WO2020083528A1 - Verfahren und anlage zur tieftemperaturzerlegung von luft - Google Patents

Verfahren und anlage zur tieftemperaturzerlegung von luft Download PDF

Info

Publication number
WO2020083528A1
WO2020083528A1 PCT/EP2019/025356 EP2019025356W WO2020083528A1 WO 2020083528 A1 WO2020083528 A1 WO 2020083528A1 EP 2019025356 W EP2019025356 W EP 2019025356W WO 2020083528 A1 WO2020083528 A1 WO 2020083528A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rectification column
stream
column
air
oxygen
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/025356
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Kunz
Stefan Lochner
Wolfgang Haag
Lars Kirchner
Tobias Lautenschlager
Dimitri GOLUBEV
Original Assignee
Linde Aktiengesellschaft
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 Aktiengesellschaft filed Critical Linde Aktiengesellschaft
Priority to KR1020217013818A priority Critical patent/KR20210077705A/ko
Priority to EP19795456.3A priority patent/EP3870915A1/de
Priority to US17/287,854 priority patent/US11846468B2/en
Priority to CN201980069548.2A priority patent/CN112955707B/zh
Publication of WO2020083528A1 publication Critical patent/WO2020083528A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04048—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of cold gaseous streams, e.g. intermediate or oxygen enriched (waste) streams
    • F25J3/04054—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of cold gaseous streams, e.g. intermediate or oxygen enriched (waste) streams of air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04048—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of cold gaseous streams, e.g. intermediate or oxygen enriched (waste) streams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04048—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of cold gaseous streams, e.g. intermediate or oxygen enriched (waste) streams
    • F25J3/0406—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of cold gaseous streams, e.g. intermediate or oxygen enriched (waste) streams of nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04048—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of cold gaseous streams, e.g. intermediate or oxygen enriched (waste) streams
    • F25J3/04066—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of cold gaseous streams, e.g. intermediate or oxygen enriched (waste) streams of oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04078—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression
    • F25J3/04084—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression of nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04078—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression
    • F25J3/0409—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression of oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04078—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression
    • F25J3/04096—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression of argon or argon enriched stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04163—Hot end purification of the feed air
    • F25J3/04169—Hot end purification of the feed air by adsorption of the impurities
    • F25J3/04181—Regenerating the adsorbents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04187—Cooling of the purified feed air by recuperative heat-exchange; Heat-exchange with product streams
    • F25J3/04193—Division of the main heat exchange line in consecutive sections having different functions
    • F25J3/04206—Division of the main heat exchange line in consecutive sections having different functions including a so-called "auxiliary vaporiser" for vaporising and producing a gaseous product
    • F25J3/04212—Division of the main heat exchange line in consecutive sections having different functions including a so-called "auxiliary vaporiser" for vaporising and producing a gaseous product and simultaneously condensing vapor from a column serving as reflux within the or another column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04187—Cooling of the purified feed air by recuperative heat-exchange; Heat-exchange with product streams
    • F25J3/0423—Subcooling of liquid process streams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04187—Cooling of the purified feed air by recuperative heat-exchange; Heat-exchange with product streams
    • F25J3/04236—Integration of different exchangers in a single core, so-called integrated cores
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04254—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using the cold stored in external cryogenic fluids
    • F25J3/0426—The cryogenic component does not participate in the fractionation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/0429—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of feed air, e.g. used as waste or product air or expanded into an auxiliary column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/0429—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of feed air, e.g. used as waste or product air or expanded into an auxiliary column
    • F25J3/04296—Claude expansion, i.e. expanded into the main or high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/04321—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04333—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04375—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc.
    • F25J3/04393—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc. using multiple or multistage gas work expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04406—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
    • F25J3/0443—A main column system not otherwise provided, e.g. a modified double column flowsheet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04436—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using at least a triple pressure main column system
    • F25J3/04442—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using at least a triple pressure main column system in a double column flowsheet with a high pressure pre-rectifier
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04436—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using at least a triple pressure main column system
    • F25J3/04448—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using at least a triple pressure main column system in a double column flowsheet with an intermediate pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04436—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using at least a triple pressure main column system
    • F25J3/04454—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using at least a triple pressure main column system a main column system not otherwise provided, e.g. serially coupling of columns or more than three pressure levels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04472—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using the cold from cryogenic liquids produced within the air fractionation unit and stored in internal or intermediate storages
    • F25J3/04496—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using the cold from cryogenic liquids produced within the air fractionation unit and stored in internal or intermediate storages for compensating variable air feed or variable product demand by alternating between periods of liquid storage and liquid assist
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
    • F25J3/04654—Producing crude argon in a crude argon column
    • F25J3/04709—Producing crude argon in a crude argon column as an auxiliary column system in at least a dual pressure main column system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
    • F25J3/04654—Producing crude argon in a crude argon column
    • F25J3/04709—Producing crude argon in a crude argon column as an auxiliary column system in at least a dual pressure main column system
    • F25J3/04715—The auxiliary column system simultaneously produces oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
    • F25J3/04721—Producing pure argon, e.g. recovered from a crude argon column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04769—Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
    • F25J3/04854—Safety aspects of operation
    • F25J3/0486—Safety aspects of operation of vaporisers for oxygen enriched liquids, e.g. purging of liquids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04872—Vertical layout of cold equipments within in the cold box, e.g. columns, heat exchangers etc.
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04872—Vertical layout of cold equipments within in the cold box, e.g. columns, heat exchangers etc.
    • F25J3/04878—Side by side arrangement of multiple vessels in a main column system, wherein the vessels are normally mounted one upon the other or forming different sections of the same column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/0489—Modularity and arrangement of parts of the air fractionation unit, in particular of the cold box, e.g. pre-fabrication, assembling and erection, dimensions, horizontal layout "plot"
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/04—Processes or apparatus using separation by rectification in a dual pressure main column system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/08—Processes or apparatus using separation by rectification in a triple pressure main column system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/50—Processes or apparatus using separation by rectification using multiple (re-)boiler-condensers at different heights of the column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/50—Processes or apparatus using separation by rectification using multiple (re-)boiler-condensers at different heights of the column
    • F25J2200/54—Processes or apparatus using separation by rectification using multiple (re-)boiler-condensers at different heights of the column in the low pressure column of a double pressure main column system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/72—Refluxing the column with at least a part of the totally condensed overhead gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/90—Details relating to column internals, e.g. structured packing, gas or liquid distribution
    • F25J2200/94—Details relating to the withdrawal point
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/06—Splitting of the feed stream, e.g. for treating or cooling in different ways
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/42—Nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/50—Oxygen or special cases, e.g. isotope-mixtures or low purity O2
    • F25J2215/52—Oxygen production with multiple purity O2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/50—Oxygen or special cases, e.g. isotope-mixtures or low purity O2
    • F25J2215/56—Ultra high purity oxygen, i.e. generally more than 99,9% O2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/50—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams the fluid being oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/52—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams the fluid being oxygen enriched compared to air, e.g. "crude oxygen"
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/50—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/52—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being oxygen enriched compared to air ("crude oxygen")
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/02—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream
    • F25J2240/04—Multiple expansion turbines in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/40—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval
    • F25J2240/42—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval the fluid being air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/02—Recycle of a stream in general, e.g. a by-pass stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/50—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/02—Bath type boiler-condenser using thermo-siphon effect, e.g. with natural or forced circulation or pool boiling, i.e. core-in-kettle heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/20—Boiler-condenser with multiple exchanger cores in parallel or with multiple re-boiling or condensing streams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/02—Internal refrigeration with liquid vaporising loop

Definitions

  • the invention relates to a method for the low-temperature separation of air and a corresponding system according to the preambles of the independent claims.
  • Air separation plants have rectification column systems that
  • Multi-column systems can be formed.
  • rectification columns for the production of nitrogen and / or oxygen in the liquid and / or gaseous state that is to say the rectification columns for the nitrogen-oxygen separation
  • rectification columns for the production of further air components in particular the noble gases krypton, xenon and / or argon, can be provided.
  • the terms "rectification” and “distillation” as well as “column” and “column” or terms composed thereof are frequently used synonymously.
  • 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 (also referred to as the upper column).
  • the high pressure column is typically on a
  • Low pressure column is operated at a pressure level of typically 1 to 2 bar, in particular approximately 1, 4 bar. In certain cases, both can
  • Rectification columns can also be used at higher pressure levels. With the here and the pressures given below are absolute pressures at the top of the respective columns.
  • SPECTRA processes are known from the prior art for providing pressurized nitrogen as the main product. These are explained in detail below.
  • the present invention sets itself the task of improving such SPECTRA processes, primarily with regard to energy consumption and material yield.
  • a main focus of the object placed on the present invention is in particular to specify a method and an air separation plant, by means of which, in addition to larger amounts of high-purity, gaseous nitrogen, clearly on one
  • a further nitrogen product and / or argon can also be provided in an advantageous manner above the atmospheric pressure level.
  • the present invention proposes a method for
  • Liquids and gases can be rich or poor in one or more components in the parlance used here, “rich” for a content of at least 75%, 90%, 95%, 99%, 99.5%, 99.9% or 99.99% and “poor” for a content of at most 25%, 10%, 5%, 1%, 0.1% or 0.01% on mole, weight or Volume basis can stand.
  • the term “predominantly” can correspond to the definition of "rich”.
  • Liquids and gases can also be enriched or depleted in one or more components, these terms refer to a content in a starting liquid or gas from which the liquid or gas was obtained. Be the liquid or the gas
  • Temperatures are the terms "pressure level” and "temperature level”, 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 in order to implement the inventive concept. However, such 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. In particular, pressure levels include, for example, unavoidable or expected pressure drops. The same applies to temperature levels. For those given here in cash
  • Pressure levels are absolute pressures.
  • turbo expanders are typically understood to be known turbo expanders. These expansion machines can in particular also be coupled to compressors. These compressors can in particular be turbocompressors.
  • turbocompressors A corresponding combination of turboexpander and turbocompressor is typically also referred to as a "turbine booster".
  • turbine booster the turboexpander and the turbocompressor are mechanically coupled, the coupling being the same speed (for example via a common shaft) or different in speed (for example using a suitable one gear).
  • compressor is generally used here.
  • a "cold compressor” here designates a compressor to which a fluid flow at a temperature level significantly below 0 ° C, in particular below -50, -75 or -100 ° C and up to -150 or -200 ° C is supplied.
  • a corresponding fluid flow is cooled in particular to a corresponding temperature level by means of a main heat exchanger (see immediately).
  • a “main air compressor” is characterized by the fact that it compresses all of the air that is supplied to the air separation system and that is separated there.
  • additional compressors for example post-compressors
  • only a portion of this air which has already been compressed in the main air compressor is compressed further.
  • the "main heat exchanger" of an air separation plant represents the heat exchanger in which at least the
  • a "heat exchanger” for use in the context of the present invention can be designed in a manner customary in the art. It is used for the indirect transfer of heat between at least two e.g. Fluid flows guided in countercurrent to one another, for example a warm compressed air flow and one or more cold ones
  • Fluid flows or a cryogenic liquid air product and one or more warm or warmer, but possibly also cryogenic fluid flows.
  • Heat exchanger can be formed from a single or several heat exchanger sections connected in parallel and / or in series, e.g. from one or more plate heat exchanger blocks. For example, it is a
  • Such a heat exchanger has "passages" which are separated from one another by fluid channels
  • Heat exchange surfaces are formed and in parallel and separated by other passages to "passageway groups". Characteristic of a
  • Heat exchanger is that it has heat between two mobile at a time Media is exchanged, namely at least one fluid stream to be cooled and at least one fluid stream to be heated.
  • a "condenser evaporator” is a heat exchanger in which a first, condensing fluid stream enters into indirect heat exchange with a second, evaporating fluid stream.
  • Each condenser evaporator has one
  • Evaporation rooms have liquefaction or evaporation passages.
  • the condensation (liquefaction) of the first fluid flow is carried out in the liquefaction space, and the evaporation of the second fluid flow is carried out in the evaporation space.
  • the evaporation and liquefaction space are formed by groups of passages that are in heat exchange relationship with each other.
  • the present invention comprises the low-temperature separation of air according to the so-called SPECTRA method, as described, inter alia, in EP 2 789 958 A1 and the other patent literature cited therein.
  • this is a single-column process.
  • Such processes enable a high nitrogen yield.
  • a return to a rectification column, which in the simplest case is the only one, is achieved by condensing top gas Rectification column, more precisely a part of this top gas, provided in a heat exchanger. Fluid that is taken from the same rectification column is used for cooling in the heat exchanger. Additional head gas can be provided as a nitrogen-rich product of the process or the system.
  • the SPECTRA process cools compressed and pre-cleaned air to a temperature suitable for rectification. This can partially liquefy it.
  • the air is then fed into the rectification column just mentioned and rectified there under the typical pressure of a high-pressure column, as explained at the outset, to obtain the top gas which has already been enriched in nitrogen with respect to atmospheric air and a liquid bottom liquid which is enriched in oxygen with respect to atmospheric air.
  • Rectification column mentioned used in which a gaseous top product enriched with nitrogen in relation to atmospheric air and a liquid bottom product enriched with oxygen in relation to atmospheric air are formed on the one hand.
  • top product and “top gas” on the one hand and “bottom product” and “bottom liquid” on the other hand are used synonymously here.
  • This rectification column the top gas of which is partly liquefied or partly liquefied in the manner described using expanded fluid from the same rectification column and then at least partly on the same Rectification column is referred to here as the "first" rectification column.
  • this can also be the only rectification column in known SPECTRA processes. However, this is not the case in the context of the present invention.
  • first material flow This or these material flows is or are referred to below as the "first” material flow or “first” material flows.
  • the fluid can only be in the form of a first
  • Material flow or in the form of two or more separate first material flows through the heat exchanger For example, a material stream can first be removed from the rectification column and then divided, or two separate first material streams, in particular with different oxygen contents, can already be removed from the rectification column separately.
  • the fluid is that of the first
  • Rectification column in the form of one or more first material streams removed and heated in the heat exchanger, compressed to a first part in one or more compressors and fed back into the first rectification column after this compression.
  • Heat exchanger is heated, relaxed in the SPECTRA process using one or more expansion machines and in particular as a so-called residual gas mixture from the air separation plant.
  • the first and second part of the fluid which is removed from the rectification column in the form of the one or more first material flows, i.e. the compressed and the relaxed part, can in turn be two first material flows, as explained above, which are already separate from the first Rectification column, however, can also be portions of only one first stream taken from the first rectification column.
  • the first and second part can also have been passed through the heat exchanger together and only then divided into the first and second part.
  • Rectification column in the form of one or more first streams removed and heated in the heat exchanger can or can
  • one or more compressors are used, which is or are coupled to one or more expansion machines.
  • expansion machine or machines in particular the expansion of the mentioned second part of the fluid, which is taken from the first rectification column in the form of the one or more first material flows and heated in the heat exchanger, can be carried out.
  • the expansion machine or machines in particular the expansion of the mentioned second part of the fluid, which is taken from the first rectification column in the form of the one or more first material flows and heated in the heat exchanger, can be carried out.
  • the expansion machine or machines in particular the expansion of the mentioned second part of the fluid, which is taken from the first rectification column in the form of the one or more first material flows and heated in the heat exchanger, can be carried out.
  • only parts of the first and second portions in the correspondingly coupled units are compressed or
  • a relaxation machine that is not coupled to a corresponding compressor can, if present, be braked in particular mechanically and / or by means of a generator. Braking is also an option
  • a compressor can be used, which is coupled to one of two expansion machines arranged in parallel. Will only be one
  • the compressor can be coupled to this.
  • the wording used below merely for reasons of clarity, according to which "a" compressor is coupled to "a” expansion machine, does not exclude the use of several compressors and / or expansion machines in any mutual coupling. However, the compressor or compressors described does not have to be driven, in particular not exclusively, by means of the one or more expansion machines mentioned.
  • a supporting or exclusive drive can also take place using an electric motor, or a brake can be interposed between the expansion machine or machines and the compressor (s).
  • the compressor or compressors are one or more cold compressors, since this or these is the first portion of the fluid that is taken from the rectification column in the form of the one or more first material flows and in the
  • Heat exchanger is heated, despite this heating and a possibly
  • Rectification column in the form of the one or more first material flows and is heated in the heat exchanger, and its described discharge from the air separation plant, can also be based on a corresponding one
  • Relaxation can be dispensed with and / or this second part can, with or without relaxation, be fed into one or more further rectification columns, as will be explained further below.
  • two first material flows in the form of a liquid can be obtained from the first rectification column
  • Material stream with a first oxygen content and a liquid material stream with a second, higher oxygen content are deducted.
  • the first stream of material with the first (lower) oxygen content can be withdrawn from the first rectification column from an intermediate plate or from a liquid retention device.
  • the second stream with the second (higher) oxygen content can in particular be formed using at least part of the liquid bottom product of the first rectification column.
  • the first material flow with the first (lower) oxygen content can in particular form the previously explained first part of the fluid, that of the first
  • Rectification column is removed in the form of the one or more first material flows and heated in the heat exchanger, which is used to condense the portion of the top gas of the first rectification column treated in this way is used.
  • the first material flow with the first (lower) oxygen content can thus form the first part, which is compressed after use in the one or more compressors, and which afterwards into the first
  • Rectification column is fed back.
  • the first stream of material with the second (higher) oxygen content can in particular form the previously explained second part of the fluid, which is removed from the first rectification column in the form of the one or more first streams of material and heated in the heat exchanger, which is used to condense the in this way treated part of the top gas of the first rectification column is used.
  • the first material flow with the second (higher) oxygen content can thus form the second part which is compressed after use in the one or more compressors, and which afterwards into the first
  • Rectification column is fed back.
  • oxygen columns can also be used to obtain pure or high-purity oxygen, which are operated at the pressure level of typical low-pressure columns explained at the beginning.
  • a corresponding oxygen column is also referred to below as the "second" rectification column.
  • first rectification column Further fluid from the first rectification column is fed into such a second rectification column.
  • This further fluid contains oxygen, argon and nitrogen and is withdrawn in liquid form from the first rectification column in the form of (at least) another stream (hereinafter referred to as "second" stream).
  • second stream another stream
  • the second material flow is in particular above the first material flow with the first (lower)
  • the present invention is based on the finding that a process of the type explained above can be modified particularly advantageously by the fact that the oxygen column just explained, that is to say a second rectification column used in a modified SPECTRA process, is formed as part of a double column which in addition to a third in the second rectification column
  • Rectification column comprises, which is arranged as part of the double column below the second rectification column, and softer air is supplied.
  • the present invention therefore provides an air feed in a SPECTRA process not only into the first column, but also into the third column.
  • the first rectification column is operated at a first pressure level and the second rectification column at a second pressure level below the first pressure level.
  • Pressure levels such as those used in conventional air separation plants, especially SPECTRA plants with oxygen generation.
  • Pressure level can be in particular 7 to 12 bar, the second pressure level in particular 1, 2 to 5 bar.
  • the second pressure level can generally be 1 to 4 bar. They are absolute pressures at the head of each
  • Rectification columns can in particular be arranged next to one another and are typically not combined with one another in the form of a double column, in which case a "double column” is generally understood to mean a separating apparatus which is formed from two rectification columns and is constructed as a structural unit in which the column jackets of the two rectification columns are line-less, ie are directly connected to one another, in particular welded. However, no fluid connection has yet to be established by this direct connection alone.
  • the second rectification column can in particular be an oxygen column.
  • Atmospheric air which has been compressed and then cooled is fed to the first rectification column.
  • appropriate air can be fed to the first rectification column in the form of a plurality of material streams which are treated differently and, if appropriate, can be passed through further apparatus beforehand.
  • the air fed into the first rectification column can be fed in, in particular, in the form of a liquefied substream and a non-liquefied substream. Further refinements of the air feed, which can be used in particular in the context of the present invention, are explained in more detail below.
  • typically no air is fed to the second rectification column; more generally speaking, the second
  • Rectification column typically not fed material streams that have not previously been taken from another rectification column or formed from such material streams.
  • fluid which is enriched in oxygen in relation to atmospheric air is removed from the first rectification column in the form of one or more first material flows.
  • this can in particular involve two first material flows with different ones
  • At least a portion of the fluid that was withdrawn from the first rectification column in the form of the one or more first material streams is heated in a heat exchanger in the context of the present invention, and again a portion thereof, i.e. the fluid that is heated in the heat exchanger (and previously in the form of the one or more first streams from the first rectification column) (previously referred to as "first part"), is compressed in the context of the present invention using a compressor and into the first Rectification column returned.
  • a compressor can also be used in this context, as mentioned.
  • the feed back into the first rectification column takes place in particular in the form of a feed back into a bottom area of the first rectification column.
  • the heat exchanger is used for cooling and condensation or partial condensation of overhead gas from the first rectification column, at least some of which is returned to the first rectification column as reflux.
  • the top gas of the first rectification column is (partially) condensed to a first portion in the heat exchanger (and at least a portion of this in turn is returned to the first rectification column as reflux).
  • a second portion of the overhead gas is discharged from the process or the plant as at least one nitrogen-rich air product.
  • This at least one air product such as the overhead gas from the first rectification column from which it was formed, has a certain residual oxygen content, which can be in particular 0.001 to 10 ppm.
  • corresponding top gas can be made available in liquefied form as a gaseous nitrogen product at the first pressure level mentioned.
  • This nitrogen product is a main product of the proposed method. It can be used in particular in one
  • the main heat exchanger of the air separation plant is warmed up to ambient temperature and then made available at the first pressure level.
  • a portion of the overhead gas can also be provided as a liquid nitrogen product of the process or of the system, in particular after subcooling against a further portion, which is then discarded in particular.
  • oxygen in addition to the non-liquefied overhead gas as the main product, oxygen, in particular high-purity oxygen, is also provided as the air product.
  • argon can also be provided as a product of the method.
  • a further portion of the fluid which has been heated in the heat exchanger (and which was previously taken in the form of the one or more first streams from the first rectification column) (previously referred to as "second part") can be expanded in the manner explained in the context of the present invention and for example from the Air separation plant to be rejected.
