.
  • the air separation plants each have, as common features, a rectification column system 10 which comprises a high pressure column 11 and a low pressure column 12.
  • the high pressure column 11 and the low pressure column 12 can be operated at known pressure levels.
  • the high pressure column 11 is arranged next to the low pressure column 12.
  • gas from the high pressure column 11 is under Use of a first condenser-evaporator 13, which is arranged in a compartment 15 at the top of the high-pressure column 11, and a second condenser-evaporator 14, which is arranged in the bottom area of the low-pressure column 12, each condensed against bottom liquid from the low-pressure column 12, as explained below for the individual configurations .
  • At least the first condenser evaporator 13 is designed as a cascade evaporator, and the bottom liquid from the low-pressure column 12 is fed to the first condenser evaporator 13 in an amount that exceeds an amount evaporated in the first condenser evaporator 13 . Bottom liquid from the low-pressure column 12 that has not evaporated in the first condenser-evaporator 13 is returned to the low-pressure column 12.
  • a subcooling countercurrent 16, pumps 17 and 18 and a separating tank are illustrated as further components in the following figures. These elements are not present in all configurations.
  • FIG. 1 an air separation plant according to an embodiment of the present invention is illustrated in the form of a simplified process flow diagram and designated as a whole by 100.
  • top gas of the high pressure column 11 is condensed in the first condenser evaporator 13 and in the second condenser evaporator 14. This is removed from the high pressure column 11 in the form of a stream C and passed through the first condenser evaporator 13 and the second condenser evaporator 14 in the form of substreams D and E. Condensate formed from substream D is here partially combined with condensate formed from substream E and conveyed by means of the pump 17 to form a collective flow F and returned to the high pressure column 11 as reflux.
  • a substream G can also be passed through the subcooling countercurrent 16 and fed into the low-pressure column 12 in the manner illustrated.
  • this material flow G can be small or can be omitted.
  • the high pressure column 11 is furthermore, gas is withdrawn via a side take-off in the form of a stream H, which in the example shown is likewise passed through the subcooling countercurrent 16 and fed into the low-pressure column 12.
  • Bottom liquid from the low-pressure column 12 can be discharged as a product in the form of a stream K. Further sump liquid is fed to the compartment 15 or to the first condenser evaporator 13 in the form of a material flow L by means of the pump 18. As mentioned, this is an amount which exceeds an amount evaporated in the first condenser evaporator 13. Bottom liquid from the low-pressure column 12 that has not evaporated in the first condenser-evaporator 13 is returned to the low-pressure column 12 in the form of a stream M. Correspondingly, vaporized gas is also returned to the low-pressure column 12 in the form of a stream N.
  • impure nitrogen O, gaseous nitrogen P and liquid nitrogen Q can be discharged from the low-pressure column 12.
  • FIG. 2 an air separation plant according to a further embodiment of the present invention is illustrated in the form of a simplified process flow diagram and designated as a whole by 200.
  • the air separation plant 100 illustrated here is not condensed in the second condenser evaporator 14 at the top of the high pressure column 11, i.e. the stream E, but gas from a side take-off of the high pressure column 11 in the form of a stream R. In this way, the pump 17 can be dispensed with.
  • the top gas of the high-pressure column 11, which is also condensed in the first condenser-evaporator 13 here, is also denoted by D here.
  • the condensed material flow R and further fluid which is withdrawn from the high pressure column 11 in the form of a material flow S via a side take-off, is fed into the separating vessel 19. Gas from the separating vessel 19, which is not specifically designated, can be released into the atmosphere, whereas liquid from the separating vessel 19 in the form of a material flow T is passed through the subcooling countercurrent 16 and then fed into the low-pressure column 12.
  • FIG. 3 an air separation plant according to a further embodiment of the present invention is illustrated in the form of a simplified process flow diagram and designated as a whole by 300.
  • the air separation plant 300 is similar to that in FIG Figure 1 illustrated air separation plant 100, however, has the separation container 19. A portion of the stream D, denoted here by V, and the stream E are fed into these and are not fed into the high-pressure column 11 in the form of a stream U. Here, too, gas can be released into the atmosphere from the separator container 19, which is not specifically designated, whereas liquid from the separator container 19 in the form of a material flow W is passed through the subcooling countercurrent 16 and then fed into the low-pressure column 12.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei dem eine Luftzerlegungsanlage (100-300) mit einem Rektifikationskolonnensystem (10) verwendet wird, das eine Hochdruckkolonne (11) und Niederdruckkolonne (12) aufweist, wobei die Hochdruckkolonne (11) neben der Niederdruckkolonne (12) angeordnet ist. Gas aus der Hochdruckkolonne (11) wird unter Verwendung eines ersten Kondensatorverdampfers (13), der in einem Kompartiment (15) am Kopf der Hochdruckkolonne (11) angeordnet ist, sowie unter Verwendung eines zweiten Kondensatorverdampfers (14), der im Sumpfbereich der Niederdruckkolonne (12) angeordnet ist, jeweils gegen Sumpfflüssigkeit aus der Niederdruckkolonne (12) kondensiert. Es ist vorgesehen, dass zumindest der erste Kondensatorverdampfer (13) als Kaskadenverdampfer ausgebildet ist, dem ersten Kondensatorverdampfer (13) die Sumpfflüssigkeit aus der Niederdruckkolonne (12) in eine Menge zugeführt wird, die eine in dem ersten Kondensatorverdampfer (13) verdampfte Menge übersteigt. Eine entsprechende Anlage (100-300) ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft und eine Luftzerlegungsanlage gemäß den jeweiligen Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
    • Hintergrund der Erfindung
  • 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.
  • Luftzerlegungsanlagen klassischer Art weisen Rektifikationskolonnensysteme auf, die beispielsweise als Zweikolonnensysteme, insbesondere als Doppelkolonnensysteme, aber auch als Drei- oder Mehrkolonnensysteme ausgebildet sein können. Neben Rektifikationskolonnen zur Gewinnung von Stickstoff und/oder Sauerstoff in flüssigem und/oder gasförmigem Zustand, also Rektifikationskolonnen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, können Rektifikationskolonnen zur Gewinnung weiterer Luftkomponenten, insbesondere von Edelgasen, vorgesehen sein.
  • Die Rektifikationskolonnen der genannten Rektifikationskolonnensysteme werden auf unterschiedlichen Druckniveaus betrieben. Bekannte Doppelkolonnensysteme weisen eine sogenannte Hochdruckkolonne (auch als Druckkolonne, Mitteldruckkolonne oder untere Kolonne bezeichnet) und eine sogenannte Niederdruckkolonne (obere Kolonne) auf. Die Hochdruckkolonne wird typischerweise auf einem Druckniveau von 4 bis 7 bar betrieben. Dieses Druckniveau wird nachfolgend als "erstes Druckniveau" bezeichnet. Die Niederdruckkolonne dagegen auf einem Druckniveau von typischerweise 1 bis 2 bar betrieben. Dieses Druckniveau wird nachfolgend als "zweites Druckniveau" bezeichnet. In bestimmten Fällen können in den Rektifikationskolonnen auch höhere Druckniveaus eingesetzt werden. Spezifische Druckniveaus sind weiter unten angegeben. Bei den hier angegebenen Druckniveaus handelt es sich um Absolutdrücke am Kopf der jeweils genannten Kolonnen.