  • second part A further portion of the fluid which has been heated in the heat exchanger (and which was previously taken in the form of the one or more first streams from the first rectification column) (previously referred to as "second part") can be expanded in the manner explained in the context of the present invention and for example from the Air separation plant to be rejected.
  • one or more expansion machines used here can be coupled to the compressor or compressors mentioned above. In this regard, too, reference is made to the above explanations.
  • Main heat exchanger of the air separation plant differs and is designed in particular as a separate structural unit.
  • the main heat exchanger of the air separation plant differs and is designed in particular as a separate structural unit.
  • the air separation plant is characterized in particular by the fact that it cools all or at least most of the air supplied to the air separation plant as a whole.
  • this is not the case in the heat exchanger in which the first portion of the top gas of the first rectification column is cooled or (partially) condensed, and through which the first material stream (s) are at least partially led.
  • the method proposed according to the invention is a SPECTRA method with additional oxygen production.
  • further fluid which contains oxygen, nitrogen and argon, is therefore removed from the first rectification column.
  • This further fluid is used as a second stream or to form a second stream which is transferred to the second rectification column.
  • An oxygen-rich bottoms liquid is formed in the bottom of the second rectification column and at least a portion in the form of a third stream from the second rectification column or the
  • This oxygen-rich liquid has in particular a residual nitrogen content, as will be explained in more detail below.
  • the argon content of the further fluid, which is removed from the first rectification column and used as the second stream or to form the second stream which is transferred to the second rectification column, is in particular 2 to 4 mol percent, and its oxygen content is in particular 10 to 30 Mole percent.
  • the argon content of this fluid depends in particular on the removal height from the first rectification column, which is therefore more suitable Way is chosen. The extraction height of this fluid and thus the second
  • the material flow is typically above the removal height (s) of the fluid, which is carried out in the form of the one or more first material flows from the first rectification column.
  • the separating trays located in the first rectification column between the corresponding removal points also block hydrocarbons in particular. Therefore, these withdrawal heights are advantageously selected with a view to this aspect, so that the oxygen product obtained has the required purity with regard to hydrocarbons.
  • Double column system are used, the upper part of the second
  • Rectification column is called.
  • the further fluid which is removed from the first rectification column can, for example, also initially be fed into this third rectification column.
  • liquid is withdrawn from the third rectification column and into the second rectification column immediately below the feed point
  • the second stream of material or corresponding fluid is thus here, as it were, "via the detour” via the third rectification column into the second rectification column.
  • fluid which contains oxygen, nitrogen and argon is removed from the first rectification column and used "to form" the second stream.
  • the second stream can also be a direct, i.e. without going through another rectification column, into the second
  • Rectification column transferred material stream act, in which case that from the first rectification column in the language used here "as" the second material flow is used.
  • Rectification column is possible, especially to balance the liquid balance. These measures do not limit the invention.
  • a third rectification column is used, the second rectification column and the third rectification column are formed as parts of a double column, the third rectification column being arranged below the second rectification column in the sense explained and the third rectification column being fed with air.
  • double column reference is made to the above explanations.
  • the third rectification column is in particular at a pressure level between the first and the second pressure level, that is between the
  • This pressure level is in particular 4 to 7 bar, in particular approximately 5.5 bar absolute pressure. Air is fed to the third rectification column, which was previously compressed and cooled, and in particular by means of a further one
  • Expansion machine can be expanded to the pressure level at which the third rectification column is operated.
  • the air with which the third rectification column is operated can be expanded to the pressure level at which the third rectification column is operated.
  • Rectification column is fed, ie comprises compressed and cooled air, which is expanded using a flash machine.
  • the second rectification column can be operated with a condenser evaporator which is arranged in a bottom region of the second rectification column and which is heated using fluid which is removed and / or fed to the third rectification column. In this way, particularly efficient processes can be implemented.
  • the air which may be expanded by means of the expansion machine and with which the third rectification column is fed, can be at least partially liquefied in the condenser evaporator, which is arranged in the bottom region of the second rectification column, and returned to the third rectification column as a liquid reflux.
  • Rectification column can be arranged, top gas of the third
  • Rectification column at least partially liquefied and returned to the second or third rectification column as reflux.
  • a gaseous top product of the third rectification column can be used to heat a condenser evaporator of the second rectification column, the liquid formed in part being reflux to the second Rectification column and can be used as reflux to the third rectification column.
  • a corresponding design has the advantage that a further increase in argon yield and total energy range can be achieved.
  • bottom liquid in particular, can be formed in the third rectification column, which liquid flows into the second
  • Rectification column can be fed. It can also be provided that part of this bottom liquid is used to cool an overhead condenser of an additionally present argon column (ie a "fourth" column as explained below) and only then feed it into the second rectification column. By contrast, a further part can be transferred directly into the second rectification column bypassing such a top condenser.
  • the third rectification column receives air previously released in a flash machine as a gaseous feed stream.
  • the previously compressed and cooled air can be fed to the third rectification column, which air is expanded by means of an expansion machine. It goes without saying that this is additional air which, in addition to the air fed into the first rectification column, is subjected to decomposition in the process or the system.
  • a further liquid stream can optionally be removed from the third rectification column, which can be fed back into the first rectification column in particular by means of a pump.
  • oxygen-rich fluid is formed in the bottom of the second rectification column. This can be seen in the second rectification column.
  • Removal can take place partly in gaseous and partly in liquid form.
  • This fluid typically has an oxygen content of more than 97 mole percent, in particular more than 99.0 mole percent.
  • Rectification column can be removed further fluid that in a
  • Embodiment of the invention can be derived from the air separation plant and discarded. It is a nitrogen-oxygen mixture.
  • the top gas is the second Rectification column, however, formed as a further nitrogen-rich fluid and provided as a further nitrogen-rich air product.
  • the top gas of the second rectification column can be obtained with a higher degree of purity by withdrawing a gaseous partial stream slightly below the top of the second rectification column. By withdrawing this partial stream, a nitrogen product with typically only about 1 ppm, maximum 100 ppm, of oxygen is generated in a conventional air separation plant at the top of the second rectification column.
  • This product can either be directly in the main heat exchanger
  • the temperature level at or near the ambient temperature is warmed up or partially warmed up and compressed in a hot compressor to a pressure level of, for example, approximately 1.7 to 2.5 bar, in particular approximately 2.2 bar.
  • this product, or a partial stream thereof can also be removed from the skin heat exchanger at an intermediate temperature level, passed through a cold compressor and fed back to the main heat exchanger and further heated.
  • the compression in the hot compressor can follow this.
  • the cold compressor can in particular be coupled to an expansion machine which expands the compressed and partially cooled feed air which is fed into the third rectification column.
  • a nitrogen-rich liquid reflux to the second rectification column can be used in particular.
  • the invention is characterized in particular by the fact that nitrogen-rich overhead gas is formed at the top of the second rectification column, and that at least a portion of the nitrogen-rich overhead gas as a further nitrogen-rich air product with a residual oxygen content which is above the residual oxygen content of the overhead gas of the first rectification column, however, is still significantly below the residual oxygen content of fluids which are removed from these oxygen columns at the top in regular SPECTRA processes with oxygen columns.
  • this can also be made possible in particular by the fact that compared to conventional
  • Rectification column installed that removed another fluid below and that a liquid, nitrogen-rich reflux is added to the top of the second rectification column.
  • the overhead gas of the first rectification column has a residual oxygen content of 0.1 ppb to 10 ppm, more particularly 0.5 ppb to 1 ppm or up to 100 ppb.
  • the residual oxygen content of the at least one nitrogen-rich provided in the context of the present invention
  • Air product formed using this top gas is therefore in this range.
  • the residual oxygen content of the top gas of the second rectification column is above this in the embodiment of the present invention just mentioned.
  • This residual oxygen content is in particular 10 ppb to 100 ppm, in particular 100 ppb or 500 ppb to 10 ppm.
  • the residual oxygen content of the further nitrogen-rich air product provided in the context of the present invention using this overhead gas is therefore in this range. All data in ppb or ppm indicate the molar fraction.
  • the residual oxygen content of the further nitrogen-rich air product obtained in the mentioned embodiment of the invention can be achieved in particular by equipping the second rectification column with additional trays or packing areas.
  • the second rectification column therefore preferably has 50 to 120, for example 70 to 95, in particular 72 to 90, theoretical plates.
  • top gas of the second rectification column is provided, but in particular achieve the use of a nitrogen-rich liquid reflux to the second rectification column.
  • the provision of a nitrogen-rich liquid stream and its function as reflux in an upper region of the second rectification column is therefore provided in the context of a particularly preferred embodiment of the present invention.
  • the reflux has a residual oxygen content which is in particular lower than the residual oxygen content of the top gas of the second rectification column.
  • the nitrogen-rich liquid stream which is used in this embodiment of the present invention to form the reflux to the second rectification column can in particular be removed from the first rectification column or from a further rectification column.
  • liquid argon can be delivered or evaporated on site, or gaseous argon can be produced on site.
  • the delivery of liquid argon not only brings economic disadvantages (transport costs, refueling losses, cold losses due to evaporation against ambient air), but also places high demands on the
  • plants for the low-temperature separation of air are increasingly in demand, which, in addition to larger quantities of gaseous, high-purity nitrogen, can also supply smaller quantities of gaseous argon.
  • the nitrogen produced should typically have only about 1 ppb, a maximum of 1000 ppb, oxygen, be essentially particle-free, and be able to be delivered at a significantly above-atmospheric pressure level.
  • Air separation plants are typically used to obtain argon
  • Nitrogen and otherwise essentially oxygen It is expressly emphasized that the values given for the gas drawn off from the low-pressure column are only typical example values.
  • the crude argon column essentially serves to separate the oxygen from the gas drawn off from the low-pressure column.
  • the oxygen separated off in the crude argon column or a corresponding oxygen-rich fluid can be returned in liquid form to the low-pressure column.
  • Oxygen-rich fluid is typically fed into the low-pressure column several theoretical or practical trays below the feed point for liquid drawn off from the high-pressure column, oxygen-enriched and nitrogen-depleted and possibly at least partially evaporated.
  • a gaseous fraction remaining in the crude argon column and essentially containing argon and nitrogen is separated further in the pure argon column to obtain pure argon.
  • the crude and pure argon columns have top condensers, in particular with a portion of the withdrawn from the high-pressure column
  • Oxygen-enriched and nitrogen-depleted liquid can be cooled, which partially evaporates during this cooling.
  • Other fluids can also be used for cooling.
  • a pure argon column can also be dispensed with in corresponding systems.
  • the system is typically designed or operated in such a way that the nitrogen content at the argon transition is below 1 ppm or below the required product purity.
  • Argon of the same quality as from a conventional one is typically designed or operated in such a way that the nitrogen content at the argon transition is below 1 ppm or below the required product purity.
  • pure argon column is typically made somewhat lower than that from the crude argon column or a comparable column
  • Fluid conventionally transferred into the pure argon column is withdrawn, the trays in the section between the crude argon condenser, that is to say the top condenser of the crude argon column, and a corresponding vent for an argon product, in particular serving as barrier plates for nitrogen.
  • the present invention now proposes a method and an air separation plant, by means of which, in addition to larger quantities of high-purity, gaseous nitrogen at a clearly superatmospheric pressure level, comparatively smaller quantities of argon can also be advantageously provided.
  • fluid is taken from the second rectification column to obtain argon and used as a third stream or to form a third stream, this fluid having a higher argon content than that of the oxygen-rich liquid bottoms in the sump the second rectification column is formed.
  • This fluid also has a lower oxygen content than the oxygen-rich bottom liquid which is formed in the bottom of the second rectification column. In particular, it can have 45 to 60 mole percent oxygen, 40 to 55 mole percent argon and less than 1 mole percent nitrogen.
  • the fluid which is removed from the second rectification column and used as the third stream or to form the third stream can be removed at the level of the so-called argon maximum, as occurs in known low-pressure columns of air separation plants.
  • a fourth rectification column into which the third stream is fed, an argon-rich fluid having a content of more than 95 mole percent argon being formed in the fourth rectification column, and in particular directly or after further purification as one
  • Argon product can be used.
  • a content of less than 1 ppm nitrogen in the third stream can be achieved in particular by the fact that above the argon transition in the A corresponding nitrogen separation takes place in the second column by means of suitable additional trays. If the fluid that is taken from the second rectification column and used to form the third stream, has one
  • Rectification column can be provided. If the nitrogen content is significantly higher, a pure argon column is typically used in addition to a corresponding fourth rectification column, which then corresponds to a classic crude argon column. As an alternative to using a pure argon column, liquid argon can also be somewhat below the top of the fourth rectification column
  • the fourth rectification column is one
  • Rectification column which largely corresponds to the typical crude argon column of a conventional process for the low-temperature separation of air. If necessary, a pure argon column can be provided. With the previously described low nitrogen contents, a pure argon column can typically be dispensed with. If the nitrogen content is higher than the 1 ppm mentioned, the oxygen and argon content can be correspondingly lower. Typically, the oxygen content here is 45 to 60 mole percent and the argon content is 40 to 55 mole percent, but in this case based on the
  • the third stream which is fed into the fourth rectification column can in particular also be a stream which is taken from a further rectification column, which in turn is fed with fluid from the second rectification column. Please refer to the explanations below. Even in this case, however, the fluid that comes from the second
  • Rectification column is removed, used to form the fourth stream, namely via the detour of the further rectification column.
  • Oxygen content and high-purity oxygen (with traces of argon or
  • an oxygen product can always be removed from the second rectification column, even if, for example, a third rectification column is provided for oxygen production.
  • an oxygen-rich gas can be removed from the second rectification column and (in contrast to the admixture to other streams, as illustrated for example in FIG. 31), separately by the
  • Main heat exchanger are guided and discharged from the system as a product. In this way, oxygen with a purity of 99% and better is obtained, which corresponds to the purity of so-called technical oxygen.
  • a bottom liquid is formed in the bottom of the fourth rectification column, which in particular by means of a pump in the second
  • Rectification column can be recycled.
  • a feed point in the second rectification column is in particular at the same height or in the vicinity of the removal point of the fluid which is used as the third stream or to form the third stream, with "near" here being one
  • Feed position is understood, which differs by no more than 10 theoretical or practical floors. Because the two flows from and to the fourth
  • Rectification column are in equilibrium, the feedback can also be at the same level, i.e. in particular on the same floor.
  • a particularly great advantage of the embodiment of the present invention that has just been explained is that by supplementing a SPECTRA process with an additional argon recovery, up to 50% of the argon contained in the process air can be obtained as a product without one
  • the second rectification column is operated with a condenser evaporator arranged in its bottom region.
  • a condenser evaporator arranged in its bottom region.
  • Condenser evaporators other streams than those mentioned can also be used.
  • part of the atmospheric air which was previously compressed and cooled can be used for this purpose in the context of the present invention.
  • Corresponding air can be present, for example, at the pressure level of the first rectification column or can be expanded beforehand by means of an expansion machine. In the former case, the air is typically
  • Main condenser of the air separation plant to a temperature level close to its condensing temperature i.e. a temperature level which is not more than 50 K, 25 K or 10 K above the condensing temperature is cooled.
  • the air is only cooled to a temperature level before its relaxation, which is in particular below -50 ° C, but at least 50 K above that
  • the pressure is typically released to a pressure level which is below the first pressure level at which the first rectification column is operated, typically to about 4 to 6 bar absolute pressure.
  • the air used to heat the condenser evaporator liquefies at least partially and can therefore be fed in an appropriate form into the first and / or the third rectification column, with any occurring
  • Differences in pressure can be compensated by the interposition of a pump or by a purely hydrostatic-geodetic pressure increase.
  • one or more further material flows can also be used to heat the condenser evaporator in the second rectification column.
  • this can be the fluid which contains oxygen, nitrogen and argon, which is taken from the first rectification column as the second stream or is used to form the second stream and which is transferred to the second rectification column, or a part thereof .
  • a corresponding second liquid stream is removed, for example, from the first rectification column, passed through the condenser evaporator, supercooled and then in particular below a top region, ie in particular below the nitrogen-rich reflux, fed to the second rectification column. In this way, this second stream can be used as reflux to the second rectification column.
  • the condenser evaporator can also be operated with overhead gas from the third rectification column, as mentioned.
  • a nitrogen-rich reflux to the second rectification column can be formed from the first rectification column using nitrogen-rich liquid.
  • a corresponding stream of material can be cooled in particular in the condenser evaporator of the second rectification column; however, it is also possible to use one
  • this material stream is advantageously removed from the first rectification column significantly above the second material stream.
  • top gas is removed from the second rectification column and, in particular, is discharged from the air separation plant, as already explained above in various configurations. According to one embodiment of the present invention, at least some of this top gas is expanded, heated and removed from the
  • the second rectification column can, as mentioned, be operated at the second pressure level, in particular at a pressure level of 1.1 to 1.6 bar absolute pressure, with the first rectification column being supplied with compressed and cooled air, from which a partial flow is by means of an expansion machine is expanded to the second pressure level at which the second rectification column is operated.
  • this partial stream After its expansion in the condenser evaporator, which is arranged in the bottom region of the second rectification column, this partial stream can be at least partially liquefied and fed into the first rectification column.
  • Such an embodiment has the advantage that both the argon yield and the total energy range are significantly improved.
  • the relaxation machine used for this relaxation can be coupled to a compressor, which in the previously explained embodiment of the invention further air product, which is formed using overhead gas from the second rectification column, is hot compressed.
  • braking for example by means of a generator and / or by means of an oil brake, can also be provided.
  • the expansion machine can also be expanded with additional fluid.
  • Rectification column in the configurations in which it is present, are operated with a top condenser, the evaporation space on one
  • Pressure level of less than 1.2 bar absolute pressure or 150 mbar gauge pressure is operated and cooled with fluid, which is then fed into the second rectification column or discharged from the air separation plant.
  • This fluid can in particular be the bottom liquid of the first or, if present, the third rectification column, or a corresponding fluid can comprise part of this bottom liquid (s). However, other fluids can also be used.
  • Head capacitor can increase the argon yield in the context of the invention. This can be made possible in particular by the fact that corresponding fluid is not used as regeneration gas in the air separation plant.
  • Rectification column in particular the first or the third rectification column, can be used in a proportion as the fluid or as a part of the fluid, by means of which the top condenser of the fourth rectification column is cooled. As mentioned, the corresponding fluid can then be obtained in particular from the
  • overhead gas which is formed in the fourth rectification column can in particular have a content of more than 99.999 mol percent argon.
  • this overhead gas can be obtained as an argon product from the rectification without further rectification
  • Form in the fourth rectification column with a lower argon content for example with an argon content of more than 95 and less than 99.999 mole percent.
  • a further rectification column in the form of a known pure argon column can then be provided, in which this overhead gas can then be rectified to obtain an argon product with a corresponding purity of more than 99.999 mol percent.
  • known crude and pure argon columns reference is made to the specialist literature cited at the beginning.
  • an argon-rich fluid in liquid form below the top of the third rectification column in the form of the fifth stream can also be withdrawn from this in place of overhead gas.
  • an amount of the argon product formed in the air separation unit can comprise 1% to 50% of a total amount of argon supplied to the air separation unit in the form of atmospheric air.
  • a fifth rectification column can be used to produce ultra-high purity oxygen with an oxygen content of, for example, 99.5 mole percent with a residual content of up to 1 ppb methane, 10 ppb argon and not more than 1 ppb of other air components a liquid is formed with an oxygen content which is above an oxygen content of the oxygen-rich bottom liquid which is formed in the bottom of the second rectification column.
  • This fifth rectification column can in particular be designed as a double column which has an upper part and a lower part which are separated from one another in a fluid-tight manner.
  • Double column each formed a top gas and a bottom liquid.
  • the upper part can be used as a barrier against high boilers such as hydrocarbons are and is, from a functional point of view, an outsourced part of the fourth rectification column.
  • the lower part ie the fifth rectification column itself, is used as a stripping column for separating low boilers such as argon.
  • Rectification column or its lower part a liquid with a
  • Oxygen content are formed which is above an oxygen content of
  • Rectification column is formed, and the fifth rectification column can be used to form the third stream which is fed into the fourth rectification column using the fluid which is withdrawn from the second rectification column and has a higher argon content than the oxygen-rich bottom liquid of the second rectification column .
  • the upper and the lower part of the double column just explained can each be operated with a reflux which is provided using bottom liquid from the fourth rectification column, if present, overhead gas from the upper and lower part of the double column just explained can be fed into the fourth rectification column , and the liquid with the
  • Bottom liquid which is formed in the bottom of the second rectification column, can be formed in the form of bottom liquid of the lower part.
  • the invention can include that the lower part of the double column, that is to say the fifth rectification column in the actual sense, by means of a
  • Rectification column is cooled.
  • the present invention also extends to an air separation plant which is set up to carry out a method according to a previously explained embodiment in the present invention.
  • the air separation plant proposed according to the invention has a main heat exchanger which is arranged in a first prefabricated cold box, and the first rectification column with the heat exchanger used for cooling its top gas is in a second
  • the second and third rectification columns are arranged in a third prefabricated cold box in such an air separation plant.
  • Such an air separation plant can in particular have one or more further rectification columns, as explained above with reference to the fourth and fifth rectification columns.
  • the one or at least one of the several further rectification columns can be in the third
  • Cold boxes can be arranged.
  • a cold box is an insulated container made of metal, which in each case surrounds all or all of the apparatus mentioned and is filled with insulating material, for example pearlite.
  • the devices required for operation such as heat exchangers and / or fittings, are arranged in the cold box, so that only piping has to be carried out when creating a corresponding system. This facilitates the creation on site.
  • a prefabrication includes, in particular, the creation of the cold box outer casing and, if necessary, the introduction of the above-mentioned apparatus with the corresponding piping. Therefore, only a connection (piping) has to be made on the construction site.
  • FIGS 1 to 31 illustrate air separation plants and parts of
  • Air separation plants in total or partial representation Air separation plants in total or partial representation.
  • Embodiments of the present invention illustrated and designated 100 to 3100.
  • the components of corresponding plants are first explained with reference to FIG. 1 and the air separation plant 100, which is not illustrated there, as illustrated.
  • the air separation plants 200 to 3100 according to FIGS. 2 to 31 elements which are structurally or functionally corresponding in each case are not repeatedly explained there.
  • FIG. 1 shows an air separation plant 100 according to the invention in the form of a schematic plant diagram.
  • a feed air stream a is fed to the air separation plant 100 from a warm part of the air separation plant 100, which is illustrated schematically here with 110 and in particular comprises devices for purifying and compressing feed air.
  • This feed air flow a is in a main heat exchanger 1
  • the warm part 110 of the air separation plant can be designed in a manner customary in the art.
  • the feed air stream a is then divided into two sub-streams b and c, the sub-stream b being fed directly into a first rectification column 11.
  • the partial stream c is passed through a condenser evaporator 121 of a second rectification column 12 and then, in particular after being combined with other streams as explained below, also fed into the first rectification column 11.
  • the partial streams b and c are each fed into the first rectification column 11 at a suitable height.
  • the first rectification column 11 is taken from two streams d and e, each comprising fluid which is enriched in oxygen compared to atmospheric air.
  • the stream d is first further cooled in the main heat exchanger 1 and then passed through a heat exchanger 2 which, as explained below, is used to cool overhead gas from the first rectification column 11.
  • the material flow e is first treated in a manner comparable to the material flow d, a part of the material flow e being able to be branched off as material flow e1 before the rest of the material flow e, which for the sake of simplicity is also referred to as e, is fed to the heat exchanger 2.
  • External liquid nitrogen X can also be fed to the material flow e if required.
  • the stream e is taken from the bottom of the first rectification column 11, while the stream d is taken from one position, several theoretical or practical trays above the bottom of the first rectification column 11.
  • the material flows d and e are passed separately through the heat exchanger 2.
  • the material stream e is then partially heated in the main heat exchanger 1 and expanded in the form of two partial streams by means of an expansion machine 3 and possibly a bypass valve, which is not specifically designated. Then these
  • Main heat exchanger 1 is heated and executed from the air separation plant in the form of a collecting stream f or in the warm part 1 10, for example for
  • Relaxation machine 3 is coupled, compressed, then cooled and comparable to stream c, returned to the first rectification column 11. As illustrated in the form of a dashed stream d1, a bypass can also take place here.
  • the compressor 5 is coupled to the expansion machine 3 and also has an oil brake (not specifically designated here).
  • Top gas from the top of the first rectification column 11 is passed in the form of a stream g through the heat exchanger 2 and at least partially liquefied there.
  • This partially liquefied overhead gas can partly be returned to the first rectification column 11 in the form of a reflux stream and to a further extent as
  • Liquid nitrogen product B can be provided.
  • Subcooler 6 subcooled and run as a correspondingly subcooled liquid nitrogen product B.
  • a portion relaxed in the subcooler 6 for cooling can be combined with the material flow e already mentioned.
  • Part of the material flow g can also be discharged as a so-called purge P.
  • Additional head gas can be heated in the form of a material flow h in the main heat exchanger 1 and as a gaseous one
  • Nitrogen product C executed or used as sealing gas D.
  • the gaseous nitrogen product C represents a “nitrogen-rich air product” previously explained in relation to different configurations of the invention.
  • a material stream i is carried out in liquid form from the first rectification column 11, which subcooled in the condenser evaporator 121 of the second rectification column and as reflux to the second
  • Rectification column 12 is abandoned. From a region near the top of the first rectification column 11, at least clearly above the stream i, another, correspondingly nitrogen-rich, stream i1 is withdrawn in liquid form and above the stream i, in particular at the top, as a return to the second
  • a liquid can from the bottom of the second rectification column 12
  • oxygen-rich stream k are subtracted by means of a
  • Internal compression pump 7 or brought to pressure by means of pressure build-up evaporation and then heated in the main heat exchanger 1 and can be provided as an internally compressed oxygen pressure product E.
  • a part of the material flow k can also be provided as a liquid oxygen product F.
  • Further oxygen-rich liquid, but with a lower oxygen content, can analogously in the form of a Material stream k1 withdrawn from the second rectification column 12, brought to pressure by means of a further internal compression pump 7a and as another
  • rectification column 12 is withdrawn from stream I, which, after being combined with another stream, likewise heats up and, in
  • a stream m is withdrawn, which is fed into a lower area of a rectification column 14, which is referred to as the fourth rectification column 14 for reasons of consistency (in the embodiment not illustrated according to the invention, this is according to the invention used third
  • Rectification column 14 a further stream n is withdrawn by means of a pump 8 and returned to the second rectification column 12.
  • a material stream o is drawn off from the fourth rectification column 14 in an upper region, passed through a top condenser 141 of the fourth rectification column 141, at least partially liquefied there and returned to the fourth rectification column 14 as reflux.
  • An unevaporated portion can be released into atmosphere A.
  • a liquid argon product G becomes the fourth below the head
  • Rectification column 14 in the form of a stream p withdrawn liquid.
  • a corresponding material flow p can also be at least partially pressurized by means of a pump and heated in the main heat exchanger 1, so that an internally compressed argon product can be provided in this way.
  • the top condenser 141 of the fourth rectification column 14 is cooled with liquid, which can be fed to the top condenser 141 in the form of the material flow q already mentioned.
  • the material flow q can be formed using at least part of the material flow e1 also mentioned above and optionally the material flow k2. Portions not used to form stream q can be combined with stream c in the form of stream q1 and into the first Rectification column 1 1 are fed.
  • a stream r can be drawn off from an evaporation chamber of the top condenser 141 of the fourth rectification column 14, which stream can preferably be heated in the main heat exchanger 1 and carried out from the system, preferably without back pressure or essentially back pressure after combination with the stream I as explained with regard to this stream I. In this way, a low pressure can be set in the evaporation space of the top condenser 141.
  • a portion r1 of the stream r can also be fed into the second rectification column 12.
  • Liquid from the evaporation space of the top condenser 141 of the fourth rectification column 14 can, if necessary, be combined in the form of a stream s with the sub-streams of the stream e before they are heated in the main heat exchanger 1.
  • the material flows i and / or i1 can be subcooled against the material flow I in subcoolers, each designated 9, against the material flow I.
  • subcoolers each designated 9 against the material flow I.
  • Several subcoolers 9 can also be in a common apparatus
  • FIG. 2 shows a further air separation plant which is not according to the invention in the form of a schematic plant diagram and is designated overall by 200.
  • a partial flow a1 of the feed airflow a is taken from the main heat exchanger 1 at an intermediate temperature level, relaxed by means of a relaxation machine 201, which is coupled to a generator, and otherwise used like the material flow c according to FIG. 1 . If a corresponding relaxation machine is available and is used for the same or comparable purpose, this is also designated with 201 in the following figures.
  • the features which differ from the air separation plant 100 can be provided individually or together and / or can be combined with any features described above and below.
  • FIG. 3 shows a further air separation plant, which is not according to the invention, in the form of a schematic plant diagram and is designated overall by 300.
  • a material flow corresponding to material flow a1 in FIG. 2 can also be fed back to main heat exchanger 1 after it has expanded in expansion machine 201, where it can be heated and blown off to atmosphere A.
  • main heat exchanger 1 With regard to further details, reference is expressly made to the explanations for the above figures.
  • the features that differ from the preceding figures can also be provided individually or together and / or combined with any features described above and below.
  • FIG. 4 A further air separation plant, not according to the invention, is illustrated in FIG. 4 in the form of a schematic plant diagram and is designated overall by 400.
  • Air separation plants 100 to 300 do not use a material flow corresponding to material flow H here.
  • the features which differ from the preceding figures can also be provided individually or together and / or combined with any features described above and below.
  • FIG. 5 illustrates an air separation plant in accordance with an embodiment of the present invention in the form of a schematic plant diagram and is designated overall by 500.
  • the air separation plant 500 according to FIG. 5 differs from the previously explained configurations in particular in that the second
  • Rectification column 12 is formed as part of a double column which additionally has the third rectification column 13 already mentioned. A portion of the feed air stream a, as previously designated a1 and treated accordingly, is fed into a lower region of this third rectification column 13.
  • a material flow q2 which is otherwise used in a manner comparable to the material flow q of the preceding figures and is therefore also referred to here downstream as q, is
  • Top gas from the third rectification column 13 is at least partially liquefied in the form of a stream u in the condenser evaporator 121 and then in the form of a stream u1 as a return to the third
  • Rectification column 13 and used in the form of a partial stream u2 as reflux to the second rectification column 12.
  • Nitrogen-rich liquid is withdrawn from the third rectification column 13 in the form of a stream v via a side draw and is conveyed into the first rectification column 11 by means of a pump 501.
  • FIG. 6 A further air separation plant not according to the invention is illustrated in FIG. 6 in the form of a schematic plant diagram and is designated overall by 600.
  • the representation in FIG. 6 and the subsequent figures differs slightly from those in FIGS. 1 to 5, although part of the function of the elements shown is identical or comparable with regard to the technical function and is therefore indicated with identical reference numerals.
  • the air separation plant 600 is also supplied with a feed air flow a from a warm part, which is also summarized here with 110
  • atmospheric air L is formed.
  • a filter 1 11, through which feed air L is drawn in, a main air compressor 1 12 with aftercoolers, not specifically identified, a direct contact cooler, which is operated with water W, and an absorber set 1 15 are shown here.
  • the feed air stream a is also cooled in a main heat exchanger 1 of the air separation plant 600 and removed from the main heat exchanger 1 near its cold end.
  • the feed air stream a is divided as before into two partial streams b and c, the partial stream b being fed directly into the first rectification column, also denoted here by 1 1.
  • the second sub-stream c is in turn by a
  • Condenser evaporator 121 of a second one also designated here as 12 Rectification column 12 performed, but here, as explained below, carried out from the air separation plant 600.
  • the flow of current in the condenser evaporator 121 according to FIG. 6 is not illustrated crosswise,
  • Mainly nitrogen head gas and an oxygen-enriched bottom liquid formed. From the first rectification column 11, two material flows d and e are also removed here, each comprising fluid which is enriched in oxygen in relation to atmospheric air.
  • the stream d is first further cooled in the main heat exchanger 1 and then passed through a heat exchanger 2 which, as explained below, is used to cool overhead gas from the first rectification column 11.
  • the material flow e is first treated in a manner comparable to the material flow d, the material flow e here first being combined with the material flow c and then a further material flow q3 being branched off therefrom. Only then is this material flow, for the sake of simplicity further designated e, in the
  • Main heat exchanger 1 cooled further and fed to heat exchanger 2.
  • the material flow q3 is referred to in the further course for comparison with the previous figures and because of its corresponding use with q.
  • liquid nitrogen X can be fed to the stream e if required.
  • stream e becomes the bottom of the first
  • Rectification column 1 the stream d, however, from one position several theoretical or practical trays above the bottom of the first
  • Rectification column 1 1 removed.
  • the material flows d and e are passed separately through the heat exchanger 2.
  • the stream e is then partially heated in the main heat exchanger 1 and in the form of two streams by means of an expansion machine 3 and possibly one
  • Main heat exchanger 1 is heated and from the air separation plant in the form of a Collective flow f executed or used in the warm part 1 10 of the air separation plant 600, for example for the regeneration of the absorbers of the adsorber set 1 14.
  • Expansion machine 3 is coupled, compressed, then cooled and returned to the first rectification column. As illustrated in the form of a dashed stream d1, a bypass can also take place here.
  • the compressor 5 is coupled to the expansion machine 3 and also has an oil brake (not specifically designated here). Any other combinations are also possible.
  • Top gas from the top of the first rectification column 11 is passed in the form of a stream g through the heat exchanger 2 and at least partially liquefied there.
  • This partially liquefied overhead gas can partly be returned to the first rectification column in the form of a reflux stream and to a further extent as
  • Liquid nitrogen product B can be provided.
  • Subcooler 6 subcooled and run as a correspondingly subcooled liquid nitrogen product B.
  • a portion relaxed in the subcooler 6 for cooling can be combined with the material flow e already mentioned.
  • a part can also be rejected as a so-called Purge P.
  • Additional head gas can be heated in the form of a material flow h in the main heat exchanger 1 and can be designed as a gaseous nitrogen product C or used as a sealing gas D.
  • Rectification column 1 1 a stream i liquid executed, which in
  • Condenser evaporator 121 of the second rectification column 120 is supercooled and can be fed into the second rectification column 12 as reflux.
  • a liquid can from the bottom of the second rectification column 12
  • deducted oxygen-rich stream k which is fed here in liquid form in a tank system 101.
  • a corresponding liquid oxygen-rich material flow, here designated k3 can be drawn off from the tank system 101 or another tank, and then heated in the main heat exchanger 1 and provided as a gaseous oxygen product U.
  • the second rectification column 12 can in particular be designed and operated in such a way that by means of it an ultrahigh-purity oxygen product U with the previously explained specifications can be provided. This does not have to be the case with the second rectification columns 12 of the air separation plants 100 to 500.
  • oxygen-rich liquid can be drawn off analogously in the form of a material flow k1 from the second rectification column 12, brought to pressure by means of an internal compression pump 7a and made available as an internally compressed oxygen pressure product E1.
  • a stream I is withdrawn from the top of the second rectification column 12, which also forms the one already mentioned here
  • a material stream m is drawn off from a central region of the second rectification column 12, in particular at the argon transition, and is fed into a lower region of a fourth rectification column, also designated here as 14.
  • a further stream n is withdrawn from the bottom of the fourth rectification column 14 as above by means of a pump 8 and returned to the second rectification column 12.
  • Head gas rises from the top of the fourth rectification column 14 into a condensation chamber of a top condenser 141, where it is at least partially liquefied and returned to the fourth rectification column 14 as reflux.
  • An unevaporated portion can be released into atmosphere A.
  • a stream p is drawn off liquid below the top of the fourth rectification column 14. The material flow p is brought to pressure by means of a pump 7b and then heated in the main heat exchanger 1, so that an internally compressed argon product I can be provided in this way.
  • the top condenser 141 of the fourth rectification column 14 is also cooled here with liquid, which can be fed to the top condenser 141 in the form of the already mentioned stream q3, which is referred to as q below. From an evaporation space of the top condenser 141 of the fourth
  • Rectification column 14 a stream r can be withdrawn, which
  • Air separation plant can be run. In this way, a low pressure can be set in the evaporation space of the top condenser 141. Liquid from the evaporation space of the top condenser 141 of the fourth rectification column 14 is drawn off here in the form of the stream s.
  • FIG. 7 shows an air separation plant in accordance with a further embodiment of the present invention in the form of a schematic plant diagram
  • a partial flow of the feed air flow a which is denoted as a1 for the first time in FIG. 2, is removed from the main heat exchanger 1 at an intermediate temperature level and expanded by means of a relaxation machine denoted as 201 above.
  • the rest of the feed airflow a is at least partially in the first
  • Rectification column fed wherein a cross connection a2 between the sub-stream a1 and the stream a is provided.
  • the air separation plant 700 illustrated in FIG. 7 is further distinguished by the fact that the second rectification column 12 is designed as part of a double column which additionally has a third rectification column 13.
  • the relaxed portion of the feed air stream a designated a1 is fed into a lower region of this third rectification column 13.
  • a material flow which is otherwise used in a manner comparable to the material flow q of the preceding figures and is therefore also referred to here as q, is the third in the air separation plant 700 using sump liquid
  • Rectification column 13 formed. Top gas from the third rectification column 13 is at least partially liquefied in the form of a stream u in the condenser evaporator 121 and then used in the form of a substream u1 as a return to the third rectification column 13 and in the form of a substream u2 as a return to the second rectification column 12.
  • Nitrogen-rich liquid is withdrawn from the third rectification column 13 in the form of a stream v via a side draw and is conveyed into the first rectification column 11 by means of a pump, which is designated as 501 above.
  • Another stream k4 becomes gaseous from the second rectification column 12 deducted and combined with the streams I and r to a stream designated here with f1.
  • the stream f1 like the stream f, is in the
  • Main heat exchanger 1 heated and used accordingly.
  • the material flows q, i and u2 are subcooled against the material flow I in a common subcooler 9.
  • FIG. 8 shows an air separation plant according to a further embodiment of the present invention in the form of a schematic plant diagram
  • the air separation plant 800 according to FIG. 8 differs from the air separation plants 100 to 700 shown and explained above in particular in that a fifth rectification column 15 is used, which is set up as a rectification column for providing high-purity oxygen.
  • the material flow i becomes the third
  • Rectification column 13 is fed in and a substance stream w is liquidly removed in a region of this feed and into the second rectification column 12
  • a material flow m1 is removed from the second rectification column 12 and fed into an upper part 15a of the fifth rectification column 15, which is separated from a lower part 15b by a barrier plate 15c. Liquid separating out on the blocking floor 15c is in the form of a stream n1 into the second
  • Rectification column 12 returned.
  • the material flows r and s already explained are fed back into the second rectification column 12.
  • the upper part 15a of the fifth rectification column 15 is used in particular to discharge argon, which for the most part flows into the fourth via a stream m2
  • Rectification column 14 is transferred.
  • the material flow m2 also includes top gas from the lower part 15b of the fifth rectification column 15.
  • Bottom liquid from the fourth rectification column 14 is fed in the form of a material flow m2 to the top of the upper and lower parts 15a, 15b of the fifth rectification column 15.
  • the fifth rectification column 15 is provided with a condenser evaporator 151 which is operated with a nitrogen-rich gas which is taken from the third rectification column 13 in the form of a stream x in which
  • Condenser evaporator 151 at least partially liquefied, and in the third
  • Rectification column 13 is recycled.
  • Rectification column 12 a stream k removed and transferred to a tank system 101. Subsequently, however, an internal compression takes place here by means of a pump 7c. Furthermore, ultra-pure oxygen in the form of a material flow k5 is taken from the fifth rectification column 5. This is transferred to a tank system 102, temporarily stored there, evaporated in the main heat exchanger and provided as an ultra-high-purity oxygen product U1. Also a temporary storage of the
  • Argon product in a tank system 103 is possible.
  • Air separation plants according to embodiments of the invention and according to configurations not according to the invention. Although different designations are used here for certain material flows and apparatuses than in the previous figures, these can also correspond to one another.
  • FIG. 9 an air separation plant with an oxygen column next to the first rectification column 11, that is to say a second rectification column 12, but without further rectification columns, is illustrated and designated 900 in total as the basis of the explanations for the subsequent figures. The majority of the components illustrated in FIG. 9 have already been explained several times.
  • a further storage tank 104 can be used and the material flow I can be passed separately through the main heat exchanger 1.
  • FIG. 10 An air separation plant is illustrated in FIG. 10 and designated 1000, which also represents a variant of the air separation plant 900 according to FIG. 9, which is also not according to the invention, and in which a material flow k6 is removed from the second rectification column 12 via an intermediate take-off and, if appropriate, after intermediate storage in a buffer tank 105 and Internal compression in an internal compression pump 7d and heating in the main heat exchanger 1 is carried out as a corresponding oxygen product U2.
  • FIG. 11 shows a further air separation plant which is not according to the invention
  • the air separation plant 1100 comprises a fourth rectification column 14, from which the material flow p, which has been explained several times, is taken in liquid form.
  • Corresponding argon can be buffered in a buffer tank 103 and after internal compression in a
  • Internal compression pump 7b and heating in the main heat exchanger 1 are carried out as a corresponding argon product I.
  • a cross connection between the material flows f and I can be provided on the cold side of the main heat exchanger 1.
  • Cross-connection can be activated in particular in the event of a failure of one or more rectification columns, in order not to have to shut down the air separation plant 1100 as a whole.
  • externally provided liquid nitrogen and a liquid, nitrogen-rich stream i1 from the first rectification column can furthermore be provided at the top of the second rectification column 12 be abandoned.
  • the latter has a lower nitrogen content than the top gas of the second rectification column 12.
  • An additional separation section in the second rectification column 12 is designated 1103.
  • a material stream k7 is removed from the second rectification column 12, combined with material stream I, and in the form of this for the sake of simplicity, further with I
  • Air separation plant 1 100 according to Figure 11.
  • the air separation plant 1200 has the further expansion machine 201.
  • the partial stream a1 is expanded in this further expansion machine 201 and used as explained several times.
  • the rest of the material flow a which is not relaxed in the expansion machine 201, is treated in a manner comparable to the material flow, is treated in a manner comparable to the material flow b explained above and is therefore designated accordingly.
  • a subcooler 9 which has already been explained several times, is also shown here.
  • the second rectification column 12 is arranged with its lowest point in particular more than 6 m above the lowest point of the first rectification column 11.
  • FIG. 13 An air separation plant is illustrated in FIG. 13 and designated 1300, which in particular shows a variant of the air separation plant 1200 according to FIG. 13
  • the air separation plant 1200 has the third, which has been explained several times
  • Rectification column 12 there is no need for complete reflux or there is an optimum in this regard. As illustrated, the stream i is supercooled in the condenser evaporator 121 before it is fed into the second rectification column 12.
  • FIG. 14 An air separation plant is illustrated in FIG. 14 and designated 1400, which in particular represents a variant of the air separation plant 1300 according to FIG. 13 according to the invention.
  • the air separation plant 1400 is set up to provide a further pressure nitrogen product D1.
  • the top stream of the second rectification column 12 is obtained with a higher purity than the stream I previously. This is therefore designated 11 here. This is achieved by a further material flow I2 from the second one below the head
  • Rectification column 12 is withdrawn. Furthermore, the second rectification column here is provided with a further separation section 12a. The illustrated
  • the material flows combined in the air separation plant 1300 according to FIG. 13 with the material flow I are now combined with the material flow I2 to form a material flow again designated I for the sake of simplicity.
  • the material flow 11 After heating in the main heat exchanger 1, the material flow 11 is partially compressed in an external compressor 1401. Another part reaches the warm part 110. Further details on this are also illustrated in more detail in FIGS. 27 and 28.