  • In einer Luftzerlegungsanlage, die ein Rektifikationskolonnensystem mit einer Hochdruckkolonne und einer Niederdruckkolonne aufweist, wird in der Hochdruckkolonne Luft unter Erhalt einer gegenüber der Luft an Sauerstoff angereicherten Sumpfflüssigkeit und unter Erhalt eines stickstoffreichen Kopfgases auf dem ersten Druckniveau rektifiziert.
  • Zumindest ein Teil der Sumpfflüssigkeit der Hochdruckkolonne wird, optional nach weiterer Verwendung, beispielsweise als Kühlmittel in Kopfkondensatoren von zur Gewinnung von Argon eingerichteten Rektifikationskolonnen, in die Niederdruckkolonne eingespeist, in welcher eine sauerstoffreiche Sumpfflüssigkeit und ein Kopfgas gebildet werden. Zumindest ein Teil des Kopfgases der Hochdruckkolonne wird gegen die dabei zum Teil verdampfende Sumpfflüssigkeit der Niederdruckkolonne in einem auf diese Weise die Hochdruckkolonne und die Niederdruckkolonne wärmetauschend verbindenden Kondensatorverdampfer, dem sogenannten Hauptkondensator, kondensiert und zumindest zu einem Teil als Rücklauf auf die Hochdruckkolonne zurückgeführt.
  • Der Hauptkondensator einer Luftzerlegungsanlage kann in Form eines sogenannten Kaskadenverdampfers ausgebildet sein, wie er unten weiter erläutert wird, und der aus bestimmten Gründen betriebliche Vorteile bietet. Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Luftzerlegung unter Verwendung von Luftzerlegungsanlagen mit Kaskadenverdampfern zu verbessern.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft und eine Luftzerlegungsanlage mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche vor. Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der nachfolgenden Beschreibung.
  • Nachfolgend werden zunächst einige bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile verwendete Begriffe sowie der zugrunde liegende technische Hintergrund näher erläutert.
  • Die in einer Luftzerlegungsanlage eingesetzten Vorrichtungen sind in der zitierten Fachliteratur, beispielsweise bei Häring in Abschnitt 2.2.5.6, "Apparatus", beschrieben. Sofern die nachfolgenden Definitionen nicht hiervon abweichen, wird daher zum Sprachgebrauch, der im Rahmen der vorliegenden Anmeldung verwendet wird, ausdrücklich auf die zitierte Fachliteratur verwiesen.
  • Als "Kondensatorverdampfer" wird ein Wärmetauscher bezeichnet, in dem ein erster, kondensierender Fluidstrom in indirekten Wärmeaustausch mit einem zweiten, verdampfenden Fluidstrom tritt. Für einen intensiven Wärmeaustausch ist eine Vielzahl von Passagen bereitgestellt, die wechselseitig und gruppenweise in Wärmeaustauschbeziehung stehen, und die als Verflüssigungspassagen mit dem kondensierenden Fluidstrom bzw. als Verdampfungspassagen mit dem verdampfenden Fluidstrom beaufschlagt werden. Zu den in Luftzerlegungsanlagen typischerweise eingesetzten Kondensatorverdampfern sei insbesondere auf die Unterabschnitte "Heat Exchangers and Condensers" auf Seite 49 ff. und "Combined Evaporator/Condenser - Heat Transfer Units" auf Seite 52 ff. bei Häring verwiesen. Es handelt sich typischerweise um gelötete Rippen-Platten-Wärmetauscher aus Aluminium (engl. Brazed Aluminium Plate-Fin Heat Exchangers, PFHE; Bezeichnungen gemäß der deutschen und englischen Ausgabe der ISO 15547-2:3005). Anstelle des Begriffs "Kondensatorverdampfer" wird häufig vereinfachend auch der Begriff "Kondensator" oder "Verdampfer" verwendet, je nachdem, ob vornehmlich das kondensierende oder verdampfende Fluid betrachtet wird.
  • Nachfolgend werden Badverdampfer und deren Varianten näher erläutert; zu den ebenfalls in Luftzerlegungsanlagen einsetzbaren Fallfilmverdampfern und deren Funktion sei auf die zitierte Fachliteratur verwiesen.
  • Bei Badverdampfern bzw. Badkondensatoren handelt es sich um Apparate, die auf Grundlage des Thermosiphoneffekts arbeiten. Ein Badverdampfer weist einen Wärmetauscherblock mit nach unten offenen Verdampfungspassagen auf, die in ein Flüssigkeitsbad, im Fall einer Luftzerlegungsanlage der oben erläuterten Art in die Sumpfflüssigkeit der Niederdruckkolonne, eintauchen. Die Verflüssigungspassagen werden mit dem zu kondensierenden Fluid beaufschlagt, im Fall einer Luftzerlegungsanlage der oben erläuterten Art mit Kopfgas der Hochdruckkolonne. Bei der Verdampfung in den Verdampfungspassagen bildet sich ein Zweiphasengemisch, das aufgrund seiner geringeren Dichte in den Verdampfungspassagen aufsteigt. Nach dem Austritt aus den Verdampfungspassagen an der Oberseite des Badverdampfers strömt der flüssige Anteil des Zweiphasengemischs in das Flüssigkeitsbad zurück, während der verdampfte Anteil gasförmig weiter aufsteigt.
  • Je größer die Eintauchtiefe des Wärmetauscherblocks in dem Flüssigkeitsbad ist, desto höher wird der mittlere hydrostatische Druck in den Verdampfungspassagen und desto schlechter verdampft die Flüssigkeit, da die Siedetemperatur der Flüssigkeit entsprechend der Dampfdruckkurve ansteigt. Als Hauptkondensator in einem Rektifikationskolonnensystem einer Luftzerlegungsanlage können daher auch zwei oder mehrere, nebeneinander angeordnete Badverdampfer eingesetzt werden, die dann verdampfungs- und verflüssigungsseitig parallel geschaltet sind.
  • Der Wirkungsgrad eines Badverdampfers kann aber auch durch Unterteilung des Wärmetauscherblocks in mehrere, übereinander angeordnete Abschnitte erhöht werden. Der Vorteil einer derartigen Anordnung liegt darin, dass die Eintauchtiefe bei jedem der Abschnitte jeweils kleiner ist als bei einem einzigen hohen Wärmetauscherblock. Auf diese Weise wird der hydrostatische Druck in den Verdampfungspassagen verringert und die Flüssigkeit kann leichter verdampfen. Weil in jedem der Abschnitte die nicht verdampfte Flüssigkeit von oben nach unten in das Flüssigkeitsbad abfließt und von dort aus wieder angesaugt wird, werden die Abschnitte auch als Umlaufabschnitte bezeichnet.