  • FIG. 15 An air separation plant is illustrated in FIG. 15 and designated overall by 1500, which in particular is a variant of the invention
  • Air separation plant 1400 according to Figure 14 represents.
  • Air separation plant 800 used according to Figure 8 the second Rectification column 12 is abandoned.
  • the second rectification column 12 and the feed point of stream i are adjusted accordingly.
  • FIG. 16 An air separation plant is illustrated in FIG. 16 and designated 1600, which represents a variant of the air separation plant 1500 according to FIG.
  • Branch stream of the top gas withdrawn from the third rectification column 13 is branched off and partially liquefied, as previously the stream x, in the condenser evaporator 151 and returned to the third rectification column 13 as reflux. Another part is heated in the form of a material flow x2 and at least partly executed as a further nitrogen product D2 from the air separation plant 1600.
  • FIG. 17 An air separation plant is illustrated in FIG. 17 and designated 1700, which represents, in particular, a variant of the plants according to the previous figures, in which a fifth rectification column 15 is used. However, this is present here in a modified form and as previously designated 15a.
  • the rectification column 15a corresponds to the upper part 15a of the fifth
  • Rectification column 15 of the previous figures A material flow m3 is transferred from its head into the fourth rectification column 14 and is fed into an area above the sump, which corresponds functionally to the lower part 15b of the fifth rectification column 15 of the previous figures, and which is therefore referred to here as 15b '. Liquid obtained here is transferred to the rectification column 15a in the form of a stream n3 by means of a pump (not designated separately)
  • the configuration according to FIG. 17 can in particular
  • Non-ferrous metals can be achieved in the oxygen product U, because this arrangement does not allow the fluid that is led to the sub-column 15b 'to come into contact with a pump impeller, which is usually made of bronze.
  • FIGS. 18 and 19 variants of systems are illustrated and designated 1800 and 1900, in which the warm part 110 and the flow of material through the main heat exchanger 1 are essentially modified. Only this warm part 110 and a section of the main heat exchanger 1 and material flows required for understanding this variant are shown in FIGS. 18 and 19.
  • the compressed, cooled and cleaned air in the main air compressor 112 is divided according to FIG. 18 into partial streams a2 and a3, of which the partial stream a2 is led from the warm to the cold end through the main heat exchanger 1.
  • Material flow a3 is further compressed by means of a compressor or a compressor stage 112a, which is coupled to the main air compressor 112, and is then treated like material flow a from the previous figures.
  • a partial flow referred to here as a1 above, is expanded in the expansion machine 201 and then combined with the material flow a2.
  • a relaxation machine 201 and the formation of the material flow a1 can also be dispensed with.
  • the energy consumption can be reduced since not all of the air has to be brought to a high pressure, but only the proportion of the material flow a3.
  • FIG. 20 A variant of an air separation plant according to the invention is illustrated in FIG. 20 and designated by 2000, which has similarities with the
  • Air separation plant 800 according to FIG. 8 and other plants described above, in particular with regard to the treatment of material flows i and w.
  • the third rectification column 13 can be used to split the stream i and a higher proportion of nitrogen product can be obtained.
  • the configuration according to FIG. 20 (and according to FIG. 8) has the particular advantage that the condenser evaporator 121 can be simplified and a likewise simplified regulation can be used.
  • the stream w can in particular be regulated like a conventional Joule-Thomson stream.
  • Rectification column 14 a stream q5 formed by means of a pump 7e through the modified heat exchanger 2, which is designated here by 2a, and thereby cooled and then returned to the third rectification column 13.
  • Rectification column 13 can be improved, which allows higher expansions of all products.
  • a stream k5 formed by bottom liquid of the fifth rectification column 15 is treated accordingly and into the fifth
  • Rectification column 15 returned.
  • FIG. 23 An air separation plant according to a further embodiment of the invention is illustrated in FIG. 23 and designated 2300.
  • This differs from the configurations shown above in particular by a condenser evaporator 131 arranged in the bottom of the third rectification column 13. Functionally, this can be viewed as dividing the condenser evaporator in the second rectification column 12, which is designated here by 121a. In this way, the production of nitrogen in the second rectification column 12 or the third rectification column 13 can be improved.
  • fluid in the form of a stream i2 can be removed from the second rectification column 2 via a side draw, passed through the condenser evaporator 141, at least partially liquefied, and fed into the third rectification column 13.
  • liquid can be removed from the third rectification column 13 and returned to the second rectification column 12 by means of a pump 7r.
  • FIG. 24 A variant not according to the invention is shown in FIG. 24 using the 2400
  • the material stream i2 is partially heated here in the main heat exchanger 1, expanded in a relaxation machine 201a, cooled again in the skin heat exchanger 1 and passed to a portion through the condenser evaporator 121 of the second rectification column, at least partially liquefied, and again in portions to the first and second Rectification column 1 1, 12 abandoned.
  • the relaxation machine 201 a is coupled to a generator, for example.
  • FIG. 25 illustrates an air separation plant according to the invention in accordance with a further embodiment of the present invention and is designated overall by 2500. This differs from the previous plants, in which a material flow a1 is formed and expanded, by the further treatment of this material flow a1.
  • the partial flow a1 is divided in the air separation plant 2500 into partial flows a4 and a5, the proportions of which can be set in each case via valves which are not specifically identified.
  • the partial flow a4 is instead of the partial flow e, as is the case previously, in the expansion machine 3 and possibly the parallel one
  • the third rectification column 13 can be provided with an additional separation section 13a.
  • Rectification columns 11 to 15 are thermally coupled. Residual gas from the first rectification column 1 1 can be used for the production of argon, oxygen and nitrogen. All or part of the stream e can be conducted to the second rectification column 12. The rest can be released via the expansion machine 3 as residual gas for use in the warm part 110.
  • FIG. 26 An air separation plant according to a further embodiment of the present invention is illustrated in FIG. 26 and designated mi5 2600 in total. This represents in particular a variant of the air separation plant 2500.
  • the partial stream a1 is also divided here into partial streams a4 and a5, but the material stream a4 is fed here to the material stream I before it is heated and discharged or fed to the warm part 110.
  • the partial flow a5 is in the second Rectification column 12 fed.
  • the function of the expansion turbine 201 therefore corresponds to that of a Lachmann turbine.
  • the rectification columns 11 to 15 can be thermally coupled by the measures illustrated.
  • the partial flow d is formed and compressed as before, a compressor used for this purpose, which is therefore designated 5a differently, but is here driven purely by a motor.
  • the partial stream e is fed into the fourth rectification column 14, as explained above in relation to FIG. 25.
  • Air separation plants 2700 and 2800 according to embodiments of the invention the material flow 11 mentioned for the first time in FIG. 14 is formed. To those there are
  • Air separation plant 2800 illustrates, the material flow 11 can first be partially heated in the main heat exchanger 1, in a compressor 201 b, which with the
  • Relaxation machine 201 is coupled, compressed, then on a
  • the intermediate temperature level is again fed to the main heat exchanger 1, heated further, and then fed to the compressor 1401.
  • the nitrogen of the material stream h can also be compressed accordingly, as previously illustrated with reference to FIGS. 28 and 29.
  • the use of the compressor designated 140T here is optional.
  • FIG. 30 illustrates an air separation plant 3000 in the form of a schematic plant diagram according to an embodiment not according to the invention.
  • the air separation plant 3000 according to FIG. 30 has great similarities with the air separation plant 100 illustrated in FIG. 1, which is likewise not according to the invention. Only differences are explained below.
  • the partial stream c is not combined with further streams of material before it is fed into the first rectification column 11. Furthermore, no part of the material flow e as in FIG. 1 or the air separation plant 100 of the Stream e1 branched off, so that here the entire stream e is fed to the heat exchanger 2.
  • the relaxation of the material flow e takes place here in the form of two partial flows in two expansion machines 3 and 4.
  • the expansion machine 4 is coupled to a generator.
  • the material stream j which is designated differently here, is discharged from the second rectification column above the material stream i and, in particular, is fed to the second rectification column 2 at the top. From the top of the second rectification column 12, the stream I is withdrawn, which is heated without being combined with another stream, and especially after
  • Nitrogen product H represents the previously different configurations of the
  • the main heat exchanger 1 can be arranged in a first prefabricated cold box 3010 in the air separation plant 3000.
  • the first rectification column 11 with the heat exchanger 2 used to cool its top gas can be arranged in a second prefabricated cold box 3020.
  • the second rectification column can be arranged in a third prefabricated cold box 3030. In contrast to the greatly simplified illustration in FIG. 1, these completely surround the elements mentioned.
  • FIG. 31 shows a variant of the air separation plant 3000 according to FIG. 31, which, however, represents an embodiment of the present invention and is designated 3100 overall.
  • a partial stream a1 of the feed air stream is here additionally provided the third rectification column 13 mentioned several times and furthermore an argon recovery is provided in a fourth rectification column 14.
  • a fifth rectification column 15 is provided in the air separation plant 3100.
  • the terms “first”, “second”, “third”, “fourth” and “fifth” rectification column are used consistently with the information given above, so that reference can be made to them.
  • the formation and treatment of the material flows d, e, f, g, h, i, k and I takes place in the
  • Condenser evaporator 121 and a supercooling counterflow 202 is guided. Furthermore, the material flow k in the example illustrated here can be in a tank system
  • the material flow I is also by the
  • Hypothermia counterflow 202 performed.
  • a material flow corresponding to material flow j in accordance with Appendix 100 is not formed here. Instead, a liquid reflux n to the second rectification column 12 is formed by taking top gas in the form of a stream m from the fourth rectification column and liquefying it in the condenser evaporator 121.
  • a part of the liquefied overhead gas is passed through the supercooling counterflow 202 and used in the form of the stream n, a further part, not designated, is returned to the first rectification column 11 as reflux.
  • Additional liquid can be provided in the form of liquid nitrogen X.
  • the third rectification column 13 in the plant 200 becomes a stream o by means of a pump
  • the fifth rectification column 15 also represents a double column, for the function of which reference is made to the above explanations.
  • the lower part 15b is operated with a condenser evaporator 151 which is heated using a stream p which is removed from the third rectification column 13 and then, i.e. downstream of the condenser evaporator 151, is returned to the third rectification column 13.
  • ultrahigh-purity oxygen in the form of a material flow q is removed in the lower part 15b. This is transferred to a tank system 205, temporarily stored there, evaporated in the main heat exchanger 1 and made available as an ultra-high-purity oxygen product U.
  • a stream r is taken from the second rectification column 12 in the region of the argon transition or below and into the upper part 15a of the fifth
  • Rectification column 15 which is separated from the lower part 15a by a barrier plate 15c. Liquid separating out on the blocking floor 15c is returned below the stream r into the second rectification column 12. Top gas of the upper part 15a and the lower part 15b of the fifth
  • Rectification column 15 is via a stream s in the fourth
  • Rectification column 14 transferred. Bottom liquid of the fourth rectification column 14 is fed in the form of a stream t to the top of the lower part 15a and the upper part 15b of the fifth rectification column 15.
  • a top condenser 141 of the third rectification column 13 is cooled using bottom liquid of the second rectification column 12 in the form of a stream u which is previously passed through the supercooling counterflow 202.
  • Liquid from an evaporation chamber of the top condenser 141 is returned to the second rectification column 12 in the form of a stream v.
  • Gas from an evaporation chamber of the top condenser 141 is drawn off in the form of a stream w and partly expanded into the second rectification column 12 and partly used to form a residual gas stream x, which also comprises fluid which is taken from the second and third rectification columns 12, 13.
  • argon-rich liquid in the form of a stream x is removed from the fourth rectification column.
  • This can be stored in a tank system 206 before it is subjected to internal compression by means of a pump 207, heated, and can be made available as an argon product V.
  • Uncondensed overhead gas from the fourth rectification column 14 can be released into the atmosphere A in the form of a stream y.
  • Main heat exchanger 1 may be arranged in a first prefabricated cold box 31 10.
  • the first rectification column 11 with the heat exchanger 2 used to cool its top gas can be arranged in a second prefabricated cold box 3120.
  • the second rectification column 12 can together with the third
  • Rectification column 13 can be arranged in a third prefabricated cold box 3130.
  • the third cold box 3130 in the illustrated example also contains the fifth
  • Rectification column 15 arranged.
  • the fourth is
  • Rectification column 14 is arranged in a further prefabricated cold box 3140, in which, however, the fifth rectification column 15 is also arranged, for example can. However, the fourth rectification column 14 can also be arranged in the third cold box 3130. Any distribution is possible.
  • Turbine operation of a compressor can be provided and / or expansion machines can be braked by a generator and / or by means of braking and / or by coupling to a compressor.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft vorgeschlagen, bei dem eine Luftzerlegungsanlage Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei dem eine Luftzerlegungsanlage (100-3100) mit einer ersten Rektifikationskolonne (11 ) und einer zweiten Rektifikationskolonne (12) verwendet wird, wobei die erste Rektifikationskolonne (11) auf einem ersten Druckniveau und die zweite Rektifikationskolonne (12) auf einem zweiten Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus betrieben wird, aus der ersten Rektifikationskolonne (11) Fluid, welches gegenüber atmosphärischer Luft an Sauerstoff angereichert ist, in Form eines oder mehrerer erster Stoffströme entnommen wird, zumindest ein Anteil des Fluids, das der ersten Rektifikationskolonne (11) in Form des einen oder der mehreren ersten Stoffströme entnommen wurde, in einem Wärmetauscher (2) erwärmt wird, ein Anteil des Fluids, das in dem Wärmetauscher (2) erwärmt wurde, unter Verwendung eines Verdichters (5) verdichtet und in die erste Rektifikationskolonne (11 ) zurückgeleitet wird, Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne (11) zu einem ersten Anteil in dem Wärmetauscher (2) kondensiert wird und zu einem zweiten Anteil in Form wenigstens eines stickstoffreichen Luftprodukts aus der Luftzerlegungsanlage (100, 3100) ausgeleitet wird, aus der ersten Rektifikationskolonne (11 ) weiteres Fluid, welches Sauerstoff, Stickstoff und Argon enthält, entnommen und als ein zweiter Stoffstrom oder zur Bildung eines zweiten Stoffstroms verwendet wird, welcher in die zweite Rektifikationskolonne (12) überführt wird, und im Sumpf der zweiten Rektifikationskolonne (12) eine sauerstoffreiche Sumpfflüssigkeit gebildet und zumindest zu einem Anteil in Form eines dritten Stoffstroms aus der Luftzerlegungsanlage (100, 200) ausgeleitet wird. Es ist vorgesehen, dass eine dritte Rektifikationskolonne (13) verwendet wird, wobei die zweite Rektifikationskolonne (12) und die dritte Rektifikationskolonne (13) als Teile einer Doppelkolonne ausgebildet sind, dass die dritte Rektifikationskolonne (13) unterhalb der zweiten Rektifikationskolonne (12) angeordnet ist, und dass die dritte Rektifikationskolonne (14) mit Luft gespeist wird. Eine entsprechende Anlage (100-3100) ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Description

Beschreibung
Verfahren und Anlage zur Tieftemperaturzerleauna von Luft
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft und eine entsprechende Anlage gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Stand der Technik
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 weisen Rektifikationskolonnensysteme auf, die
herkömmlicherweise beispielsweise als Zweikolonnensysteme, insbesondere als klassische Linde-Doppelkolonnensysteme, aber auch als Drei- oder
Mehrkolonnensysteme ausgebildet sein können. Neben den Rektifikationskolonnen zur Gewinnung von Stickstoff und/oder Sauerstoff in flüssigem und/oder gasförmigem Zustand, also den Rektifikationskolonnen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, können Rektifikationskolonnen zur Gewinnung weiterer Luftkomponenten, insbesondere der Edelgase Krypton, Xenon und/oder Argon, vorgesehen sein. Häufig werden dabei die Begriffe "Rektifikation" und "Destillation" sowie "Säule" und "Kolonne" bzw. hieraus zusammengesetzte Begriffe synonym verwendet.
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 (auch als obere Kolonne bezeichnet) auf. Die Hochdruckkolonne wird typischerweise auf einem
Druckniveau von 4 bis 7 bar, insbesondere ca. 5,3 bar, betrieben. Die
Niederdruckkolonne wird auf einem Druckniveau von typischerweise 1 bis 2 bar, insbesondere ca. 1 ,4 bar, betrieben. In bestimmten Fällen können in beiden
Rektifikationskolonnen auch höhere Druckniveaus eingesetzt werden. Bei den hier und nachfolgend angegebenen Drücken handelt es sich um Absolutdrücke am Kopf der jeweils angegebenen Kolonnen.
Zur Bereitstellung von Druckstickstoff als Hauptprodukt sind aus dem Stand der Technik sogenannte SPECTRA-Verfahren bekannt. Diese werden weiter unten noch ausführlich erläutert. Die vorliegende Erfindung stellt sich in Ausgestaltungen die Aufgabe, solche SPECTRA-Verfahren zu verbessern, vornehmlich hinsichtlich des Energieverbrauchs und der Stoffausbeute. Eine Schwerpunkt der an die vorliegende Erfindung gestellten Aufgabe besteht insbesondere auch darin, ein Verfahren und eine Luftzerlegungsanlage anzugeben, mittels welchem bzw. welcher neben größeren Mengen an hochreinem, gasförmigem Stickstoff auf einem deutlich
überatmosphärischen Druckniveau auch ein weiteres Stickstoffprodukt und/oder Argon in vorteilhafter Weise bereitgestellt werden können.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur
Tieftemperaturzerlegung von Luft und eine entsprechende Anlage mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor. Bevorzugte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Vor der Erläuterung der Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden einige Grundlagen der vorliegenden Erfindung näher erläutert und nachfolgend verwendete Begriffe definiert.
Die in einer Luftzerlegungsanlage eingesetzten Vorrichtungen sind in der zitierten Fachliteratur, beispielsweise bei Häring (s.o.) 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.
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 75%, 90%, 95%, 99%, 99,5%, 99,9% oder 99,99% und "arm" für einen Gehalt von höchstens 25%, 10%, 5%, 1%, 0,1% oder 0,01% auf Mol-, Gewichts- oder Volumenbasis stehen kann. Der Begriff "überwiegend" kann der 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 Flüssigkeit oder das Gas gewonnen wurde. Die Flüssigkeit oder das Gas sei
"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", "Stickstoff" oder "Argon" die Rede, sei hierunter auch eine Flüssigkeit oder ein Gas verstanden, die bzw. das reich an Sauerstoff oder Stickstoff ist, jedoch nicht notwendigerweise 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 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% 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 den hier in bar angegebenen
Druckniveaus handelt es sich um Absolutdrücke.
Ist hier von "Entspannungsmaschinen" die Rede, seien darunter typischerweise bekannte Turboexpander verstanden. Diese Entspannungsmaschinen können insbesondere auch mit Verdichtern gekoppelt sein. Bei diesen Verdichtern kann es sich insbesondere um Turboverdichter handeln. Eine entsprechende Kombination aus Turboexpander und Turboverdichter wird typischerweise auch als "Turbinenbooster" bezeichnet. In einem Turbinenbooster sind der Turboexpander und der Turboverdichter mechanisch gekoppelt, wobei die Kopplung drehzahlgleich (beispielsweise über eine gemeinsame Welle) oder drehzahlunterschiedlich (beispielsweise über ein geeignetes übersetzendes Getriebe) erfolgen kann. Allgemein wird hier der Begriff "Verdichter" verwendet. Ein "Kaltverdichter" bezeichnet dabei hier einen Verdichter, dem ein Fluidstrom auf einem Temperaturniveau deutlich unterhalb von 0 °C, insbesondere unterhalb von -50, -75 oder -100 °C und bis zu -150 oder -200 °C zugeführt wird. Ein entsprechender Fluidstrom wird insbesondere mittels eines Hauptwärmetauschers (siehe sogleich) auf ein entsprechendes Temperaturniveau abgekühlt.
Ein "Hauptluftverdichter" zeichnet sich dadurch aus, dass durch ihn die gesamte, der Luftzerlegungsanlage zugeführte und dort zerlegte Luft verdichtet wird. Hingegen wird in einem oder mehreren optional vorgesehenen weiteren Verdichtern, beispielsweise Nachverdichtern, nur jeweils ein Anteil dieser bereits zuvor im Hauptluftverdichter verdichteten Luft weiter verdichtet. Entsprechend stellt der "Hauptwärmetauscher" einer Luftzerlegungsanlage den Wärmetauscher dar, in dem zumindest der
überwiegende Anteil der der Luftzerlegungsanlage zugeführten und dort zerlegten Luft abgekühlt wird. Dies erfolgt zumindest zum Teil im Gegenstrom zu Stoffströme, die aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet werden. Aus einer Luftzerlegungsanlage
"ausgeleitete" Stoffströme oder "Produkte" sind im hier verwendeten Sprachgebrauch Fluide, die nicht mehr an anlageninternen Kreisläufen teilnehmen sondern diesen dauerhaft entzogen werden.
Ein "Wärmetauscher" zum Einsatz im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann in fachüblicher Art ausgebildet sein. Er dient zur indirekten Übertragung von Wärme zwischen zumindest zwei z.B. im Gegenstrom zueinander geführten Fluidströmen, beispielsweise einem warmen Druckluftstrom und einem oder mehreren kalten
Fluidströmen oder einem tiefkalten flüssigen Luftprodukt und einem oder mehreren warmen bzw. wärmeren, ggf. aber auch noch tiefkalten Fluidströmen. Ein
Wärmetauscher kann aus einem einzelnen oder mehreren parallel und/oder seriell verbundenen Wärmetauscherabschnitten gebildet sein, z.B. aus einem oder mehreren Plattenwärmetauscherblöcken. Es handelt sich beispielsweise um einen
Plattenwärmetauscher (engl. Plate Fin Heat Exchanger). Ein derartiger Wärmetauscher weist "Passagen" auf, die als voneinander getrennte Fluidkanäle mit
Wärmeaustauschflächen ausgebildet und parallel und durch andere Passagen getrennt zu "Passagengruppen" zusammengeschlossen sind. Kennzeichen eines
Wärmetauschers ist, dass in ihm zu einem Zeitpunkt Wärme zwischen zwei mobilen Medien ausgetauscht wird, nämlich wenigstens einem abzukühlenden und wenigstens einem zu erwärmenden Fluidstrom.
Als "Kondensatorverdampfer" wird ein Wärmetauscher bezeichnet, in dem ein erster, kondensierender Fluidstrom in indirekten Wärmeaustausch mit einem zweiten, verdampfenden Fluidstrom tritt. Jeder Kondensatorverdampfer weist einen
Verflüssigungsraum und einen Verdampfungsraum auf. Verflüssigungs- und
Verdampfungsraum weisen Verflüssigungs- bzw. Verdampfungspassagen auf. In dem Verflüssigungsraum wird die Kondensation (Verflüssigung) des ersten Fluidstroms durchgeführt, in dem Verdampfungsraum die Verdampfung des zweiten Fluidstroms. Der Verdampfungs- und der Verflüssigungsraum werden durch Gruppen von Passagen gebildet, die untereinander in Wärmeaustauschbeziehung stehen.
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 im Normalbetrieb. Unter einer Anordnung zweier Rektifikationskolonnen oder anderer Komponenten "übereinander" wird hier verstanden, dass das sich obere Ende des unteren der beiden Apparateteile auf niedrigerer oder gleicher geodätischer Höhe befindet wie das untere Ende der oberen der beiden Apparateteile und sich die Projektionen der beiden Apparateteile in einer horizontalen Ebene überschneiden. Insbesondere sind die beiden Apparateteile genau übereinander angeordnet, das heißt die Achsen der beiden Apparateteile verlaufen auf derselben vertikalen Geraden. Die Achsen der beiden Apparateteile müssen jedoch nicht genau senkrecht übereinander liegen, sondern können auch gegeneinander versetzt sein, insbesondere wenn einer der beiden Apparateteile, beispielsweise eine Rektifikationskolonne oder ein
Kolonnenteil mit geringerem Durchmesser, denselben Abstand zum Blechmantel einer Coldbox aufweisen soll wie ein anderer mit größerem Durchmesser.
Die vorliegende Erfindung umfasst die Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß dem sogenannten SPECTRA-Verfahren, wie es unter anderem in der EP 2 789 958 A1 und der weiteren dort zitierten Patentliteratur beschrieben ist. Es handelt sich hierbei in der einfachsten Ausgestaltung um ein Einkolonnenverfahren. Derartige Verfahren ermöglichen eine hohe Sickstoffausbeute. Ein Rücklauf auf eine im einfachsten Fall einzige Rektifikationskolonne wird hier durch Kondensieren von Kopfgas dieser Rektifikationskolonne, genauer eines Teils dieses Kopfgases, in einem Wärmetauscher bereitgestellt. In dem Wärmetauscher wird Fluid, das derselben Rektifikationskolonne entnommen wird, zur Kühlung eingesetzt. Weiteres Kopfgas kann als stickstoffreiches Produkt des Verfahrens bzw. der Anlage bereitgestellt werden.
Mittels eines Kaltverdichters wird ein Teil des Fluids, das zur Kondensation des auf diese Weise behandelten Teils des Kopfgases verwendet wurde, verdichtet und in dieselbe Rektifikationskolonne zurückgeführt. Durch SPECTRA-Verfahren können sehr günstige Luftfaktoren erreicht werden, also eine große Menge an Produkt pro eingesetzter Menge Luft. Nachfolgend wird zunächst ein entsprechendes Verfahren näher erläutert. Der Begriff "SPECTRA-Verfahren" soll dabei das erläuterte
Einkolonnenverfahren zur Stickstoffgewinnung oder ein modifiziertes
Einkolonnenverfahren handeln, in dem, wie auch nachfolgend erläutert, eine weitere Rektifikationskolonne zur Sauerstoffgewinnung eingesetzt wird.
Wie bei anderen Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft auch wird beim SPECTRA-Verfahren verdichtete und vorgereinigte Luft auf eine für die Rektifikation geeignete Temperatur abgekühlt. Sie kann hierdurch teilweise verflüssigt werden. Die Luft wird anschließend in die soeben angesprochene Rektifikationskolonne eingespeist und dort unter dem typischen Druck einer Hochdruckkolonne wie eingangs erläutert unter Erhalt des gegenüber atmosphärischer Luft an Stickstoff angereicherten, bereits angesprochenen Kopfgases und einer flüssigen, gegenüber atmosphärischer Luft an Sauerstoff angereicherten Sumpfflüssigkeit rektifiziert.
Bei einem SPECTRA-Verfahren wird in einer Luftzerlegungsanlage also die
angesprochene Rektifikationskolonne verwendet, in der ein gasförmiges, gegenüber atmosphärischer Luft an Stickstoff angereichertes Kopfprodukt einerseits und ein flüssiges, gegenüber atmosphärischer Luft an Sauerstoff angereichertes Sumpfprodukt andererseits gebildet werden. Die Begriffe "Kopfprodukt" und "Kopfgas" einerseits sowie "Sumpfprodukt" und "Sumpfflüssigkeit" andererseits werden hier jeweils synonym verwendet.
Diese Rektifikationskolonne, deren Kopfgas zu einem Teil in der erläuterten Weise unter Verwendung von entspanntem Fluid aus derselben Rektifikationskolonne verflüssigt oder teilverflüssigt und danach zumindest zu einem Teil auf dieselbe Rektifikationskolonne zurückgeführt wird, wird hier als "erste" Rektifikationskolonne bezeichnet. Wie erwähnt, kann es sich hierbei in bekannten SPECTRA-Verfahren auch um die einzige Rektifikationskolonne handeln. Dies ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch nicht der Fall.
Aus der ersten Rektifikationskolonne wird das Fluid, das zur Kondensation des auf diese Weise behandelten Teils des Kopfgases der ersten Rektifikationskolonne verwendet wird, und bei dem es sich insbesondere um tiefkalte, gegenüber atmosphärischer Luft an Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit handeln kann, in Form eines oder mehrerer Stoffströme entnommen. Es wird zumindest zu einem Teil in dem Wärmetauscher erwärmt, der zur Kondensation des auf diese Weise behandelten Teils des Kopfgases der ersten Rektifikationskolonne verwendet wird.
Dieser oder diese Stoffströme wird bzw. werden nachfolgend als "erster" Stoffstrom bzw. "erste" Stoffströme bezeichnet. Das Fluid kann in Form nur eines ersten
Stoffstroms oder in Form zweier oder mehrerer getrennter erster 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 erste Stoffströme, insbesondere mit unterschiedlichen Sauerstoffgehalten, separat voneinander entnommen werden.
In dem SPECTRA-Verfahren wird, wie ebenfalls bereits angesprochen und hier nochmals mit anderen Worten ausgedrückt, das Fluid, das der ersten
Rektifikationskolonne in Form des einen oder der mehreren ersten Stoffströme entnommen und in dem Wärmetauscher erwärmt wird, zu einem ersten Teil in einem oder in mehreren Verdichtern verdichtet und nach dieser Verdichtung wieder in die erste Rektifikationskolonne zurückgespeist.
Zu einem zweiten Teil kann das Fluid, das der ersten Rektifikationskolonne in Form des einen oder der mehreren ersten Stoffströme entnommen und in dem
Wärmetauscher erwärmt wird, in dem SPECTRA-Verfahren unter Verwendung einer oder der mehrerer Entspannungsmaschinen entspannt und insbesondere als ein sogenanntes Restgasgemisch aus der Luftzerlegungsanlage ausgeführt werden. Der erste und zweite Teil des Fluids, das der Rektifikationskolonne in Form des einen oder der mehreren ersten Stoffströme entnommen wird, also der verdichtete und der entspannte Teil, können wiederum zwei erste Stoffströme sein, wie sie oben erläutert wurden, die bereits separat aus der ersten Rektifikationskolonne ausgeleitet wurden es kann sich jedoch auch um Anteile nur eines, der ersten Rektifikationskolonne entnommenen ersten Stoffstroms handeln. Der erste und zweite Teil können auch noch gemeinsam durch den Wärmetauscher geführt worden sein und danach erst in den ersten und zweiten Teil aufgeteilt werden.
Für die Verdichtung des erwähnten ersten Teils des Fluids, das der ersten
Rektifikationskolonne in Form des einen oder der mehreren ersten Stoffströme entnommen und in dem Wärmetauscher erwärmt wird, kann bzw. können
insbesondere ein oder mehrere Verdichter eingesetzt werden, der oder die mit einer oder mit mehreren Entspannungsmaschinen gekoppelt ist oder sind. In der oder den Entspannungsmaschinen kann insbesondere die Entspannung des erwähnten zweiten Teils des Fluids, das der ersten Rektifikationskolonne in Form des einen oder der mehreren ersten Stoffströme entnommen und in dem Wärmetauscher erwärmt wird, vorgenommen werden. Es versteht sich jedoch, dass jeweils auch nur Teile des ersten bzw. zweiten Anteils in den entsprechend gekoppelten Einheiten verdichtet bzw.
entspannt werden können. Eine nicht mit einem entsprechenden Verdichter gekoppelte Entspannungsmaschine kann, falls vorhanden, insbesondere mechanisch und/oder generatorisch gebremst werden. Eine Bremsung ist zusätzlich auch bei einer
Entspannungsmaschine möglich, die mit einem Verdichter gekoppelt ist.
Beispielsweise kann hierbei ein Verdichter verwendet werden, der mit einer von zwei parallel angeordneten Entspannungsmaschinen gekoppelt ist. Wird nur eine
Entspannungsmaschine verwendet, kann der Verdichter mit dieser gekoppelt sein. Die nachfolgend lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit verwendete Formulierung, wonach "ein" Verdichter mit "einer" Entspannungsmaschine gekoppelt ist, schließt die Verwendung von mehreren Verdichtern und/oder Entspannungsmaschinen in beliebiger wechselseitiger Kopplung nicht aus. Der oder die beschriebenen Verdichter muss bzw. müssen jedoch nicht, insbesondere nicht ausschließlich, mittels der einen oder den mehreren erwähnten Entspannungsmaschinen angetrieben werden.
Umgekehrt müssen der oder die Verdichter auch nicht die gesamte bei der
Entspannung freiwerdende Arbeit aufnehmen. Wie auch nachfolgend noch an einem Beispiel veranschaulicht, kann beispielsweise auch ein unterstützender oder ausschließlicher Antrieb unter Verwendung eines Elektromotors erfolgen, oder zwischen der oder den Entspannungsmaschinen und dem oder den Verdichtern kann eine Bremse zwischengeschaltet sein.
Es handelt sich bei dem oder den Verdichtern um einen oder mehrere Kaltverdichter, da diesem bzw. diesen der erste Anteil des Fluids, das der Rektifikationskolonne in Form des einen oder der mehreren ersten Stoffströme entnommen und in dem
Wärmetauscher erwärmt wird, trotz dieser Erwärmung und einer sich ggf.
anschließenden weiteren Erwärmung auf einem entsprechend niedrigen
Temperaturniveau zugeführt wird.
Anstelle der erläuterten Entspannung des zweiten Teils des Fluids, das der
Rektifikationskolonne in Form des einen oder der mehreren ersten Stoffströme entnommen und in dem Wärmetauscher erwärmt wird, und dessen beschriebener Ausleitung aus der Luftzerlegungsanlage, kann auch auf eine entsprechende
Entspannung verzichtet werden und/oder dieser zweite Teil kann, mit oder ohne Entspannung, in eine oder mehrere weitere Rektifikationskolonnen eingespeist werden, wie sie weiter unten noch erläutert werden.
In einem spezifischeren Ausführungsbeispiel eines SPECTRA-Verfahrens können aus der ersten Rektifikationskolonne zwei erste Stoffströme in Form eines flüssigen
Stoffstroms mit einem ersten Sauerstoffgehalt und eines flüssigen Stoffstroms mit einem zweiten, höheren Sauerstoffgehalt abgezogen werden. Der erste Stoffstrom mit dem ersten (geringeren) Sauerstoffgehalt kann aus der ersten Rektifikationskolonne von einem Zwischenboden oder aus einer Flüssigkeitsrückhalteeinrichtung abgezogen werden. Der zweite Stoffstrom mit dem zweiten (höheren) Sauerstoffgehalt kann insbesondere unter Verwendung zumindest eines Teils des flüssigen Sumpfprodukts der ersten Rektifikationskolonne gebildet werden.
Der erste Stoffstrom mit dem ersten (geringeren) Sauerstoffgehalt kann insbesondere den zuvor erläuterten ersten Teil des Fluids bilden, das der ersten
Rektifikationskolonne in Form des einen oder der mehreren ersten Stoffströme entnommen und in dem Wärmetauscher erwärmt wird, welcher zur Kondensation des auf diese Weise behandelten Teils des Kopfgases der ersten Rektifikationskolonne verwendet wird. Der erste Stoffstrom mit dem ersten (geringeren) Sauerstoffgehalt kann also jenen ersten Teil bilden, der nach der Verwendung in dem einen oder in den mehreren Verdichtern verdichtet wird, und welcher danach in die erste
Rektifikationskolonne zurückgespeist wird.
Der erste Stoffstrom mit dem zweiten (höheren) Sauerstoffgehalt kann dagegen insbesondere den zuvor erläuterten zweiten Teil des Fluids bilden, das der ersten Rektifikationskolonne in Form des einen oder der mehreren ersten Stoffströme entnommen und in dem Wärmetauscher erwärmt wird, welcher zur Kondensation des auf diese Weise behandelten Teils des Kopfgases der ersten Rektifikationskolonne verwendet wird. Der erste Stoffstrom mit dem zweiten (höheren) Sauerstoffgehalt kann also jenen zweiten Teil bilden, der nach der Verwendung in dem einen oder in den mehreren Verdichtern verdichtet wird, und welcher danach in die erste
Rektifikationskolonne zurückgespeist wird.
In den erwähnten SPECTRA-Verfahren können zur Gewinnung von reinem oder hochreinem Sauerstoff ferner sogenannte Sauerstoffkolonnen verwendet werden, die auf dem eingangs erläuterten Druckniveau typischer Niederdruckkolonnen betrieben werden. Eine entsprechende Sauerstoffkolonne wird nachfolgend auch als "zweite" Rektifikationskolonne bezeichnet.
In eine derartige zweite Rektifikationskolonne wird weiteres Fluid aus der ersten Rektifikationskolonne eingespeist. Dieses weitere Fluid enthält Sauerstoff, Argon und Stickstoff und wird aus der ersten Rektifikationskolonne in Form (zumindest) eines weiteren Stoffstroms (nachfolgend als "zweiter" Stoffstrom bezeichnet) flüssig entnommen. In dem soeben erläuterten Ausführungsbeispiel mit zwei "ersten" Stoffströmen mit unterschiedlichen Sauerstoffgehalten wird der zweite Stoffstrom insbesondere oberhalb des ersten Stoffstroms mit dem ersten (geringeren)
Sauerstoffgehalt entnommen.
Während das SPECTRA-Verfahren ursprünglich zur Bereitstellung von gasförmigem Stickstoff auf dem Druckniveau der ersten Rektifikationskolonne vorgesehen war, ermöglicht die Verwendung einer Sauerstoffkolonne der erläuterten Art in einem entsprechenden Verfahren die zusätzliche Gewinnung von Reinsauerstoff. Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein Verfahren der zuvor erläuterten Art besonders vorteilhaft dadurch modifiziert werden kann, dass die soeben erläuterte Sauerstoffkolonne, also eine in einem modifizierten SPECTRA-Verfahren verwendete zweite Rektifikationskolonne, als Teil einer Doppelkolonne ausgebildet wird, die zusätzlich zu der zweiten Rektifikationskolonne eine dritte
Rektifikationskolonne umfasst, welche als Teil der Doppelkolonne unterhalb der zweiten Rektifikationskolonne angeordnet ist, und weicher weitere Luft zugeführt wird. Die vorliegende Erfindung sieht also eine Lufteinspeisung in einem SPECTRA- Verfahren nicht nur in die erste Kolonne, sondern auch in die dritte Kolonne, vor.
Insgesamt schlägt die vorliegende Erfindung dabei, im Sprachgebrauch der
Patentansprüche, ein Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft vor, bei dem eine Luftzerlegungsanlage mit einer ersten Rektifikationskolonne und einer zweiten Rektifikationskolonne verwendet wird. Die erste Rektifikationskolonne wird dabei auf einem ersten Druckniveau und die zweite Rektifikationskolonne auf einem zweiten Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus betrieben.
Bei derartigen ersten und zweiten Druckniveaus handelt es sich um typische
Druckniveaus, wie sie auch in herkömmlichen Luftzerlegungsanlagen, insbesondere SPECTRA-Anlagen mit Sauerstoffgewinnung, verwendet werden. Das erste
Druckniveau kann insbesondere bei 7 bis 12 bar liegen, das zweite Druckniveau insbesondere bei 1 ,2 bis 5 bar. Das zweite Druckniveau kann generell auch bei 1 bis 4 bar liegen. Es handelt sich jeweils um Absolutdrücke am Kopf der jeweiligen
Rektifikationskolonnen. Die erste Rektifikationskolonne und die zweite
Rektifikationskolonne können insbesondere nebeneinander angeordnet sein und sind typischerweise miteinander nicht in Form einer Doppelkolonne zusammengefasst, wobei hier allgemein unter einer "Doppelkolonne" ein aus zwei Rektifikationskolonnen gebildeter Trennapparat verstanden wird, welcher als bauliche Einheit ausgebildet ist, bei der Kolonnenmäntel der beiden Rektifikationskolonnen leitungslos, d.h. direkt, miteinander verbunden, insbesondere verschweißt sind. Es muss dabei jedoch durch diese direkte Verbindung alleine noch keine fluidische Verbindung hergestellt sein. Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzte erste Rektifikationskolonne und die im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzte zweite
Rektifikationskolonne wurden bereits zuvor unter Bezugnahme auf das SPECTRA- Verfahren ausführlich beschrieben. Bei der zweiten Rektifikationskolonne kann es sich insbesondere um eine Sauerstoffkolonne handeln.
Der ersten Rektifikationskolonne wird dabei atmosphärische Luft, welche verdichtet und sodann abgekühlt wurde, zugeführt. Insbesondere kann entsprechende Luft der ersten Rektifikationskolonne in Form mehrerer Stoffströme zugeführt werden, welche unterschiedlich behandelt und ggf. zuvor durch weitere Apparate geführt werden können. Die in die erste Rektifikationskolonne eingespeiste Luft kann insbesondere in Form eines verflüssigten Teilstroms und eines nicht verflüssigten Teilstroms eingespeist werden. Weitere Ausgestaltungen der Lufteinspeisung, die insbesondere im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen können, werden weiter unten näher erläutert. Der zweiten Rektifikationskolonne wird hingegen typischerweise keine Luft zugeführt; allgemeiner gesprochen werden der zweiten
Rektifikationskolonne typischerweise keine Stoffströme zugeführt, die zuvor nicht bereits einer anderen Rektifikationskolonne entnommen oder aus solchen Stoffströmen gebildet wurden.
Wie zuvor bereits ausführlicher erläutert, wird aus der ersten Rektifikationskolonne Fluid, das gegenüber atmosphärischer Luft an Sauerstoff angereichert ist, in Form eines oder mehrerer erster Stoffströme entnommen. Wie zuvor bezüglich des spezifischeren Ausführungsbeispiels eines SPECTRA-Verfahrens erläutert, kann es sich hier insbesondere um zwei erste Stoffströme mit unterschiedlichen
Sauerstoffgehalten handeln. Auf die detaillierteren Erläuterungen oben wird daher ausdrücklich verwiesen.
Zumindest ein Anteil des Fluids, das der ersten Rektifikationskolonne in Form des einen oder den mehreren ersten Stoffströmen entnommen wurde, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung in einem Wärmetauscher erwärmt, und wiederum ein Anteil hiervon, also des Fluids, das in dem Wärmetauscher erwärmt (und zuvor in Form des einen oder der mehreren ersten Stoffströme der ersten Rektifikationskolonne entnommen) wurde (zuvor als "erster Teil" bezeichnet), wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines Verdichters verdichtet und in die erste Rektifikationskolonne zurückgeleitet. Insbesondere können in diesem Zusammenhang auch mehrere Verdichter zum Einsatz kommen, wie erwähnt. Die Zurückleitung des in die erste Rektifikationskolonne erfolgt insbesondere in Form einer Zurückspeisung in einen Sumpfbereich der ersten Rektifikationskolonne.
Der Wärmetauscher wird zur Abkühlung und Kondensation oder Teilkondensation von Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne verwendet, welches zumindest zu einem Teil als Rücklauf auf die erste Rektifikationskolonne zurückgeführt wird. Es wird in diesem Zusammenhang das Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne zu einem ersten Anteil in dem Wärmetauscher (teil-)kondensiert (und hiervon wiederum zumindest ein Teil als Rücklauf auf die erste Rektifikationskolonne zurückgeleitet). Zu einem zweiten Anteil wird das Kopfgas als wenigstens ein stickstoffreiches Luftprodukt aus dem Verfahren bzw. der Anlage ausgeleitet.
Dieses wenigstens eine Luftprodukt, wie das Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne, aus dem es gebildet wurde, weist einen bestimmten Restsauerstoffgehalt auf, der insbesondere bei 0,001 bis 10 ppm liegen kann. Beispielsweise kann entsprechendes Kopfgas unverflüssigt als gasförmiges Stickstoffprodukt auf dem genannten ersten Druckniveau bereitgestellt werden. Dieses Stickstoffprodukt stellt ein Hauptprodukt des vorgeschlagenen Verfahrens dar. Es kann insbesondere in einem
Hauptwärmetauscher der Luftzerlegungsanlage bis auf Umgebungstemperatur erwärmt und anschließend auf dem ersten Druckniveau bereitgestellt werden. Ein Anteil des Kopfgases kann aber auch, insbesondere nach einer Unterkühlung gegen einen weiteren Anteil, welcher danach insbesondere verworfen wird, als flüssiges Stickstoffprodukt des Verfahrens bzw. der Anlage bereitgestellt werden.