  • Aus der DE 199 39 294 ist ein mehrstöckiger Badkondensator bekannt, bei dem zwei Wärmetauscherblöcke parallel zueinander angeordnet sind und bei dem sich zwischen den Wärmetauscherblöcke für jedes Stockwerk Flüssigkeitsvorratsbehälter für die zu verdampfende Flüssigkeit befinden. Die Verdampfungspassagen sind in vertikaler Richtung in mehrere Stockwerke unterteilt, die jeweils einen eigenen Umlaufabschnitt der erläuterten Art bilden. Die Eintauchtiefe wird so relativ klein gehalten.
  • Bei einem sogenannten Kaskadenverdampfer ("Kasko") sind die Stockwerke auf der Verdampfungsseite seriell miteinander verbunden, d.h. nicht verdampfte Flüssigkeit aus einem oberen Stockwerk fließt aus den oberen Stockwerken nicht direkt ins unterste Flüssigkeitsbad, sondern kaskadenförmig weiter zum darunterliegenden Stockwerk, das ein separates Flüssigkeitsbad aufweist. Bei einem beispielsweise in der EP 1 287 302 A1 offenbarten Kaskadenverdampfer sind dabei mindestens zwei übereinander angeordnete Umlaufabschnitte vorgesehen, die jeweils aus einem eigenen Flüssigkeitsbad bzw. Flüssigkeitsvorratsbehälter mit Flüssigkeit gespeist werden. Durch die vertikale Unterteilung kann der Flüssigkeitsstand in den Flüssigkeitsvorratsbehältern der jeweiligen Umlaufabschnitte gegenüber dem Flüssigkeitsstand bei einem einzigen, durchgehenden Kondensatorblock deutlich reduziert werden. Die Flüssigkeit tritt über am unteren Ende eines Umlaufabschnittes befindliche Eintrittsöffnungen in die Verdampfungspassagen ein, strömt nach oben, verdampft teilweise und verlässt die Verdampfungspassagen am oberen Ende des Umlaufabschnittes über geeignete Austrittsöffnungen. Der Flüssiganteil in dem aus den Passagen austretenden Zweiphasengemisch strömt zum einen zurück zu den Eintrittsöffnungen dieses Umlaufabschnittes und zum anderen, abhängig vom Flüssigkeitsstand im Flüssigkeitsvorratsbehälter des Umlaufabschnittes, zu den Eintrittsöffnungen des darunterliegenden Umlaufabschnittes, um dort wiederum über die Verdampfungspassagen umgeworfen zu werden.
  • Bei einem Kaskadenverdampfer können mindestens zwei der Umlaufabschnitte durch einen Wärmetauscherabschnitt eines gemeinsamen Wärmetauscherblocks gebildet sein. Mindestens einer der Umlaufabschnitte kann jedoch auch durch einen separaten Wärmetauscherblock gebildet sein. Auf der Verflüssigungsseite können Kaskadenverdampfer vorzugsweise ebenfalls seriell geschaltet sein, beispielsweise mittels Verflüssigungspassagen eines gemeinsamen Wärmetauscherblocks, die sich über sämtliche Stockwerke erstrecken. Alternativ dazu können auch bei einem Kaskadenverdampfer die Stockwerke verflüssigungsseitig parallel geschaltet sein.
  • Dem Rektifikationskolonnensystem einer Luftzerlegungsanlage der beschriebenen Art wird verdichtete und abgekühlte Einsatzluft zugeführt, die auf unterschiedliche Weise und in Form eines oder mehrerer Teilströme gleichen oder unterschiedlichen Aggregatzustands und auf unterschiedlichen Druckniveaus bereitgestellt werden kann. Die Bereitstellung der Einsatzluft kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf unterschiedliche Weise bereitgestellt werden und die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine spezifische Ausgestaltung beschränkt.
  • Flüssigkeiten und Gase können im hier verwendeten Sprachgebrauch reich oder arm an einer oder an mehreren Komponenten sein, wobei "reich" für einen Gehalt von wenigstens 50%, 75%, 90%, 95%, 99%, 99,5%, 99,9% oder 99,99% und "arm" für einen Gehalt von höchstens 50%, 25%, 10%, 5%, 1%, 0,1% oder 0,01% auf Mol-, Gewichts- oder Volumenbasis stehen kann. Der Begriff "überwiegend" kann der Definition von "reich" entsprechen. Flüssigkeiten und Gase können ferner 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 jeweils betrachtete Flüssigkeit oder das jeweils 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.
  • Die vorliegende Offenbarung verwendet zur Charakterisierung von Drücken und Temperaturen die Begriffe "Druckniveau" und "Temperaturniveau", wodurch zum Ausdruck gebracht werden soll, dass entsprechende 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%, 20% oder sogar 50% um einen Mittelwert herum 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. Wie erwähnt, handelt es sich bei Druckangaben hier um Absolutdrücke und in dem Fall, dass diese sich auf Druckniveaus in Rektifikationskolonnen beziehen, jeweils um Druckniveaus, die am Kopf dieser Rektifikationskolonnen vorliegen.
  • Generell wird hier unter einer "Rektifikationskolonne" ein trenntechnischer Apparat verstanden, in dem ein von unten nach oben aufsteigendes Gas einer von oben nach unten herabrieselnden Flüssigkeit entgegengeschickt wird. Gas und Flüssigkeit, die jeweils unter Verwendung eines oder mehrerer unterschiedlicher Stoffströme gebildet werden können, werden dabei, unterstützt durch oberflächenvergrößernde Strukturen oder bekannte Trennböden, einem Stoffaustausch unterworfen. In einem unteren Bereich einer Rektifikationskolonne ("Sumpf") sammelt sich dabei die aufgrund des Stoffaustauschs in ihrer Zusammensetzung veränderte Flüssigkeit ("Sumpfflüssigkeit"), in einem oberen Bereich ("Kopf") dagegen das aufsteigende Gas ("Kopfgas") in entsprechend veränderter Zusammensetzung. In einer Rektifikationskolonne im hier zugrunde gelegten Verständnis wird im Gegensatz zu einer reinen Absorptionskolonne entweder eine Kondensation zumindest eines Teils des Kopfgases, das danach in kondensierter Form zumindest zum Teil in die betrachtete Rektifikationskolonne zurückgeführt wird, und/oder eine Verdampfung zumindest eines Teils der Sumpfflüssigkeit, die danach ebenfalls zumindest zum Teil in verdampfter Form in die Rektifikationskolonne zurückgeführt wird, vorgenommen.