Wie bereits erläutert, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung neben dem unverflüssigten Kopfgas als Hauptprodukt auch Sauerstoff, insbesondere hochreiner Sauerstoff, als Luftprodukt bereitgestellt. In Ausgestaltungen kann auch Argon als Produkt des Verfahrens bereitgestellt werden.
Ein weiterer Anteil des Fluids, das in dem Wärmetauscher erwärmt (und zuvor in Form des einen oder der mehreren ersten Stoffströme der ersten Rektifikationskolonne entnommen) wurde (zuvor als "zweiter Teil" bezeichnet), kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung in der erläuterten Weise entspannt und beispielsweise aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet werden. Zu weiteren Details sei auf die obigen Erläuterungen in diesem Zusammenhang ausdrücklich verwiesen. Insbesondere kann bzw. können eine oder mehrere hierbei verwendete Entspannungsmaschinen dabei mit dem oder den oben erwähnten Verdichtern gekoppelt sein. Auch diesbezüglich wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Es sei zu verstehen gegeben, dass, wenn hier von einem Wärmetauscher die Rede ist, welcher zur Kühlung bzw. (Teil-)Kondensation des ersten Anteils des Kopfgases der ersten Rektifikationskolonne verwendet wird, sich dieser Wärmetauscher vom
Hauptwärmetauscher der Luftzerlegungsanlage unterscheidet und insbesondere als separate bauliche Einheit ausgeführt ist. Der Hauptwärmetauscher der
Luftzerlegungsanlage zeichnet sich, wie erwähnt, insbesondere dadurch aus, dass durch ihn sämtliche oder zumindest der größte Teil der der Luftzerlegungsanlage insgesamt zugeführten Luft abgekühlt wird. Dies ist in dem Wärmetauscher, in dem der erste Anteil des Kopfgases der ersten Rektifikationskolonne abgekühlt bzw. (teil-) kondensiert wird, und durch den der oder die ersten Stoffströme jeweils zumindest zum Teil geführt werden, hingegen nicht der Fall.
Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren handelt es sich, wie erwähnt, um ein SPECTRA-Verfahren mit zusätzlicher Sauerstoffproduktion. Bei diesem wird daher aus der ersten Rektifikationskolonne weiteres Fluid, welches Sauerstoff, Stickstoff und Argon enthält, entnommen. Dieses weitere Fluid wird als ein zweiter Stoffstrom oder zur Bildung eines zweiten Stoffstroms verwendet, welcher in die zweite Rektifikationskolonne überführt wird. Im Sumpf der zweiten Rektifikationskolonne wird eine sauerstoffreiche Sumpfflüssigkeit gebildet und zumindest zu einem Anteil in Form eines dritten Stoffstroms aus der zweiten Rektifikationskolonne bzw. der
Luftzerlegungsanlage insgesamt ausgeleitet. Diese sauerstoffreiche Flüssigkeit weist insbesondere einen Reststickstoffgehalt auf, wie er unten noch näher erläutert wird.
Der Argongehalt des weiteren Fluids, das aus der ersten Rektifikationskolonne entnommen und als der zweite Stoffstrom oder zur Bildung des zweiten Stoffstroms verwendet wird, welcher in die zweite Rektifikationskolonne überführt wird, beträgt dabei insbesondere 2 bis 4 Molprozent, sein Sauerstoffgehalt liegt insbesondere bei 10 bis 30 Molprozent. Der Argongehalt dieses Fluids richtet sich dabei insbesondere nach der Entnahmehöhe aus der ersten Rektifikationskolonne, welche daher in geeigneter Weise gewählt wird. Die Entnahmehöhe dieses Fluids und damit des zweiten
Stoffstroms liegt typischerweise, wie erwähnt, oberhalb den Entnahmehöhe(n) des Fluids, das in Form des einen oder der mehreren ersten Stoffströme aus der ersten Rektifikationskolonne ausgeführt wird. Die zwischen entsprechenden Entnahmestellen liegenden Trennböden in der ersten Rektifikationskolonne sperren insbesondere auch Kohlenwasserstoffe. Daher werden diese Entnahmehöhen vorteilhafterweise auch im Hinblick auf diesen Aspekt ausgewählt, damit das gewonnene Sauerstoffprodukt die geforderte Reinheit bezüglich Kohlenwasserstoffen aufweist.
Wie auch nachfolgend noch im Detail erläutert und bevor bereits zuvor kurz angesprochen, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein
Doppelkolonnensystem eingesetzt werden, dessen oberen Teil die zweite
Rektifikationskolonne bildet, und dessen unterer Teil hier als "dritte"
Rektifikationskolonne bezeichnet wird. In diesem Fall kann das weitere Fluid, das aus der ersten Rektifikationskolonne entnommen wird, beispielsweise auch zunächst in diese dritte Rektifikationskolonne eingespeist werden. In diesem Fall wird jedoch unmittelbar unterhalb der Einspeisestelle in die dritte Rektifikationskolonne wieder Flüssigkeit aus der dritten Rektifikationskolonne abgezogen und in die zweite
Rektifikationskolonne eingespeist. Der zweite Stoffstrom bzw. entsprechendes Fluid wird also hier gewissermaßen "über den Umweg" über die dritte Rektifikationskolonne in die zweite Rektifikationskolonne eingespeist. Auch ein solcher Fall ist aber von der Angabe umfasst, dass Fluid, welches Sauerstoff, Stickstoff und Argon enthält, aus der ersten Rektifikationskolonne entnommen und "zur Bildung" des zweiten Stoffstroms verwendet wird. Bei dem zweiten Stoffstrom kann es sich aber auch um einen direkt, d.h. ohne Umweg über eine weitere Rektifikationskolonne, in die zweite
Rektifikationskolonne überführten Stoffstrom handeln, in welchem Fall das aus der ersten Rektifikationskolonne im hier verwendeten Sprachgebrauch "als" der zweite Stoffstrom verwendet wird.
Ein beliebiger weiterer Fluidaustausch zwischen der ersten und zweiten
Rektifikationskolonne ist möglich, insbesondere um die Flüssigbilanz auszugleichen. Die Erfindung wird durch diese Maßnahmen nicht beschränkt.
Erfindungsgemäß wird, wie bereits angesprochen, eine dritte Rektifikationskolonne verwendet, wobei die zweite Rektifikationskolonne und die dritte Rektifikationskolonne als Teile einer Doppelkolonne ausgebildet sind, wobei die dritte Rektifikationskolonne im erläuterten Sinn unterhalb der zweiten Rektifikationskolonne angeordnet ist und die dritte Rektifikationskolonne mit Luft gespeist wird. Zum Begriff der "Doppelkolonne" sei auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Die dritte Rektifikationskolonne wird dabei insbesondere auf einem Druckniveau zwischen dem ersten und dem zweiten Druckniveau, also zwischen den
Betriebsdruckniveaus der ersten und der zweiten Rektifikationskolonne betrieben. Dieses Druckniveau liegt insbesondere bei 4 bis 7 bar, insbesondere ca. 5,5 bar Absolutdruck. Der dritten Rektifikationskolonne wird Luft zugeführt, welche zuvor verdichtet und abgekühlt wurde und insbesondere mittels einer weiteren
Entspannungsmaschine auf das Druckniveau entspannt werden kann, auf dem die dritte Rektifikationskolonne betrieben wird. Die Luft, mit der die dritte
Rektifikationskolonne gespeist wird, umfasst also verdichtete und abgekühlte Luft, die unter Verwendung einer Entspannungsmaschine entspannt wird.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die zweite Rektifikationskolonne mit einem Kondensatorverdampfer betrieben werden, der in einem Sumpfbereich der zweiten Rektifikationskolonne angeordnet ist, und der unter Verwendung von Fluid, das der dritten Rektifikationskolonne entnommen und/oder zu geführt wird, beheizt wird. Auf diese Weise können energetisch besonders effiziente Verfahren realisiert werden.
Insbesondere kann dabei die Luft, die ggf. mittels der Entspannungsmaschine entspannt wird, und mit der die dritte Rektifikationskolonne gespeist wird, in dem Kondensatorverdampfer, der im Sumpfbereich der zweiten Rektifikationskolonne angeordnet ist, zumindest teilweise verflüssigt und der dritten Rektifikationskolonne als flüssiger Rücklauf zurückgeführt werden.
In dem Kondensatorverdampfer, der im Sumpfbereich der zweiten
Rektifikationskolonne angeordnet sein kann, kann auch Kopfgas der dritten
Rektifikationskolonne zumindest teilweise verflüssigt und auf die zweite oder dritte Rektifikationskolonne als Rücklauf zurückgeführt werden. Mit anderen Worten kann also ein gasförmiges Kopfprodukt der dritten Rektifikationskolonne zur Beheizung eines Kondensatorverdampfers der zweiten Rektifikationskolonne verwendet werden, wobei dabei gebildete Flüssigkeit teilweise als Rücklauf auf die zweite Rektifikationskolonne und als Rücklauf auf die dritte Rektifikationskolonne verwendet werden kann. Eine entsprechende Ausgestaltung hat den Vorteil, dass eine weitere Steigerung von Argonausbeute und Gesamtenergiebereich erzielt werden kann.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann in der dritten Rektifikationskolonne insbesondere Sumpfflüssigkeit gebildet werden, welche in die zweite
Rektifikationskolonne eingespeist werden kann. Hierbei kann auch vorgesehen sein, einen Teil dieser Sumpfflüssigkeit zum Kühlen eines Kopfkondensators einer zusätzlich vorhandenen Argonkolonne (also einer "vierten" Kolonne wie unten erläutert) zu verwenden und sie erst danach in die zweite Rektifikationskolonne einzuspeisen. Ein weiterer Teil kann hingegen unter Umgehung eines derartigen Kopfkondensators direkt in die zweite Rektifikationskolonne überführt werden.
Die dritte Rektifikationskolonne erhält insbesondere, wie erwähnt, zuvor in einer Entspannungsmaschine entspannte Luft als gasförmigen Einsatzstrom. Mit anderen Worten kann der dritten Rektifikationskolonne insbesondere die zuvor verdichtete und abgekühlte Luft zugeführt werden, welche mittels einer Entspannungsmaschine entspannt wird. Es versteht sich, dass es sich dabei um weitere Luft handelt, die in dem Verfahren bzw. der Anlage zusätzlich zu der in die erste Rektifikationskolonne eingespeisten Luft einer Zerlegung unterworfen wird.
Etwa in der Mitte der dritten Rektifikationskolonne, allgemeiner in einem Bereich zwischen Sumpf und Kopf, kann optional auch ein weiterer flüssiger Stoffstrom aus der dritten Rektifikationskolonne entnommen werden, der insbesondere mittels einer Pumpe zurück in die erste Rektifikationskolonne geführt werden kann.
Im Sumpf der zweiten Rektifikationskolonne wird, wie erwähnt, sauerstoffreiches Fluid gebildet. Dies kann der zweiten Rektifikationskolonne entnommen werden. Die
Entnahme kann dabei teilweise in gasförmiger und teilweise in flüssiger Form erfolgen. Dieses Fluid weist typischerweise einen Sauerstoffgehalt von mehr als 97 Molprozent, insbesondere mehr als 99,0 Molprozent, auf. Vom Kopf der zweiten
Rektifikationskolonne kann weiteres Fluid entnommen werden, das in einer
Ausgestaltung der Erfindung aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet und verworfen werden kann. Es handelt sich hierbei um ein Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch. In einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird das Kopfgas der zweiten Rektifikationskolonne jedoch als ein weiteres stickstoffreiches Fluid gebildet und als weiteres stickstoffreiches Luftprodukt bereitgestellt.
Das Kopfgas der zweiten Rektifikationskolonne kann dabei mit höherer Reinheit erhalten werden, indem etwas unterhalb des Kopfes der zweiten Rektifikationskolonne ein gasförmiger Teilstrom entnommen wird. Durch die Entnahme dieses Teilstromes wird analog zum Vorgehen in einer konventionellen Luftzerlegungsanlage am Kopf der zweiten Rektifikationskolonne ein Stickstoffprodukt mit typischerweise nur ca. 1 ppm, maximal 100 ppm, Sauerstoff erzeugt.
Dieses Produkt kann entweder direkt im Hauptwärmetauscher auf ein
Temperaturniveau bei oder nahe der Umgebungstemperatur angewärmt oder partiell angewärmt und in einem Warmverdichter auf ein Druckniveau von beispielsweise ca. 1 ,7 bis 2,5 bar, insbesondere ca. 2,2 bar, verdichtet werden. Im Zuge der Erwärmung kann dieses Produkt, oder ein Teilstrom hiervon, dem Hautwärmetauscher auch auf einem Zwischentemperaturniveau entnommen, durch einen Kaltverdichter geführt und erneut dem Hauptwärmetauscher zugeführt werden und weiter erwärmt werden. Die Verdichtung in dem Warmverdichter kann sich hieran anschließen. Der Kaltverdichter kann insbesondere mit einer Entspannungsmaschine gekoppelt sein, die verdichtete und teilabgekühlte Einsatzluft entspannt, welche in die dritte Rektifikationskolonne eingespeist wird. In diesem Zusammenhang kann insbesondere ein stickstoffreicher flüssiger Rücklauf auf die zweite Rektifikationskolonne verwendet werden.
Die Erfindung zeichnet sich in einer entsprechenden Ausgestaltung insbesondere dadurch aus, dass am Kopf der zweiten Rektifikationskolonne stickstoffreiches Kopfgas gebildet wird, und dass zumindest ein Anteil des stickstoffreichen Kopfgases als ein weiteres stickstoffreiches Luftprodukt mit einem Restsauerstoffgehalt, der oberhalb des Restsauerstoffgehalts des Kopfgases der ersten Rektifikationskolonne, jedoch noch deutlich unter dem Restsauerstoffgehalt von Fluiden, die in regulären SPECTRA- Verfahren mit Sauerstoffkolonnen aus diesen Sauerstoffkolonnen am Kopf entnommen werden, liegt. Dies kann im Rahmen dieser Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung auch insbesondere dadurch ermöglicht werden, dass gegenüber üblichen
Sauerstoffkolonnen zusätzliche Böden bzw. Packungsbereiche in der zweiten
Rektifikationskolonne installiert werden, dass unterhalb ein weiteres Fluid entnommen wird, und dass am Kopf der zweiten Rektifikationskolonne ein flüssiger, stickstoffreicher Rücklauf aufgegeben wird.
Das Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne weist im Rahmen der vorliegenden Erfindung einen Restsauerstoffgehalt von 0,1 ppb bis 10 ppm, weiter insbesondere von 0,5 ppb bis 1 ppm oder bis 100 ppb, auf. Der Restsauerstoffgehalt des im Rahmen der vorliegenden Erfindung bereitgestellten wenigstens einen stickstoffreichen
Luftprodukts, das unter Verwendung dieses Kopfgases gebildet wird, liegt daher in diesem Bereich. Das Kopfgas der zweiten Rektifikationskolonne liegt in seinem Restsauerstoffgehalt in der soeben angesprochenen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung darüber. Dieser Restsauerstoffgehalt beträgt dabei insbesondere 10 ppb bis 100 ppm, insbesondere 100 ppb oder 500 ppb bis 10 ppm. Der Restsauerstoffgehalt des im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter Verwendung dieses Kopfgases bereitgestellten weiteren stickstoffreichen Luftprodukts liegt daher in diesem Bereich. Sämtliche Angaben in ppb bzw. ppm bezeichnen den molaren Anteil.
Der in der erwähnten Ausgestaltung der Erfindung erzielte Restsauerstoffgehalt des weiteren stickstoffreichen Luftprodukts, das unter Verwendung des Kopfgases der zweiten Rektifikationskolonne bereitgestellt wird, lässt sich, wie erwähnt, insbesondere durch die Ausstattung der zweiten Rektifikationskolonne mit zusätzlichen Böden bzw. Packungsbereichen erzielen. Die zweite Rektifikationskolonne weist daher in dieser Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorzugsweise 50 bis 120, beispielsweise 70 bis 95, insbesondere 72 bis 90 theoretische Böden auf.
Wie ebenfalls erwähnt, kann der in der erwähnten Ausgestaltung der Erfindung erzielte Restsauerstoffgehalt des weiteren stickstoffreichen Luftprodukts das unter
Verwendung des Kopfgases der zweiten Rektifikationskolonne bereitgestellt wird, insbesondere doch die Verwendung eines stickstoffreichen flüssigen Rücklaufs auf die zweite Rektifikationskolonne erzielen. Die Bereitstellung eines stickstoffreichen flüssigen Stoffstroms und dessen Aufgabe als Rücklauf in einem oberen Bereich der zweiten Rektifikationskolonne ist daher im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgesehen. Der Rücklauf weist einen Restsauerstoffgehalt auf, der insbesondere geringer als der Restsauerstoffgehalt des Kopfgases der zweiten Rektifikationskolonne ist. Der stickstoffreiche flüssige Stoffstrom, der in dieser Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zur Bildung des Rücklaufs auf die zweite Rektifikationskolonne verwendet wird, kann insbesondere aus der ersten Rektifikationskolonne oder einer weiteren Rektifikationskolonne entnommen werden.
Insbesondere zur Versorgung von Halbleiterwerken (sogenannten Fabs) wird neben gasförmigem, hochreinem und möglichst partikelfreiem Stickstoff und ggf. Sauerstoff zunehmend auch die Versorgung mit vergleichsweise geringen Mengen an
gasförmigem Argon gewünscht. Hierzu kann entweder Flüssigargon angeliefert oder und vor Ort verdampft werden, oder es kann eine Herstellung von gasförmigem Argon vor Ort erfolgen. Die Anlieferung von Flüssigargon bringt nicht nur ökonomische Nachteile (Transportkosten, Umtankverluste, Kälteverluste bei Verdampfung gegen Umgebungsluft) mit sich, sondern stellt auch hohe Anforderungen an die
Zuverlässigkeit der Logistikkette. Daher werden für die genannten Anwendungsgebiete zunehmend Anlagen zur Tieftemperaturzerlegung von Luft nachgefragt, die neben größeren Mengen an gasförmigem, hochreinem Stickstoff auch kleinere Mengen an gasförmigem Argon liefern können. Der produzierte Stickstoff sollte typischerweise nur ca. 1 ppb, maximal 1000 ppb, Sauerstoff aufweisen, im Wesentlichen partikelfrei sein, und auf einem deutlich überatmosphärischen Druckniveau geliefert werden können.
Zur Argongewinnung werden typischerweise Luftzerlegungsanlagen mit
Doppelkolonnensystemen und sogenannten Roh- und ggf. sogenannten
Reinargonkolonnen eingesetzt. Ein Beispiel ist bei Häring (s.o.) in Figur 2.3A veranschaulicht und ab Seite 26 im Abschnitt "Rectification in the Low-pressure, Crude and Pure Argon Column" sowie ab Seite 29 im Abschnitt "Cryogenic Production of Pure Argon" beschrieben. Wie dort erläutert, reichert sich Argon in entsprechenden Anlagen in einer bestimmten Höhe in der Niederdruckkolonne an (sogenanntes Argonmaximum). An dieser oder an einer anderen günstigen Stelle, ggf. auch unterhalb des Argonmaximums (am sogenannten Argonübergang), kann aus der Niederdruckkolonne an Argon angereichertes Gas mit einer Argonkonzentration von typischerweise 5 bis 15 Molprozent abgezogen und in die Rohargonkolonne überführt werden. Ein entsprechendes Gas enthält typischerweise ca. 0,05 bis 100 ppm
Stickstoff und ansonsten im Wesentlichen Sauerstoff. Es sei ausdrücklich betont, dass die angegebenen Werte für das aus der Niederdruckkolonne abgezogene Gas lediglich typische Beispielwerte darstellen. Die Rohargonkolonne dient im Wesentlichen dazu, den Sauerstoff aus dem aus der Niederdruckkolonne abgezogenen Gas abzutrennen. Der in der Rohargonkolonne abgetrennte Sauerstoff bzw. ein entsprechendes sauerstoffreiches Fluid kann flüssig in die Niederdruckkolonne zurückgeführt werden. Der Sauerstoff bzw. das
sauerstoffreiche Fluid wird dabei typischerweise mehrere theoretische oder praktische Böden unterhalb der Einspeisestelle für aus der Hochdruckkolonne abgezogene, an Sauerstoff angereicherte und an Stickstoff abgereicherte und ggf. zumindest teilweise verdampfte Flüssigkeit in die Niederdruckkolonne eingespeist. Eine bei der Trennung in der Rohargonkolonne verbleibende gasförmige Fraktion, die im Wesentlichen Argon und Stickstoff enthält, wird in der Reinargonkolonne unter Erhalt von Reinargon weiter aufgetrennt. Die Roh- und die Reinargonkolonne weisen Kopfkondensatoren auf, die insbesondere mit einem Teil der aus der Hochdruckkolonne abgezogenen, an
Sauerstoff angereicherten und an Stickstoff abgereicherten Flüssigkeit gekühlt werden können, welche bei dieser Kühlung teilweise verdampft. Auch andere Fluide können zur Kühlung eingesetzt werden.
Grundsätzlich kann in entsprechenden Anlagen auch auf eine Reinargonkolonne verzichtet werden. In diesem Fall wird die Anlage typischerweise derart ausgestaltet bzw. betrieben, dass der Stickstoffgehalt am Argonübergang unter 1 ppm liegt bzw. unterhalb der geforderten Produktreinheit liegt. Dies ist jedoch keine zwingende Voraussetzung. Argon gleicher Qualität wie aus einer herkömmlichen
Reinargonkolonne wird in diesem Fall aus der Rohargonkolonne bzw. einer vergleichbaren Kolonne typischerweise etwas weiter unterhalb als das
herkömmlicherweise in die Reinargonkolonne überführte Fluid abgezogen, wobei die Böden im Abschnitt zwischen dem Rohargonkondensator, also dem Kopfkondensator der Rohargonkolonne, und einem entsprechenden Abzug für ein Argonprodukt insbesondere als Sperrböden für Stickstoff dienen.
Auch wenn nur vergleichsweise geringe Argonmengen nachgefragt werden, muss herkömmlicherweise dennoch für die Produktion des gasförmigen Argons eine komplette (d.h. mit klassischer Niederdruckkolonne zur Sauerstoffgewinnung ausgestattete) Luftzerlegungsanlage mit Argonrektifikation installiert werden, wie sie zuvor erläutert wurde. Die in einer derartigen Luftzerlegungsanlage zu bearbeitende Luftmenge ist durch gasförmiges Argon oder gasförmigen Stickstoff bestimmt, d.h. eine große Menge des gasförmigen Sauerstoffs fällt als nicht oder nur schlecht
verwertbares Restgas an. Ferner ist in herkömmlichen Anlagen eine Erzeugung von Stickstoff auf einem deutlich überatmosphärischen Druckniveau bei gleichzeitig großen Produktionsmengen nicht möglich. Der Stickstoff fällt hier als Niederdruckprodukt an. Bekannte Anlagen, bei der die Hochdruckkolonne zur Stickstoffproduktion verwendet wird, sind typischerweise nicht gut für die Argonproduktion geeignet.
Die vorliegende Erfindung schlägt nun in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ein Verfahren und eine Luftzerlegungsanlage vor, mittels welchem bzw. welcher neben größeren Mengen an hochreinem, gasförmigem Stickstoff auf einem deutlich überatmosphärischen Druckniveau auch vergleichsweise geringere Mengen an Argon in vorteilhafter Weise bereitgestellt werden können.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird gemäß dieser besonders bevorzugten Ausgestaltung zur Gewinnung von Argon aus der zweiten Rektifikationskolonne Fluid entnommen und als ein dritter Stoffstrom oder zur Bildung eines dritten Stoffstroms verwendet, wobei dieses Fluid einen höheren Argongehalt als das die sauerstoffreiche Sumpfflüssigket aufweist, die im Sumpf der zweiten Rektifikationskolonne gebildet wird. Dieses Fluid weist außerdem einen geringeren Sauerstoffgehalt als die sauerstoffreiche Sumpfflüssigkeit auf, die im Sumpf der zweiten Rektifikationskolonne gebildet wird. Es kann insbesondere 45 bis 60 Molprozent Sauerstoff, 40 bis 55 Molprozent Argon und weniger als 1 Molprozent Stickstoff aufweisen. Das Fluid, das in aus der zweiten Rektifikationskolonne entnommen und als der dritte Stoffstrom oder zur Bildung des dritten Stoffstroms verwendet wird, kann dabei in Höhe des sogenannten Argonmaximums, wie es bei bekannten Niederdruckkolonnen von Luftzerlegungsanlagen auftritt, entnommen werden.
In dieser Ausgestaltung wird eine vierte Rektifikationskolonne verwendet, in die der dritte Stoffstrom eingespeist wird, wobei in der vierten Rektifikationskolonne ein argonreiches Fluid gebildet wird, das einen Gehalt von mehr als 95 Molprozent Argon aufweist und das insbesondere direkt oder nach weiterer Aufreinigung als ein
Argonprodukt verwendet werden kann.
Ein Gehalt von weniger als 1 ppm Stickstoff in dem dritten Stoffstrom kann dabei insbesondere dadurch erzielt werden, dass oberhalb des Argonübergangs in der zweiten Kolonne eine entsprechende Stickstoffabtrennung mittels geeigneter zusätzlicher Böden erfolgt. Weist das Fluid, das der zweiten Rektifikationskolonne entnommen und zur Bildung des dritten Stoffstroms verwendet wird, einen
entsprechend geringen Stickstoffgehalt auf, kann dieses insbesondere ohne
Verwendung einer klassischen Reinargonkolonne als Produkt der vierten
Rektifikationskolonne bereitgestellt werden. Liegt der Stickstoffgehalt deutlich darüber, wird typischerweise neben einer entsprechenden vierten Rektifikationskolonne, die dann einer klassischen Rohargonkolonne entspricht, zusätzlich eine Reinargonkolonne verwendet. Alternativ zur Verwendung einer Reinargonkolonne kann flüssiges Argon auch etwas unterhalb des Kopfes der vierten Rektifikationskolonne als das
herkömmlicherweise in die Reinargonkolonne überführte Fluid abgezogen werden, so dass auf diese Weise Argon gleicher Qualität wie aus einer herkömmlichen
Reinargonkolonne gewonnen werden kann.
In jedem Fall handelt es sich bei der vierten Rektifikationskolonne um eine
Rektifikationskolonne, die in weiten Teilen der typischen Rohargonkolonne eines herkömmlichen Verfahrens zur Tieftemperaturzerlegung von Luft entspricht. Bei Bedarf kann ggf. eine Reinargonkolonne bereitgestellt werden. Bei den zuvor erläuterten geringen Stickstoffgehalten kann aber typischerweise auf eine Reinargonkolonne verzichtet werden. Liegt der Stickstoffgehalt höher als die erwähnten 1 ppm, kann der Gehalt an Sauerstoff und Argon entsprechend geringer sein. Typischerweise liegen dabei die Gehalte an Sauerstoff auch hier bei 45 bis 60 Molprozent und der Gehalt an Argon bei 40 bis 55 Molprozent, jedoch in diesem Fall bezogen auf den
Nichtstickstoffanteil eines entsprechenden Fluids.
Bei dem dritten Stoffstrom, der in die vierte Rektifikationskolonne eingespeist wird, kann es sich insbesondere auch um einen Stoffstrom handeln, welcher aus einer weiteren Rektifikationskolonne entnommen wird, welche ihrerseits mit Fluid aus der zweiten Rektifikationskolonne gespeist wird. Es wird auf die Erläuterungen unten verwiesen. Auch in diesem Fall wird jedoch das Fluid, das aus der zweiten
Rektifikationskolonne entnommen wird, zur Bildung des vierten Stoffstroms verwendet, nämlich über den Umweg der weiteren Rektifikationskolonne.
Durch die Abtrennung von Argon können als zusätzliche Produkte im Rahmen einer entsprechenden Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, wie auch zum Teil nachfolgend noch erläutert, unreiner Sauerstoff (mit 90 bis 98% Molprozent
Sauerstoffgehalt), technischer Sauerstoff (mit 98 bis 99,8% Molprozent
Sauerstoffgehalt) und hochreiner Sauerstoff (mit Spuren an Argon bzw.
Kohlenwasserstoffen im ppb-Bereich) erzeugt werden.
Grundsätzlich kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung immer auch aus der zweiten Rektifikationskolonne Sauerstoff ein Sauerstoffprodukt entnommen werden, auch wenn beispielsweise eine dritte Rektifikationskolonne zur Sauerstoffproduktion bereitgestellt ist. Aus der zweiten Rektifikationskolonne kann beispielsweise ein sauerstoffreiches Gas entnommen und (im Gegensatz zu der Beimischung zu anderen Strömen, wie beispielsweise in Figur 31 veranschaulicht), separat durch den
Hauptwärmetauscher geführt und aus der Anlage als Produkt ausgeleitet werden. Auf diese Weise erhält man Sauerstoff mit einer Reinheit von 99% und besser, was der Reinheit von sogenanntem technischem Sauerstoff entspricht.
Im Sumpf der vierten Rektifikationskolonne wird in der erläuterten Ausgestaltung eine Sumpfflüssigkeit gebildet, die insbesondere mittels einer Pumpe in die zweite
Rektifikationskolonne zurückgeführt werden kann. Eine Einspeisestelle in die zweite Rektifikationskolonne liegt dabei insbesondere in der gleichen Höhe oder in der Nähe der Entnahmestelle des Fluids, das als der dritte Stoffstrom oder zur Bildung des dritten Stoffstroms verwendet wird, wobei unter "in der Nähe" hier eine
Einspeiseposition verstanden wird, die sich um nicht mehr als 10 theoretische oder praktische Böden unterscheidet. Da die beiden Ströme von und zu der vierten
Rektifikationskolonne im Gleichgewicht stehen, kann die Rückspeisung auch in der gleichen Höhe, d.h. insbesondere auf denselben Boden, erfolgen.
Ein besonders großer Vorteil der im Rahmen der soeben erläuterten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass durch die Ergänzung eines SPECTRA- Verfahrens mit einer zusätzlichen Argongewinnung bis zu 50% des in der Prozessluft enthaltenen Argons als Produkt gewonnen werden können, ohne dass eine
aufwendige klassische Sauerstoffrektifikation erforderlich ist. Die zuvor erläuterten Probleme werden daher im Rahmen der soeben erläuterten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung behoben. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann auch insbesondere Flüssigargon gewonnen werden, welches einer bekannten
Innenverdichtung unterworfen werden kann. Auch in der Anlage gebildeter Reinsauerstoff kann einer Innenverdichtung, wie sie aus der eingangs zitierten Fachliteratur bekannt ist, unterworfen werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die zweite Rektifikationskolonne, wie erwähnt, mit einem in ihrem Sumpfbereich angeordneten Kondensatorverdampfer betrieben. Zur Beheizung des
Kondensatorverdampfers können auch andere Stoffströme als die erwähnten verwendet werden. Beispielsweise kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung hierzu ein Teil der atmosphärischen Luft verwendet werden, die zuvor verdichtet und abgekühlt wurde. Entsprechende Luft kann beispielsweise auf dem Druckniveau der ersten Rektifikationskolonne vorliegen oder zuvor mittels einer Entspannungsmaschine entspannt werden. In ersterem Fall wird die Luft typischerweise mittels eines
Hauptkondensators der Luftzerlegungsanlage auf ein Temperaturniveau nahe ihrer Verflüssigungstemperatur, d.h. ein Temperaturniveau, das um nicht mehr als 50 K, 25 K oder 10 K oberhalb der Verflüssigungstemperatur liegt, abgekühlt. In letzterem Fall wird die Luft vor ihrer Entspannung nur auf ein Temperaturniveau abgekühlt, das zwar insbesondere unterhalb von -50° C liegt, aber mindestens 50 K oberhalb der
Verflüssigungstemperatur. Die Entspannung erfolgt in diesem Fall typischerweise auf ein Druckniveau, das unterhalb des ersten Druckniveaus liegt, auf dem die erste Rektifikationskolonne betrieben wird, typischerweise auf ca. 4 bis 6 bar Absolutdruck. Die zur Beheizung des Kondensatorverdampfers verwendete Luft verflüssigt sich zumindest teilweise und kann daher in entsprechender Form in die erste und/oder die dritte Rektifikationskolonne eingespeist werden, wobei eventuell auftretende
Druckunterschiede durch Zwischenschaltung einer Pumpe oder auch durch eine rein hydrostatisch-geodätische Druckerhöhung ausgeglichen werden können.
Zur Beheizung des Kondensatorverdampfers in der zweiten Rektifikationskolonne können jedoch auch ein oder mehrere weitere Stoffströme verwendet werden.
Insbesondere kann es sich hierbei um das Fluid, welches Sauerstoff, Stickstoff und Argon enthält, welches aus der ersten Rektifikationskolonne entnommen als der zweite Stoffstrom oder zur Bildung des zweiten Stoffstroms verwendet wird, und das in die zweite Rektifikationskolonne überführt wird, oder einen Teil hiervon handeln. Ein entsprechender zweiter flüssiger Stoffstrom wird dabei beispielsweise der ersten Rektifikationskolonne entnommen, durch den Kondensatorverdampfer geführt, dabei unterkühlt und danach insbesondere unterhalb eines Kopfbereichs, d.h. insbesondere unterhalb des stickstoffreichen Rücklaufs, auf die zweite Rektifikationskolonne aufgegeben. Dieser zweite Stoffstrom kann auf diese Weise als Rücklauf auf die zweite Rektifikationskolonne verwendet werden. Der Kondensatorverdampfer kann auch mit Kopfgas der dritten Rektifikationskolonne betrieben werden, wie erwähnt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann, wie erwähnt, ein stickstoffreicher Rücklauf auf die zweite Rektifikationskolonne unter Verwendung von stickstoffreicher Flüssigkeit aus der ersten Rektifikationskolonne gebildet werden. Hierbei kann ein entsprechender Stoffstrom insbesondere in dem Kondensatorverdampfer der zweiten Rektifikationskolonne abgekühlt werden; es ist jedoch auch möglich, einen
entsprechenden Stoffstrom unabgekühlt in die zweite Rektifkationskolonne
einzuspeisen. In jedem Fall wird vorteilhafterweise dieser Stoffstrom deutlich oberhalb des zweiten Stoffstroms aus der ersten Rektifikationskolonne entnommen. Die
Entnahme erfolgt typischerweise im Bereich von 20 theoretischen oder praktischen Böden unterhalb des Kopfbereiches der ersten Rektifikationskolonne.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird der zweiten Rektifikationskolonne Kopfgas entnommen und insbesondere aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet, wie bereits zuvor in unterschiedlichen Ausgestaltungen erläutert. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird dabei zumindest ein Teil dieses Kopfgases mittels einer weiteren Entspannungsmaschine entspannt, erwärmt und aus der
Luftzerlegungsanlage ausgeleitet.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die zweite Rektifikationskolonne wie erwähnt auf dem zweiten Druckniveau, insbesondere auf einem Druckniveau von 1 ,1 bis 1 ,6 bar Absolutdruck betrieben werden, wobei der ersten Rektifikationskolonne zuvor verdichtete und abgekühlte Luft zugeführt wird, von welcher ein Teilstrom mittels einer Entspannungsmaschine auf das zweite Druckniveau entspannt wird, auf dem die zweite Rektifikationskolonne betrieben wird. Dieser Teilstrom kann nach seiner Entspannung in dem Kondensatorverdampfer, der im Sumpfbereich der zweiten Rektifikationskolonne angeordnet ist, zumindest teilweise verflüssigt und in die erste Rektifikationskolonne eingespeist werden. Eine derartige Ausgestaltung hat den Vorteil, dass sowohl Argonausbeute und Gesamtenergiebereich deutlich verbessert werden. Die für diese Entspannung verwendete Entspannungsmaschine kann mit Verdichter gekoppelt sein, der in der zuvor erläuterten Ausgestaltung der Erfindung das weitere Luftprodukt, das unter Verwendung von Kopfgas der zweiten Rektifikationskolonne gebildet wird, warm verdichtet. Neben oder alternativ zu einer derartigen Kopplung kann auch eine Bremsung, beispielsweise generatorisch und/oder mittels einer Ölbremse, vorgesehen sein. Mittels einer vergleichbaren weiteren
Entspannungsmaschine kann in einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung aber auch weiteres Fluid entspannt werden.
Allgemein kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung die vierte
Rektifikationskolonne, in den Ausgestaltungen, in denen sie vorhanden ist, mit einem Kopfkondensator betrieben werden, dessen Verdampfungsraum auf einem
Druckniveau von weniger als 1 ,2 bar Absolutdruck bzw. 150 mbar Überdruck betrieben und mit Fluid gekühlt wird, welches anschließend in die zweite Rektifikationskolonne eingespeist oder aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet wird. Bei diesem Fluid kann es sich insbesondere um Sumpfflüssigkeit der ersten, oder, falls vorhanden, der dritten Rektifikationskolonne handeln bzw. kann ein entsprechendes Fluid einen Teil dieser Sumpfflüssigkeit(en) umfassen. Es können jedoch auch weitere Fluide verwendet werden. Ein derartiges Betriebsdruckniveau des Verdampfungsraums des
Kopfkondensators kann im Rahmen der Erfindung die Argonausbeute erhöhen. Dies kann insbesondere dadurch ermöglicht werden, dass entsprechendes Fluid nicht als Regeneriergas in der Luftzerlegungsanlage verwendet wird.
Insbesondere kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung bzw. einer entsprechenden Ausgestaltung in dem Kopfkondensator also Fluid, das im Sumpf einer
Rektifikationskolonne, insbesondere der ersten oder der dritten Rektifikationskolonne anfällt, zu einem Anteil als das Fluid oder als ein Teil des Fluids verwendet werden, mittels welchem der Kopfkondensator der vierten Rektifikationskolonne gekühlt wird. Wie erwähnt, kann entsprechendes Fluid anschließend insbesondere aus der
Luftzerlegungsanlage ausgeführt oder auf andere Weise vorteilhaft verwendet werden.
Im Rahmen einer entsprechenden Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann Kopfgas, das in der vierten Rektifikationskolonne gebildet wird, insbesondere einen Gehalt von mehr als 99,999 Molprozent Argon aufweisen. In dieser Ausgestaltung kann dieses Kopfgas ohne weitere Rektifikation als Argonprodukt aus der
Luftzerlegungsanlage ausgeführt werden. Wie erwähnt, ergeben sich entsprechend hohe Argongehalte insbesondere dann, wenn aus der zweiten Rektifikationskolonne ein ausgesprochen stickstoffarmes Fluid entnommen und in die vierte
Rektifikationskolonne überführt wird.
Alternativ dazu ist es auch möglich, ein Kopfgas in einer entsprechenden
Ausgestaltung in der vierten Rektifikationskolonne mit einem geringeren Argongehalt zu bilden, beispielsweise mit einem Argongehalt von mehr als 95 und weniger als 99,999 Molprozent. In dieser Ausgestaltung kann dann insbesondere eine weitere Rektifikationskolonne in Form einer bekannten Reinargonkolonne vorgesehen sein, in der dieses Kopfgas anschließend unter Erhalt eines Argonprodukts mit entsprechender Reinheit von mehr als 99,999 Molprozent rektifiziert werden kann. Zu bekannten Roh- und Reinargonkolonnen wird auf die eingangs zitierte Fachliteratur verwiesen.
Wie ebenfalls erwähnt, kann aber in entsprechenden Ausgestaltungen auch anstelle Kopfgas ein argonreiches Fluid in flüssiger Form unterhalb des Kopfs der dritten Rektifikationskolonne in Form des fünften Stoffstroms aus dieser abgezogen werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann, wie mehrfach erwähnt, eine Menge des in der Luftzerlegungsanlage gebildeten Argonprodukts 1 % bis 50% einer gesamten, in Form von atmosphärischer Luft der Luftzerlegungsanlage insgesamt zugeführten Argonmenge umfassen.
Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zur Herstellung von ultrahochreinem Sauerstoff mit einem Sauerstoffgehalt von beispielsweise 99,5 Molprozent bei einem Restgehalt von bis zu 1 ppb Methan, 10 ppb Argon und nicht mehr als 1 ppb anderer Luftkomponenten eine fünfte Rektifikationskolonne verwendet werden, in der eine Flüssigkeit mit einem Sauerstoffgehalt gebildet wird, der oberhalb eines Sauerstoffgehalts der sauerstoffreichen Sumpfflüssigkeit liegt, die im Sumpf der zweiten Rektifikationskolonne gebildet wird.
Diese fünfte Rektifikationskolonne kann insbesondere als Doppelkolonne ausgebildet sein, die einen oberen Teil und einen unteren Teil aufweist, die fluiddicht voneinander getrennt sind. Jedenfalls werden in dem oberen Teil und dem unteren Teil der
Doppelkolonne jeweils ein Kopfgas und eine Sumpfflüssigkeit gebildet. Der obere Teil kann dabei als Sperrsäule gegen Schwersieder wie z.B. Kohlenwasserstoffe verwendet werden und ist, funktional betrachtet, ein ausgelagerter Teil der vierten Rektifikationskolonne. Der untere Teil, also die fünfte Rektifikationskolonne selbst, wird als Strippsäule zum Abtrennen von Leichtersiedern wie z.B. Argon verwendet.
Insgesamt kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung in der fünften
Rektifikationskolonne bzw. deren unterem Teil eine Flüssigkeit mit einem
Sauerstoffgehalt gebildet werden, der oberhalb eines Sauerstoffgehalts der
sauerstoffreichen Sumpfflüssigkeit liegt, die im Sumpf der zweiten
Rektifikationskolonne gebildet wird, und die fünfte Rektifikationskolonne kann zur Bildung des dritten Stoffstroms, der in die vierte Rektifikationskolonne eingespeist wird, unter Verwendung des Fluids, das aus der zweiten Rektifikationskolonne entnommen wird und einen höheren Argongehalt als die sauerstoffreiche Sumpfflüssigkeit der zweiten Rektifikationskolonne aufweist, verwendet werden.
In den oberen Teil der soeben erläuterten, als Doppelkolonne ausgebildeten fünften Kolonne, also in den funktional zur zweiten Rektifikationskolonne gehörigen Teil, kann dabei zumindest ein Teil des aus der zweiten Rektifikationskolonne entnommenen Fluids eingespeist werden, das als der vierte Stoffstrom oder zur Bildung des vierten Stoffstroms verwendet wird.
Der obere und der untere Teil der soeben erläuterten Doppelkolonne können jeweils mit einem Rücklauf betrieben werden, der unter Verwendung von Sumpfflüssigkeit der vierten Rektifikationskolonne bereitgestellt wird, falls vorhanden, Kopfgas des oberen und des unteren Teils der soeben erläuterten Doppelkolonne können in die vierte Rektifikationskolonne eingespeist werden, und die Flüssigkeit mit dem
Sauerstoffgehalt, der oberhalb des Sauerstoffgehalts der sauerstoffreichen
Sumpfflüssigkeit liegt, die im Sumpf der zweiten Rektifikationskolonne gebildet wird, kann in Form von Sumpfflüssigkeit des unteren Teils gebildet werden.