  • Die relativen räumlichen Begriffe "oben", "unten", "über", "unter", "oberhalb", "unterhalb", "neben", "nebeneinander", "vertikal", "horizontal" etc. beziehen sich hier auf die räumliche Ausrichtung der Rektifikationskolonnen einer Luftzerlegungsanlage oder anderer Komponenten im Normalbetrieb. Unter einer Anordnung zweier Komponenten "übereinander" wird hier verstanden, dass sich das obere Ende der unteren der beiden Komponenten auf niedrigerer oder gleicher geodätischer Höhe befindet wie das untere Ende der oberen der beiden Komponenten und sich die Projektionen der beiden Komponenten in einer horizontalen Ebene überschneiden, aber nicht in einer vertikalen Ebene. Insbesondere sind die beiden Komponenten genau übereinander angeordnet, das heißt die Achsen der beiden Komponenten verlaufen auf derselben vertikalen Geraden. Die Achsen der beiden Komponenten müssen jedoch nicht genau senkrecht übereinander liegen, sondern können auch gegeneinander versetzt sein, insbesondere wenn einer der beiden Komponenten, beispielsweise eine Rektifikationskolonne oder ein Kolonnenteil mit geringerem Durchmesser, denselben Abstand zum Blechmantel einer Coldbox aufweisen soll wie ein anderer mit größerem Durchmesser. Entsprechend wird unter einer Anordnung zweier Komponenten "nebeneinander" hier verstanden, dass sich die Projektionen der beiden betrachteten Komponenten in einer vertikalen Ebene überschneiden, wobei aber die unteren oder oberen Enden nicht genau in einer horizontalen Ebene liegen müssen.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung wird in einer Luftzerlegungsanlage eingesetzt, die eine Hochdruckkolonne und eine Niederdruckkolonne aufweist. Die Hochdruckkolonne wird auf dem erwähnten ersten Druckniveau, das insbesondere auch bei 5 bis 6 bar, beispielsweise ca. 5,3 bar, liegen kann, betrieben. Die Niederdruckkolonne wird auf dem erwähnten zweiten Druckniveau, das insbesondere auch bei ca. 1,1 bis 1,5 bar, beispielsweise ca. 1,2 bar liegen kann, betrieben. Im Rahmen der Erfindung ist die Niederdruckkolonne im oben erläuterten Sinn neben der Hochdruckkolonne angeordnet. Es handelt sich bei dem im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzten Rektifikationskolonnensystem also nicht um ein klassisches Doppelkolonnensystem, bei dem Hoch- und Niederdruckkolonne übereinander angeordnet sind und miteinander eine Doppelkolonne bilden. Durch die Anordnung von Hoch- und Niederdruckkolonne nebeneinander können die Gesamthöhe der Luftzerlegungsanlage reduziert und Transport und Erstellung vereinfacht werden. Beispielsweise verbessert sich hierbei die Montage auf einer Baustelle, wo z.B. eine zu hohe Gesamthöhe aufgrund der ggf. Nichtverfügbarkeit von Kränen für die Aufstellung der Rektifikationskolonnen kritisch sein kann.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, dass die Funktion des Hauptkondensators einer Luftzerlegungsanlage in einem derartigen Szenario mit besonderem Vorteil durch die Kombination eines Kaskadenverdampfers mit einem weiteren Kondensatorverdampfer, der ebenfalls in Form eines Kaskadenverdampfers oder in Form eines anderen Kondensatorverdampfertyps wie beispielsweise in Form eines einstufigen Badverdampfers ausgebildet sein kann, übernommen werden kann. Im ersteren Fall wird also gewissermaßen ein zweigeteilter Kaskadenverdampfer bereitgestellt, im zweiten Fall wird ein Kaskadenverdampfer mit einem zusätzlichen Kondensatorverdampfer, der nicht als Kaskadenverdampfer ausgebildet ist, bereitgestellt. Der Kaskadenverdampfer ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung in einem Kompartiment am Kopf der Hochdruckkolonne angeordnet. Dieses Kompartiment kann insbesondere in einer gemeinsamen Außenhülle mit den Trenneinrichtungen der Hochdruckkolonne angeordnet bzw. fest mit der Hochdruckkolonne verbunden sein. Auch eine Bereitstellung von zwei unterschiedlichen Außenhüllen, die über einen Randbereich miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt sind, oder bei denen beispielsweise die Außenhülle des Kompartiments an eine Außenhülle der Hochdruckkolonne angefügt ist, ist grundsätzlich möglich. Eine "feste" Verbindung soll damit also eine Verbindung bezeichnen, die über Strukturen erfolgt, welche über reine Leitungen hinausgehende Verbindungsstrukturen darstellen.
  • Die Funktion des Hauptkondensators kann bekanntermaßen auch auf zwei bauliche Einheiten in unterschiedlichen Kompartimenten verteilt werden. So wird beispielsweise bereits in der DE 827 364 B vorgeschlagen, am Kopf der Hochdruckkolonne einen ersten Kondensatorverdampfer und im Sumpf der Niederdruckkolonne, die hier neben der Hochdruckkolonne angeordnet ist, einen zweiten Kondensatorverdampfer bereitzustellen. Beide Kondensatorverdampfer sind hier als Badverdampfer ausgebildet. In dem ersten und dem zweiten Kondensatorverdampfer wird jeweils ein Teil des Kopfgases der Hochdruckkolonne kondensiert und ein Teil der Sumpfflüssigkeit der Niederdruckkolonne verdampft. Vergleichbares wird auch in der DE 24 02 246 A1 zur Gewinnung von Sauerstoff mittlerer Reinheit vorgeschlagen.
  • Die Zweiteilung eines Kaskadenverdampfers bzw. die Bereitstellung eines weiteren Kondensatorverdampfers in der angesprochenen Weise ist gegenüber der Zweiteilung eines Badverdampfers bzw. die Bereitstellung separater Badverdampfer technisch nicht ohne weiteres realisierbar. So weichen die fluiddynamischen Gegebenheiten bei Kaskadenverdampfern fundamental von jenen bei reinen Badverdampfern ab. Bei einem einstufigen Badverdampfer fließt ein deutlich größerer Teil an in den Verdampfungspassagen unverdampfter Flüssigkeit in das Flüssigkeitsbad, in das der Badverdampfer eingetaucht ist, ab. Da dies bei einem einstufigen Badverdampfer nur einmalig bzw. auf einer Stufe erfolgt, ist der Verlust an Flüssigkeit hier relativ gering, d.h. ein vergleichsweise geringer Anteil der Flüssigkeit wird durch das sogenannte Entrainment in die Gasphase mitgerissen. Auf diese Weise kann ein Badverdampfer in relativ einfacher Weise aufgeteilt werden, da die Mengen an Flüssigkeit in jedem der gebildeten Teile einfach eingestellt werden kann.
  • Bei einem Kaskadenverdampfer ergibt sich dagegen in jeder Stufe ein Verlust an Flüssigkeit in dieser Weise. Die für einen Kaskadenverdampfer insgesamt erforderliche Flüssigkeitsmenge bestimmt sich dabei nach der in der zweituntersten Stufe des Kaskadenverdampfers benötigten Flüssigkeitsmenge, da die von oben nach unten herabfließende Flüssigkeit in jeder der darüber liegenden Stufen verdampft und zu einem Teil auch dem Entrainment unterworfen wird. Das unterste Flüssigkeitsbad ist demgegenüber weniger kritisch, weil sich hier weitere Flüssigkeit sammelt, darunter auch ein Teil der zuvor mitgerissenen Flüssigkeitstropfen. Mit anderen Worten muss beim Betrieb eines Kaskadenverdampfers regelungstechnisch stets die gesamte Kette der Flüssigkeitsbäder im Auge behalten werden, um eine Mindermenge an Flüssigkeit in einem der Flüssigkeitsbäder (insbesondere im zweituntersten) zu vermeiden. Eine reine Unterteilung eines Kaskadenverdampfers in zwei Teile ist daher offensichtlich mit einem deutlich erhöhten Kontroll- und Regelungsaufwand verbunden, da dies diesen regelungstechnischen Aufwand verdoppelt.
  • Gleichwohl ist eine Zweiteilung eines Kaskadenverdampfers jedoch vorteilhaft und wünschenswert, da auf diese Weise eine Bauhöhe der Anlage reduziert werden kann bzw. sich die an sich vorteilhaften Funktionen eines Kondensatorverdampfers, wie sie oben erläutert wurden, auch in größeren Anlagen, in denen für Kaskadenverdampfer die Baubarkeitsgrenzen erreicht werden, nutzen lassen. Die Zweiteilung hat auch den Vorteil, dass das beschriebene Problem des Entrainments, wie erfindungsgemäß erkannt wurde, hier weniger kritisch ist, da sich die Flüssigkeitsmenge, die über den Kaskadenverdampfer gefahren wird, relativ betrachtet erhöht.
  • Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem dadurch, dass dem ersten Kondensatorverdampfer die Sumpfflüssigkeit aus der Niederdruckkolonne in einer Menge zugeführt wird, die eine in dem ersten Kondensatorverdampfer hiervon verdampfte Menge übersteigt. Die in dem ersten Kondensatorverdampfer nicht verdampfte Menge der Sumpfflüssigkeit aus der Niederdruckkolonne kann zumindest zu einem Teil in die Niederdruckkolonne zurückgeführt und/oder beispielsweise zur Bereitstellung eines Sauerstoffprodukts aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet werden. Mit anderen Worten wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung dem ersten Kondensatorverdampfer, der als Kaskadenverdampfer ausgebildet ist, die zu verdampfende Flüssigkeit in einer Überschussmenge zugeführt, die den Flüssigkeitsbedarf in dem ersten Kondensatorverdampfer übersteigt. Auf diese Weise wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung der regelungstechnische Aufwand zum Betrieb des ersten, als Kaskadenverdampfer ausgebildeten Kondensatorverdampfers deutlich vereinfacht, wobei die grundsätzlichen Vorteile der Verwendung eines Kaskadenverdampfers genutzt und durch die Aufteilung der Hauptkondensatorfunktion insbesondere Bauhöhe und Transportfähigkeit verbessert werden.
  • Mit anderen Worten schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft vor, bei dem eine Luftzerlegungsanlage mit einem Rektifikationskolonnensystem verwendet wird, das eine Hochdruckkolonne und eine Niederdruckkolonne aufweist, wobei die Hochdruckkolonne neben der Niederdruckkolonne angeordnet ist und wobei Gas aus der Hochdruckkolonne unter Verwendung eines ersten Kondensatorverdampfers, der in einem Kompartiment am Kopf der Hochdruckkolonne angeordnet ist, und eines zweiten Kondensatorverdampfers, der im Sumpfbereich der Niederdruckkolonne angeordnet ist, jeweils gegen Sumpfflüssigkeit aus der Niederdruckkolonne kondensiert wird.
  • Erfindungsgemäß ist zumindest der erste Kondensatorverdampfer als Kaskadenverdampfer ausgebildet, dem ersten Kondensatorverdampfer wird die Sumpfflüssigkeit aus der Niederdruckkolonne in einer Menge zugeführt wird, die eine in dem ersten Kondensatorverdampfer hiervon verdampfte Menge übersteigt. In dem ersten Kondensatorverdampfer nicht verdampfte Sumpfflüssigkeit aus der Niederdruckkolonne kann, wie erwähnt, zumindest zu einem Teil in die Niederdruckkolonne zurückgeführt und/oder beispielsweise zur Bereitstellung eines Sauerstoffprodukts aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet werden. Es versteht sich, dass dann, wenn hier davon die Rede ist, dass "nicht verdampfte Sumpfflüssigkeit aus der Niederdruckkolonne zumindest zu einem Teil in die Niederdruckkolonne zurückgeführt" bzw. "aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet" wird, hiervon jeweils die gesamte, nicht verdampfte Sumpfflüssigkeit oder nur ein Teil hiervon betroffen sein kann und dass ggf. auch weitere Flüssigkeit zusammen mit dieser Sumpfflüssigkeit in die Niederdruckkolonne eingespeist wird.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die nicht verdampfte Sumpfflüssigkeit aus der Niederdruckkolonne, die in einer entsprechenden Ausgestaltung in die Niederdruckkolonne zurückgeführt wird, oberhalb oder unterhalb eines oberen Endes des zweiten Kondensatorverdampfers und oberhalb eines Flüssigkeitsspiegels der Sumpfflüssigkeit in der Niederdruckkolonne in den Sumpfbereich der Niederdruckkolonne eingespeist werden. Die genaue Art der Einspeisung richtet sich dabei insbesondere auch nach der Art des verwendeten zweiten Kondensatorverdampfers und dem Verhältnis der im ersten und zweiten Kondensatorverdampfer zu verdampfenden Flüssigkeitsmengen. Durch die Einspeisung oberhalb des oberen Endes des zweiten Kondensatorverdampfers kann insbesondere eine größere Flüssigkeitsmenge im Kreis über den Kaskadenverdampfer gefahren werden, so dass weniger Probleme mit dem erwähnten Entrainment auftreten. Es ergibt sich jedoch ein höherer Fertigungsaufwand. Umgekehrt reduziert sich durch die Einspeisung unterhalb des oberen Endes des zweiten Kondensatorverdampfers ein entsprechend geringerer Fertigungsaufwand.
  • Dieser zweite Kondensatorverdampfer kann, wie ebenfalls erwähnt, in Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung als (weiterer) Kaskadenverdampfer, als einstufiger Badverdampfer oder als Fallfilmverdampfer ausgebildet sein. In allen Fällen können die jeweiligen Vorteile der entsprechenden Verdampfertypen genutzt werden. Für Badverdampfer bestehen diese insbesondere darin, dass man keine Vorrichtung zum Sammeln der Flüssigkeit und Zuführen direkt zum Verdampfer benötigt, ein Kaskadenverdampfer weist dagegen Vorteile aufgrund der geringeren Eintauchtiefe auf, wie oben beschrieben.
  • Der erste und der zweite Kondensatorverdampfer können im Rahmen der vorliegenden Erfindung seriell oder parallel mit dem zu verflüssigenden Gas aus der Hochdruckkolonne und/oder mit der Sumpfflüssigkeit aus der Niederdruckkolonne beaufschlagt werden. Eine parallele Beaufschlagung kann besonders vorteilhaft sein, weil hierdurch Druckverluste und damit der Energieverbrauch minimiert werden können. Eine serielle Beaufschlagung kann vorteilhaft sein, weil auf diese Weise eine Anreicherung von Helium und/oder Neon genutzt werden kann.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die in dem ersten Kondensatorverdampfer nicht verdampfte Sumpfflüssigkeit aus der Niederdruckkolonne und ferner in dem ersten Kondensatorverdampfer verdampftes Gas in Form eines oder mehrerer Stoffströme in die Niederdruckkolonne zurückgeführt werden. Beispielsweise können die nicht verdampfte Sumpfflüssigkeit und das verdampfte Gas in Form eines Zweiphasenstroms zurückgeführt werden, es kann jedoch auch vorgesehen sein, hierfür separate Leitungen zu verwenden.
  • Anstelle der Überführung von verdampftem Gas in die Niederdruckkolonne kann auch eine umgekehrte Gasführung erfolgen. Die Verdampfungsräume der beiden Kondensatorverdampfer können auch auf unterschiedlichem Druck- und damit Temperaturniveau betrieben werden. Der Druck im Sumpf der Niederdruckkolonne ergibt sich aus dem Druckverlust der Niederdruckkolonne zuzüglich der Druckverluste der Abluft (z.B. zur Regenerierung). Insbesondere wenn man gasförmigen Sauerstoff erzeugt, den man direkt aus dem Sumpf der Niederdruckkolonne abzieht, d.h. also keine Innenverdichtung erfolgt, kann der Verdampfungsraum des ersten Kondensatorverdampfer in dem Kompartiment am Kopf der Hochdruckkolonne auf einem niedrigeren Druckniveau von beispielsweise 1,1 bis 1,25 bar betrieben werden als der Verdampfungsraum des zweiten Kondensatorverdampfers im Sumpf der Niederdruckkolonne, das bei beispielsweise 1,2 bis 1,4 bar liegen kann, wodurch sich Heizfläche einsparen lässt. In diesem Fall kann in dem ersten Kondensatorverdampfer verdampfte Flüssigkeit nicht in die Niederdrucksäule, sondern umgekehrt über eine Leitung aus dem Sumpf der Niederdruckkolonne Gas in den Verdampfungsraum des ersten Kondensatorverdampfers eingespeist werden.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann insbesondere vorgesehen sein, dass in dem ersten Kondensatorverdampfer aus dem Gas aus der Hochdruckkolonne ein erstes Kondensat gebildet wird, und dass das erste Kondensat zumindest zu einem Teil in die Hochdruckkolonne oder aber sowohl in die Hochdruckkolonne als auch in die Niederdruckkolonne eingespeist wird. In dem zweiten Kondensatorverdampfer kann aus dem Gas aus der Hochdruckkolonne ein zweites Kondensat gebildet werden, das ebenfalls zumindest zu einem Teil in die Hochdruckkolonne oder sowohl in die Hochdruckkolonne als auch in die Niederdruckkolonne eingespeist wird. Von bekannten Verfahren aus dem Stand der Technik, bei denen zweigeteilte Badkondensatoren eingesetzt werden, unterscheidet sich diese Variante der vorliegenden Erfindung also dadurch, dass Rücklaufflüssigkeit für die Hochdruckkolonne auch unter Verwendung des in der Niederdruckkolonne angeordneten Kondensatorverdampfers bereitgestellt wird.
  • Die beiden Kondensate können dabei auch vollständig oder zumindest zum Teil vereinigt und in einstellbaren Anteilen auf die Hoch- und die Niederdruckkolonne verteilt werden. Auf diese Weise können besonders günstige Rücklaufverhältnisse eingestellt werden. Die Kondensate können jedoch auch zumindest zum Teil separat in die Hoch- und Niederdruckkolonne eingespeist werden. Zumindest eines der beiden Kondensate kann dabei auch pumpenlos in die Hochdruckkolonne und/oder in die Niederdruckkolonne eingespeist werden.
  • Das Gas aus der Hochdruckkolonne, das unter Verwendung des ersten Kondensatorverdampfers und des zweiten Kondensatorverdampfers kondensiert wird, kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ausschließlich Kopfgas aus der Hochdruckkolonne, aber auch über einen Seitenabzug aus der Hochdruckkolonne entnommenes Gas und Kopfgas aus der Hochdruckkolonne umfassen. Das über den Seitenabzug aus der Hochdruckkolonne entnommene Gas und das Kopfgas aus der Hochdruckkolonne können getrennt voneinander jeweils in einem der zwei Kondensatorverdampfer kondensiert werden. Die beiden entsprechend gebildeten Kondensate können gemeinsam oder getrennt voneinander an gleichen oder an unterschiedlichen Positionen in die Hochdruckkolonne und/oder in die Niederdruckkolonne eingespeist werden.
  • Insbesondere kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung Energie durch ein reduziertes Druckniveau der Hochdruckkolonne eingespart werden, wenn unter Verwendung des ersten Kondensatorverdampfers das Kopfgas der Hochdruckkolonne und unter Verwendung des zweiten Kondensatorverdampfers das über den Seitenabzug aus der Hochdruckkolonne entnommene Gas, beispielsweise mit einem Stickstoffgehalt von 92 bis 97%, insbesondere ca. 95%, kondensiert werden. Das Kopfgas der Hochdruckkolonne weist insbesondere einen Gehalt von mehr als 99% Stickstoff auf. Der Druck im Verdampfungsraum des ersten Kondensatorverdampfers ist dabei vorteilhafterweise niedriger als im Sumpf der Niederdruckkolonne. Ersterer liegt beispielsweise bei 1,1 bis 1,25 bar, letzterer beispielsweise bei 1,2 bis 1,4 bar. Die Hochdruckkolonne kann hierbei beispielsweise bei 4,7 bis 5,1 bar betrieben werden.
  • Zu den Merkmalen der erfindungsgemäß ebenfalls vorgeschlagenen Luftzerlegungsanlage sei auf den entsprechenden unabhängigen Patentanspruch ausdrücklich verwiesen. Die Luftzerlegungsanlage ist insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens eingerichtet, wie es zuvor in Ausgestaltungen erläutert wurde. Auf die obigen Erläuterungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens und seiner vorteilhaften Ausgestaltungen sei daher ausdrücklich verwiesen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, die die bevorzugten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
    • Figurenbeschreibung
  • Die Figuren 1 bis 3 veranschaulichen Luftzerlegungsanlagen gemäß unterschiedlicher Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung.
  • In den Figuren sind einander baulich oder funktional entsprechende Elemente mit identischen Bezugszeichen angegeben und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert. Anlagen und Anlagenkomponenten betreffende Erläuterungen gelten für entsprechende Verfahren und Verfahrensschritte in gleicher Weise.
  • Die in den Figuren in Blockdarstellung vereinfachten Komponenten können in beliebiger fachüblicher Weise ausgebildet sein. Es handelt sich dabei um eine Verdichtungseinheit 1, die insbesondere einen bekannten Hauptluftverdichter umfasst, eine Luftreinigungseinheit 2, die insbesondere ein bekanntes Adsorptionssystem umfasst, und eine Hauptwärmetauscheinheit 3, die insbesondere einen bekannten Hauptwärmetauscher umfasst. Durch diese Einheiten, die zur Veranschaulichung der allgemeinen Anwendbarkeit unverknüpft dargestellt sind, werden in den in den Figuren veranschaulichten Beispielen zwei symbolisch dargestellte Einsatzluftströme A und B bereitgestellt. Die Erfindung ist durch die spezifische Art der Bereitstellung der Einsatzluftströme sowie deren Art, Anzahl, Aggregatzustand, Druck usw. nicht beschränkt. In den jeweiligen Luftzerlegungsanlagen gebildete Luftprodukte sind nicht bzw. nicht in ihrer Gesamtheit veranschaulicht.
  • Die Luftzerlegungsanlagen können beliebige weitere Komponenten aufweisen. Zu beispielhaften Ausgestaltungen sei auf die zitierte Fachliteratur, insbesondere den erwähnten Abschnitt 2.2.5, "Cryogenic Rectification", bei Häring und die dortige Figur 2.3A ausdrücklich verwiesen.
  • Die Luftzerlegungsanlagen weisen als gemeinsame Merkmale jeweils ein Rektifikationskolonnensystem 10 auf, das eine Hochdruckkolonne 11 und eine Niederdruckkolonne 12 umfasst. Die Hochdruckkolonne 11 und die Niederdruckkolonne 12 können auf bekannten Druckniveaus betrieben werden. Die Hochdruckkolonne 11 ist neben der Niederdruckkolonne 12 angeordnet. In dem Rektifikationskolonnensystem 10 wird jeweils Gas aus der Hochdruckkolonne 11 unter Verwendung eines ersten Kondensatorverdampfers 13, der in einem Kompartiment 15 am Kopf der Hochdruckkolonne 11 angeordnet ist, und eines zweiten Kondensatorverdampfers 14, der im Sumpfbereich der Niederdruckkolonne 12 angeordnet ist, jeweils gegen Sumpfflüssigkeit aus der Niederdruckkolonne 12 kondensiert, wie nachfolgend zu den einzelnen Ausgestaltungen erläutert.
  • In allen Fällen ist, ungeachtet der nicht erfolgten spezifischen zeichnerischen Darstellung, zumindest der erste Kondensatorverdampfer 13 als Kaskadenverdampfer ausgebildet ist, und dem ersten Kondensatorverdampfer 13 wird die Sumpfflüssigkeit aus der Niederdruckkolonne 12 in eine Menge zugeführt, die eine in dem ersten Kondensatorverdampfer 13 verdampfte Menge übersteigt. In dem ersten Kondensatorverdampfer 13 nicht verdampfte Sumpfflüssigkeit aus der Niederdruckkolonne 12 wird in die Niederdruckkolonne 12 zurückgeführt.
  • Als weitere Komponenten sind in den nachfolgenden Figuren ein Unterkühlungsgegenströmer 16, Pumpen 17 und 18 und ein Abscheidebehälter veranschaulicht. Diese Elemente sind nicht in allen Ausgestaltungen vorhanden.
  • In Figur 1 ist eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in Form eines vereinfachten Prozessflussdiagramms veranschaulicht und insgesamt mit 100 bezeichnet.
  • Wie anhand der Luftzerlegungsanlage 100 veranschaulicht, wird hier ausschließlich Kopfgas der Hochdruckkolonne 11 in dem ersten Kondensatorverdampfer 13 und in dem zweiten Kondensatorverdampfer 14 kondensiert. Dieses wird der Hochdruckkolonne 11 in Form eines Stoffstroms C entnommen und in Form von Teilströmen D und E durch den ersten Kondensatorverdampfer 13 und den zweiten Kondensatorverdampfer 14 geführt. Aus dem Teilstrom D gebildetes Kondensat wird hier teilweise mit aus dem Teilstrom E gebildeten und mittels der Pumpe 17 geförderten Kondensat zu einem Sammelstrom F vereinigt und als Rücklauf auf die Hochdruckkolonne 11 zurückgeführt. Ein Teilstrom G kann auch in der veranschaulichten Weise durch den Unterkühlungsgegenströmer 16 geführt und in die Niederdruckkolonne 12 eingespeist werden. Da hier insbesondere kein oder nur ein sehr kleiner Stickstoffabschnitt 12a in der Niederdruckkolonne 12 vorhanden ist, kann dieser Stoffstrom G gering ausfallen oder entfallen. Der Hochdruckkolonne 11 wird ferner über einen Seitenabzug Gas in Form eines Stoffstroms H entnommen, der im dargestellten Beispiel ebenfalls durch den Unterkühlungsgegenströmer 16 geführt und in die Niederdruckkolonne 12 eingespeist wird.
  • Sumpfflüssigkeit aus der Niederdruckkolonne 12 kann in Form eines Stoffstroms K als Produkt ausgeleitet werden. Weitere Sumpfflüssigkeit wird in Form eines Stoffstroms L mittels der Pumpe 18 dem Kompartiment 15 bzw. dem ersten Kondensatorverdampfer 13 zugeführt. Es handelt sich dabei, wie erwähnt, um eine Menge, die eine in dem ersten Kondensatorverdampfer 13 verdampfte Menge übersteigt. In dem ersten Kondensatorverdampfer 13 nicht verdampfte Sumpfflüssigkeit aus der Niederdruckkolonne 12 wird in Form eines Stoffstroms M in die Niederdruckkolonne 12 zurückgeführt. Entsprechend wird auch verdampftes Gas in Form eines Stoffstroms N in die Niederdruckkolonne 12 zurückgeführt.
  • Wie nicht gesondert erläutert, können aus der Niederdruckkolonne 12 Unreinstickstoff O, gasförmiger Stickstoff P und Flüssigstickstoff Q ausgeleitet werden.
  • In Figur 2 ist eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in Form eines vereinfachten Prozessflussdiagramms veranschaulicht und insgesamt mit 200 bezeichnet.
  • Im Gegensatz zu der in Figur 1 veranschaulichten Luftzerlegungsanlage 100 wird hier in dem zweiten Kondensatorverdampfer 14 nicht Kopfgas der Hochdruckkolonne 11, also der Stoffstrom E, sondern Gas von einem Seitenabzug der Hochdruckkolonne 11 in Form eines Stoffstroms R kondensiert Auf diese Weise kann auf die Pumpe 17 verzichtet werden. Das in dem ersten Kondensatorverdampfer 13 auch hier kondensierte Kopfgas der Hochdruckkolonne 11 ist auch hier mit D bezeichnet. Der kondensierte Stoffstrom R und weiteres Fluid, das in Form eines Stoffstroms S über einen Seitenabzug aus der Hochdruckkolonne 11 entnommen wird, wird in den Abscheidebehälter 19 eingespeist. Gas aus dem Abscheidebehälter 19, das nicht gesondert bezeichnet ist, kann an die Atmosphäre abgegeben werden, wohingegen Flüssigkeit aus dem Abscheidebehälter 19 in Form eines Stoffstroms T durch den Unterkühlungsgegenströmer 16 geführt und anschließend in die Niederdruckkolonne 12 eingespeist wird.
  • In Figur 3 ist eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in Form eines vereinfachten Prozessflussdiagramms veranschaulicht und insgesamt mit 300 bezeichnet.
  • Die Luftzerlegungsanlage 300 ähnelt hinsichtlich der Stromführung der Stoffströme C bis E der in Figur 1 veranschaulichten Luftzerlegungsanlage 100, weist allerdings den Abscheidebehälter 19 auf. In diesen werden ein nicht in Form eines Stoffstroms U in die Hochdruckkolonne 11 eingespeister Anteil des Stoffstroms D, hier mit V bezeichnet, und der Stoffstrom E eingespeist. Auch hier kann Gas aus dem Abscheidebehälter 19, das nicht gesondert bezeichnet ist, an die Atmosphäre abgegeben werden, wohingegen Flüssigkeit aus dem Abscheidebehälter 19 in Form eines Stoffstroms W durch den Unterkühlungsgegenströmer 16 geführt und anschließend in die Niederdruckkolonne 12 eingespeist wird.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei dem eine Luftzerlegungsanlage (100-300) mit einem Rektifikationskolonnensystem (10) verwendet wird, das eine Hochdruckkolonne (11) und Niederdruckkolonne (12) aufweist, wobei die Hochdruckkolonne (11) neben der Niederdruckkolonne (12) angeordnet ist und wobei Gas aus der Hochdruckkolonne (11) unter Verwendung eines ersten Kondensatorverdampfers (13), der in einem Kompartiment (15) am Kopf der Hochdruckkolonne (11) angeordnet ist, und eines zweiten Kondensatorverdampfers (14), der im Sumpfbereich der Niederdruckkolonne (12) angeordnet ist, jeweils gegen Sumpfflüssigkeit aus der Niederdruckkolonne (12) kondensiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der erste Kondensatorverdampfer (13) als Kaskadenverdampfer ausgebildet ist, dass dem ersten Kondensatorverdampfer (13) die Sumpfflüssigkeit aus der Niederdruckkolonne (12) in einer Menge zugeführt wird, die eine in dem ersten Kondensatorverdampfer (13) verdampfte Menge übersteigt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zumindest ein Teil der in dem ersten Kondensatorverdampfer (13) nicht verdampfte Sumpfflüssigkeit aus der Niederdruckkolonne (12) in die Niederdruckkolonne (12) zurückgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zumindest ein Teil der in dem ersten Kondensatorverdampfer (13) nicht verdampfte Sumpfflüssigkeit aus der Luftzerlegungsanlage (100-300) ausgeleitet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die nicht verdampfte Sumpfflüssigkeit aus der Niederdruckkolonne (12), die in die Niederdruckkolonne (12) zurückgeführt wird, oberhalb oder unterhalb eines oberen Endes des zweiten Kondensatorverdampfers (14) und oberhalb eines Flüssigkeitsspiegels der Sumpfflüssigkeit in der Niederdruckkolonne (12) in den Sumpfbereich der Niederdruckkolonne (12) eingespeist wird.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der zweite Kondensatorverdampfer (14) als Kaskadenverdampfer, als einstufiger Badverdampfer oder als Fallfilmverdampfer ausgebildet ist.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der erste Kondensatorverdampfer (13) und der zweite Kondensatorverdampfer (14) seriell oder parallel mit dem zu verflüssigenden Gas aus der Hochdruckkolonne (11) und/oder seriell oder parallel mit der Sumpfflüssigkeit aus der Niederdruckkolonne (12) beaufschlagt werden.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die in dem ersten Kondensatorverdampfer (13) nicht verdampfte Sumpfflüssigkeit und ferner in dem ersten Kondensatorverdampfer verdampftes Gas in Form eines oder mehrerer Stoffströme in die Niederdruckkolonne (12) zurückgeführt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem in dem ersten Kondensatorverdampfer (13) aus dem Gas aus der Hochdruckkolonne (11) ein erstes Kondensat gebildet wird, und bei dem das erste Kondensat zumindest zu einem Teil in die Hochdruckkolonne (11) oder in die Hochdruckkolonne (11) und in die Niederdruckkolonne (12) eingespeist wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem in dem zweiten Kondensatorverdampfer (14) aus dem Gas aus der Hochdruckkolonne (11) ein zweites Kondensat gebildet wird, und bei dem das zweite Kondensat zumindest zu einem Teil in die Hochdruckkolonne (11) oder in die Hochdruckkolonne (11) und in die Niederdruckkolonne (12) eingespeist wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das erste und/oder das zweite Kondensat zumindest zu einem Teil in einstellbaren Anteilen auf die Hochdruckkolonne (11) und auf die Niederdruckkolonne (12) verteilt wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, bei dem das erste und/oder das zweite Kondensat pumpenlos in die Hochdruckkolonne (11) und/oder in die Niederdruckkolonne (12) eingespeist wird.
  12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Gas aus der Hochdruckkolonne (11), das unter Verwendung des ersten Kondensatorverdampfers (13) und des zweiten Kondensatorverdampfers (14) kondensiert wird, über einen Seitenabzug aus der Hochdruckkolonne (11) entnommenes Gas und Kopfgas aus der Hochdruckkolonne (11) umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das über den Seitenabzug aus der Hochdruckkolonne (11) entnommene Gas und das Kopfgas aus der Hochdruckkolonne (11) getrennt voneinander jeweils in einem der zwei Kondensatorverdampfer (13, 14) kondensiert werden.
  14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Verdampfungsraum des ersten Kondensatorverdampfers (11) auf einem geringeren Druckniveau als der Verdampfungsraum des zweiten Kondensatorverdampfers (12) betrieben wird.
  15. Luftzerlegungsanlage (100-300) mit einem Rektifikationskolonnensystem (10), das eine Hochdruckkolonne (11) und eine Niederdruckkolonne (12) aufweist, wobei die Hochdruckkolonne (11) neben der Niederdruckkolonne (12) angeordnet ist, ein erster Kondensatorverdampfers (13) in einem Kompartiment (15) am Kopf der Hochdruckkolonne (11) bereitgestellt ist, ein zweiter Kondensatorverdampfer (14) im Sumpfbereich der Niederdruckkolonne (12) bereitgestellt ist, und der erste Kondensatorverdampfer (13) und der zweite Kondensatorverdampfer (14) dafür eingerichtet sind, Gas aus der Hochdruckkolonne (11) gegen Sumpfflüssigkeit aus der Niederdruckkolonne (12) zu kondensieren, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der erste Kondensatorverdampfer (13) als Kaskadenverdampfer ausgebildet ist, und dass Mittel bereitgestellt sind, die dafür eingerichtet sind, dem ersten Kondensatorverdampfer (13) die Sumpfflüssigkeit aus der Niederdruckkolonne (12) in einer Menge zuzuführen, die eine in dem ersten Kondensatorverdampfer (13) verdampfte Menge übersteigt.
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