Die Erfindung kann insbesondere umfassen, dass der untere Teil der Doppelkolonne, also der fünften Rektifikationskolonne im eigentlichen Sinn, mittels eines
Kondensatorverdampfers beheizt wird, in dem Fluid aus der vierten
Rektifikationskolonne abgekühlt wird. Die vorliegende Erfindung erstreckt sich auch auf eine Luftzerlegungsanlage, die zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einer zuvor erläuterten Ausgestaltung in der vorliegenden Erfindung eingerichtet ist. Zu Merkmalen und Vorteilen einer
entsprechenden Luftzerlegungsanlage sei auf den entsprechenden unabhängigen Patentanspruch und die obigen Ausführungen ausdrücklich verwiesen. Insbesondere weist eine derartige Luftzerlegungsanlage Mittel auf, die dafür eingerichtet sind, einem Verfahren entsprechend einer der erläuterten Ausgestaltungen durchzuführen.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Luftzerlegungsanlage weist diese einen Hauptwärmetauscher auf, der in einer ersten vorgefertigten Coldbox angeordnet ist, und die erste Rektifikationskolonne mit dem zur Kühlung ihres Kopfgases verwendeten Wärmetauscher ist in einer zweiten
vorgefertigten Coldbox angeordnet. Die zweite und dritte Rektifikationskolonne sind in einer derartigen Luftzerlegungsanlage in einer dritten vorgefertigten Coldbox angeordnet.
Eine derartige Luftzerlegungsanlage kann insbesondere eine oder mehrere weitere Rektifikationskolonnen aufweisen, wie zuvor unter Bezugnahme auf die vierte und fünfte Rektifikationskolonne erläutert. Die eine weitere oder zumindest eine der mehreren weiteren Rektifikationskolonnen kann bzw. können in der dritten
vorgefertigten Coldbox oder in einer oder in mehreren weiteren vorgefertigten
Coldboxen angeordnet sein.
Bei einer Coldbox handelt es sich um einen Isolierbehälter aus Metall, der jeweils den oder die gesamten genannten Apparate umgibt und mit isolierendem Material, beispielsweise Perlit, gefüllt ist. Vorteilhafterweise sind neben dem einen oder den mehreren genannten Apparaten die zum Betrieb erforderlichen Vorrichtungen wie Wärmetauscher und/oder Armaturen in der Coldbox angeordnet, so dass bei der Erstellung einer entsprechenden Anlage lediglich eine Verrohrung erfolgen muss. Dies erleichtert die Erstellung am Aufstellungsort. Eine Vorfertigung umfasst insbesondere die Erstellung der Coldbox-Außenhülle und ggf. die Einbringung der genannten Apparate mit der entsprechenden Verrohrung. Auf der Baustelle muss daher lediglich noch eine Verbindung (Verrohrung) erfolgen. Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Figuren 1 bis 31 veranschaulichen Luftzerlegungsanlagen und Teile von
Luftzerlegungsanlagen jeweils in Gesamt- oder Teildarstellung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In den nachfolgenden Figuren sind Luftzerlegungsanlagen unterschiedlicher
Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht und mit 100 bis 3100 bezeichnet. Die Komponenten entsprechender Anlagen werden dabei zunächst unter Bezugnahme auf die Figur 1 und die dort veranschaulichte nicht erfindungsgemäße Luftzerlegungsanlage 100 erläutert. In den Luftzerlegungsanlagen 200 bis 3100 gemäß den Figuren 2 bis 31 vorhandene, baulich oder funktionell jeweils entsprechende Elemente werden dort nicht wiederholt erläutert.
In Figur 1 ist eine nicht erfindungsgemäße Luftzerlegungsanlage 100 in Form eines schematischen Anlagendiagramms veranschaulicht.
Der Luftzerlegungsanlage 100 wird aus einem warmen Teil der Luftzerlegungsanlage 100, der hier schematisch mit 110 veranschaulicht ist und insbesondere Einrichtungen zur Aufreinigung und Verdichtung von Einsatzluft umfasst, ein Einsatzluftstrom a zugeführt. Dieser Einsatzluftstrom a wird in einem Hauptwärmetauscher 1 der
Luftzerlegungsanlage 100 abgekühlt und aus dem Hauptwärmetauscher 1 nahe dessen kaltem Ende entnommen. Der warme Teil 110 der Luftzerlegungsanlage kann fachüblich ausgebildet sein. Für ein die vorliegende Erfindung nicht einschränkendes Beispiel wird auf die Erläuterungen zu Figur 2.3A bei Häring (s.o.) verwiesen.
Der Einsatzluftstrom a wird anschließend auf zwei Teilströme b und c aufgeteilt, wobei der Teilstrom b direkt in eine erste Rektifikationskolonne 11 eingespeist wird. Der Teilstrom c wird hingegen durch einen Kondensatorverdampfer 121 einer zweiten Rektifikationskolonne 12 geführt und sodann, insbesondere nach Vereinigung mit weiteren Stoffströmen wie unten erläutert, ebenfalls in die erste Rektifikationskolonne 11 eingespeist. Die Einspeisung der Teilströme b und c erfolgt jeweils in geeigneter Höhe in die erste Rektifikationskolonne 1 1.
In der ersten Rektifikationskolonne 11 , die auf einem zuvor erläuterten "ersten" Druckniveau betrieben wird, werden ein an Stickstoff angereichertes bzw. im
Wesentlichen Stickstoff aufweisendes Kopfgas und eine an Sauerstoff angereicherte Sumpfflüssigkeit gebildet. Der ersten Rektifikationskolonne 1 1 werden zwei Stoffströme d und e entnommen, die jeweils Fluid umfassen, das gegenüber atmosphärischer Luft an Sauerstoff angereichert ist.
Der Stoffstrom d wird zunächst in dem Hauptwärmetauscher 1 weiter abgekühlt und anschließend durch einen Wärmetauscher 2 geführt, welcher, wie nachfolgend erläutert, zur Abkühlung von Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne 1 1 verwendet wird. Der Stoffstrom e wird zunächst in vergleichbarer Weise wie der Stoffstrom d behandelt, wobei ein Teil des Stoffstroms e als Stoffstrom e1 abgezweigt werden kann, bevor der Rest des Stoffstroms e, der der Einfachheit halber weiter mit e bezeichnet ist, dem Wärmetauscher 2 zugeführt wird. Zu dem Stoffstrom e kann auch bei Bedarf von extern Flüssigstickstoff X zugespeist werden. Im dargestellten Beispiel wird der Stoffstrom e aus dem Sumpf der ersten Rektifikationskolonne 1 1 , der Stoffstrom d hingegen von einer Position mehrere theoretische oder praktische Böden oberhalb des Sumpfs aus der ersten Rektifikationskolonne 11 entnommen. Die Stoffströme d und e werden getrennt voneinander durch den Wärmetauscher 2 geführt.
Der Stoffstrom e wird anschließend in dem Hauptwärmetauscher 1 teilerwärmt und in Form zweier Teilströme mittels einer Entspannungsmaschine 3 und ggf. eines nicht gesondert bezeichneten Bypassventils entspannt. Anschließend werden diese
Teilströme, miteinander und mit weiteren Stoffströmen vereinigt, im
Hauptwärmetauscher 1 erwärmt und aus der Luftzerlegungsanlage in Form eines Sammelstroms f ausgeführt bzw. im warmen Teil 1 10, beispielsweise zur
Regenerierung von Absorbern, verwendet.
Der Stoffstrom d wird hingegen, ggf. nach Abzweigung und Abblasen eines Teilstroms an die Atmosphäre A, in einem Verdichter 5, der mit einer der hier gezeigten
Entspannungsmaschine 3 gekoppelt ist, verdichtet, anschließend abgekühlt und, vergleichbar mit dem Stoffstrom c, in die erste Rektifikationskolonne 11 zurückgeführt. Wie in Form eines gestrichelten Stoffstroms d1 veranschaulicht, kann hier auch ein Bypass erfolgen. Der Verdichter 5 ist mit der Entspannungsmaschine 3 gekoppelt und weist ferner eine hier nicht gesondert bezeichnete Ölbremse auf.
Kopfgas vom Kopf der ersten Rektifikationskolonne 11 wird in Form eines Stoffstroms g durch den Wärmetauscher 2 geführt und dort zumindest teilweise verflüssigt. Dieses teilweise verflüssigte Kopfgas kann teilweise in Form eines Rücklaufstroms auf die erste Rektifikationskolonne 11 zurückgeführt und zu einem weiteren Anteil als
Flüssigstickstoffprodukt B bereitgestellt werden. Hierzu kann ein Teil in einem
Unterkühler 6 unterkühlt und als entsprechend unterkühltes Flüssigstickstoffprodukt B ausgeführt werden. Ein in dem Unterkühler 6 zum Kühlen entspannter Anteil kann mit dem bereits erwähnten Stoffstrom e vereinigt werden. Ein Teil des Stoffstroms g kann auch als sogenannter Purge P ausgeleitet werden. Weiteres Kopfgas kann in Form eines Stoffstroms h im Hauptwärmetauscher 1 erwärmt und als gasförmiges
Stickstoffprodukt C ausgeführt bzw. als Dichtgas D verwendet werden. Das gasförmige Stickstoffprodukt C stellt ein zuvor zu unterschiedlichen Ausgestaltungen der Erfindung erläutertes "stickstoffreiches Luftprodukt" dar.
In dem in Figur 1 veranschaulichten Beispiel wird aus der ersten Rektifikationskolonne 11 ein Stoffstrom i flüssig ausgeführt, welcher im Kondensatorverdampfer 121 der zweiten Rektifikationskolonne unterkühlt und als Rücklauf auf die zweite
Rektifikationskolonne 12 aufgegeben wird. Aus einem Bereich nahe des Kopfs der ersten Rektifikationskolonne 1 1 , jedenfalls deutlich oberhalb des Stoffstroms i, wird ein weiterer, entsprechend stickstoffreicher, Stoffstrom i1 flüssig abgezogen und oberhalb des Stoffstroms i, insbesondere am Kopf, als Rücklauf auf die zweite
Rektifikationskolonne 12 aufgegeben.
Aus dem Sumpf der zweiten Rektifikationskolonne 12 kann ein flüssiger
sauerstoffreicher Stoffstrom k abgezogen werden, der mittels einer
Innenverdichtungspumpe 7 oder mittels Druckaufbauverdampfung auf Druck gebracht und anschließend im Hauptwärmetauscher 1 erwärmt und als innenverdichtetes Sauerstoffdruckprodukt E bereitgestellt werden kann. Ein Teil des Stoffstroms k kann auch als Flüssigsauerstoffprodukt F bereitgestellt werden. Weitere sauerstoffreiche Flüssigkeit, jedoch mit geringerem Sauerstoffgehalt, kann analog in Form eines Stoffstroms k1 aus der zweiten Rektifikationskolonne 12 abgezogen, mittels einer weiteren Innenverdichtungspumpe 7a auf Druck gebracht und als weiteres
innenverdichtetes Sauerstoffdruckprodukt E1 bereitgestellt werden. Ein Anteil kann optional auch in Form eines Stoffstroms k2 zurückgeführt werden. Ein Teil kann auch als Flüssigsauerstoffprodukt F bereitgestellt werden. Vom Kopf der zweiten
Rektifikationskolonne 12 wird im dargestellten Beispiel ein Stoffstrom I abgezogen, der nach Vereinigung mit einem weiteren Stoffstrom ebenfalls erwärmt und, im
veranschaulichten Beispiel, an die Atmosphäre A abgegeben werden kann. Die Stoffströme i und H werden in einem Unterkühler 9 gegen den Stoffstrom I unterkühlt, bevor sie in die zweite Rektifikationskolonne 12 eingespeist werden.
Aus einem mittleren Bereich der zweiten Rektifikationskolonne 12, insbesondere am Argonübergang, wird ein Stoffstrom m abgezogen, welcher in einem unteren Bereich einer Rektifikationskolonne 14 eingespeist wird, die aus Konsistenzgründen als vierte Rektifikationskolonne 14 bezeichnet wird (in der hier veranschaulichten nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist die erfindungsgemäß verwendete dritte
Rektifikationskolonne 13 nicht vorhanden). Aus dem Sumpf der vierten
Rektifikationskolonne 14 wird mittels einer Pumpe 8 ein weiterer Stoffstrom n abgezogen und in die zweite Rektifikationskolonne12 zurückgeführt. Aus der vierten Rektifikationskolonne 14 wird in einem oberen Bereich ein Stoffstrom o abgezogen, durch einen Kopfkondensator 141 der vierten Rektifikationskolonne 141 geführt, dort zumindest teilweise verflüssigt und als Rücklauf auf die vierte Rektifikationskolonne 14 zurückgeführt. Ein nicht verdampfter Anteil kann an die Atmosphäre A abgegeben werden. Ein Flüssigargonprodukt G wird unterhalb des Kopfs der vierten
Rektifikationskolonne 14 in Form eines Stoffstroms p flüssig abgezogen. Ein entsprechender Stoffstrom p kann auch zumindest teilweise mittels einer Pumpe auf Druck gebracht und in dem Hauptwärmetauscher 1 erwärmt werden, so dass auf diese Weise ein innenverdichtetes Argonprodukt bereitgestellt werden kann.
Der Kopfkondensator 141 der vierten Rektifikationskolonne 14 wird mit Flüssigkeit gekühlt, die dem Kopfkondensator 141 in Form des bereits erwähnten Stoffstroms q zugeführt werden kann. Der Stoffstrom q kann unter Verwendung zumindest eines Teils des ebenfalls bereits erwähnten Stoffstroms e1 und optional des Stoffstroms k2 gebildet werden. Nicht zur Bildung des Stoffstroms q verwendete Anteile können in Form eines Stoffstroms q1 mit dem Stoffstrom c vereinigt und in die erste Rektifikationskolonne 1 1 eingespeist werden. Aus einem Verdampfungsraum des Kopfkondensators 141 der vierten Rektifikationskolonne 14 kann ein Stoffstrom r abgezogen werden, welcher vorzugsweise gegendruckfrei oder im Wesentlichen gegendruckfrei nach Vereinigung mit dem Stoffstrom I wie bezüglich dieses Stoffstroms I erläutert im Hauptwärmetauscher 1 erwärmt und aus der Anlage ausgeführt werden kann. Auf diese Weise kann ein geringer Druck in dem Verdampfungsraum des Kopfkondensators 141 eingestellt werden. Optional kann ein Anteil r1 des Stoffstroms r auch in die zweite Rektifikationskolonne 12 eingespeist werden. Flüssigkeit aus dem Verdampfungsraum des Kopfkondensators 141 der vierten Rektifikationskolonne 14 kann bei Bedarf in Form eines Stoffstroms s mit den Teilströmen des Stoffstroms e vor deren Erwärmung in dem Hauptwärmetauscher 1 vereinigt werden.
Die Stoffströme i und/oder i1 können, wie bereits erwähnt, gegen den Stoffstrom I in jeweils mit 9 bezeichneten Unterkühlern gegen den Stoffstrom I unterkühlt werden. Entsprechendes gilt optional auch für den Stoffstrom q gegenüber dem Stoffstrom r. Mehrere Unterkühler 9 können auch in einem gemeinsamen Apparat
zusammengefasst sein.
In Figur 2 ist eine weitere nicht erfindungsgemäße Luftzerlegungsanlage in Form eines schematischen Anlagendiagramms veranschaulicht und insgesamt mit 200 bezeichnet.
Im Gegensatz zu der in Figur 1 veranschaulichten Luftzerlegungsanlage 100 wird hier ein Teilstrom a1 des Einsatzluftstroms a dem Hauptwärmetauscher 1 auf einem Zwischentemperaturniveau entnommen, mittels einer Entspannungsmaschine 201 , die mit einem Generator gekoppelt ist, entspannt, und ansonsten wie der Stoffstrom c gemäß Figur 1 verwendet. Falls eine entsprechende Entspannungsmaschine vorhanden ist und zu einem gleichen oder vergleichbaren Zweck eingesetzt wird, ist diese auch in den nachfolgenden Figuren mit 201 bezeichnet. Die gegenüber der Luftzerlegungsanlage 100 abweichenden Merkmale können einzeln oder gemeinsam vorgesehen sein und/oder mit beliebigen zuvor und nachfolgend beschriebenen Merkmalen kombiniert werden.
In Figur 3 ist eine weitere nicht erfindungsgemäße Luftzerlegungsanlage in Form eines schematischen Anlagendiagramms veranschaulicht und insgesamt mit 300 bezeichnet. Wie hier veranschaulicht, kann ein dem Stoffstrom a1 der Figur 2 entsprechender Stoffstrom nach seiner Entspannung in der Entspannungsmaschine 201 auch dem Hauptwärmetauscher 1 wieder zugeführt, dort erwärmt und an die Atmosphäre A abgeblasen werden. Bezüglich weiterer Details sei auf die Erläuterungen zu den vorstehenden Figuren ausdrücklich verwiesen. Die gegenüber den vorstehenden Figuren abweichenden Merkmale können auch hier einzeln oder gemeinsam vorgesehen sein und/oder mit beliebigen zuvor und nachfolgend beschriebenen Merkmalen kombiniert werden.
In Figur 4 ist eine weitere nicht erfindungsgemäße Luftzerlegungsanlage in Form eines schematischen Anlagendiagramms veranschaulicht und insgesamt mit 400 bezeichnet.
Im Gegensatz zu der den in den vorstehenden Figuren veranschaulichten
Luftzerlegungsanlagen 100 bis 300 wird hier kein dem Stoffstrom H entsprechender Stoffstrom verwendet. Bezüglich weiterer Details sei auf die Erläuterungen zu den vorstehenden Figuren ausdrücklich verwiesen. Die gegenüber den vorstehenden Figuren abweichenden Merkmale können auch hier einzeln oder gemeinsam vorgesehen sein und/oder mit beliebigen zuvor und nachfolgend beschriebenen Merkmalen kombiniert werden.
In Figur 5 ist eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in Form eines schematischen Anlagendiagramms veranschaulicht und insgesamt mit 500 bezeichnet.
Die Luftzerlegungsanlage 500 gemäß Figur 5 unterscheidet sich von den zuvor erläuterten Ausgestaltungen insbesondere dadurch, dass die zweite
Rektifikationskolonne 12 als Teil einer Doppelkolonne ausgebildet ist, die zusätzlich die bereits angesprochene dritte Rektifikationskolonne 13 aufweist. Ein wie zuvor mit a1 bezeichneter und entsprechend behandelter Anteil des Einsatzluftstroms a wird dabei in einen unteren Bereich dieser dritten Rektifikationskolonne 13 eingespeist.
Ein Stoffstrom q2, der ansonsten vergleichbar wie der Stoffstrom q der vorstehenden Figuren weiterverwendet wird und daher weiter stromabwärts auch hier mit q bezeichnet ist, wird in der Luftzerlegungsanlage 500 unter Verwendung von
Sumpfflüssigkeit der dritten Rektifikationskolonne 13, des Teilstroms e2 und optional des Stoffstroms k2, gebildet. Kopfgas der dritten Rektifikationskolonne 13 wird in Form eines Stoffstroms u in dem Kondensatorverdampfer 121 zumindest teilweise verflüssigt und anschließend in Form eines Teilstroms u1 als Rücklauf auf die dritte
Rektifikationskolonne 13 sowie in Form eines Teilstroms u2 als Rücklauf auf die zweite Rektifikationskolonne 12 verwendet.
Stickstoffreiche Flüssigkeit wird in Form eines Stoffstroms v über einen Seitenabzug aus der dritten Rektifikationskolonne 13 entnommen und mittels einer Pumpe 501 in die erste Rektifikationskolonne 11 befördert.
Bezüglich weiterer Details sei auf die Erläuterungen zu den vorstehenden Figuren ausdrücklich verwiesen. Die gegenüber den vorstehenden Figuren abweichenden Merkmale können auch hier einzeln oder gemeinsam vorgesehen sein und/oder mit beliebigen zuvor und nachfolgend beschriebenen Merkmalen kombiniert werden.
In Figur 6 ist eine weitere nicht erfindungsgemäße Luftzerlegungsanlage in Form eines schematischen Anlagendiagramms veranschaulicht und insgesamt mit 600 bezeichnet. Die Darstellung weicht dabei in Figur 6 und den nachfolgenden Figuren leicht von jenen in den Figuren 1 bis 5 ab, wobei jedoch ein Teil der Funktion der gezeigten Elemente hinsichtlich der technischen Funktion identisch bzw. vergleichbar ist und daher mit identischen Bezugszeichen angegeben ist.
Der Luftzerlegungsanlage 600 wird aus einem warmen Teil, der hier ebenfalls mit 110 zusammengefasst ist, auch hier ein Einsatzluftstrom a zugeführt, der aus
atmosphärischer Luft L gebildet wird. In dem warmen Teil 1 10 sind hier unter anderem ein Filter 1 11 , über den Einsatzluft L angesaugt wird, ein Hauptluftverdichter 1 12 mit nicht gesondert bezeichneten Nachkühlern, ein Direktkontaktkühler, der mit Wasser W betrieben wird, und ein Absorbersatz 1 15 dargestellt. Der Einsatzluftstrom a wird auch hier in einem Hauptwärmetauscher 1 der Luftzerlegungsanlage 600 abgekühlt und aus dem Hauptwärmetauscher 1 nahe dessen kaltem Ende entnommen.
Der Einsatzluftstrom a wird wie zuvor auf zwei Teilströme b und c aufgeteilt, wobei der Teilstrom b direkt in die auch hier mit 1 1 bezeichnete erste Rektifikationskolonne eingespeist wird. Der zweite Teilstrom c wird wiederum durch einen
Kondensatorverdampfer 121 einer auch hier mit 12 bezeichneten zweiten Rektifikationskolonne 12 geführt, hier aber anschließend wie nachfolgend erläutert aus der Luftzerlegungsanlage 600 ausgeführt. Im Gegensatz zu dem in den Figuren 1 bis 5 veranschaulichten Kondensatorverdampfer 121 ist in dem Kondensatorverdampfer 121 gemäß Figur 6 die Stromführung nicht über Kreuz veranschaulicht,
In der ersten Rektifikationskolonne 1 1 , die auch hier auf dem zuvor erläuterten "ersten" Druckniveau betrieben wird, werden ein an Stickstoff angereichertes bzw. im
Wesentlichen Stickstoff aufweisendes Kopfgas und eine an Sauerstoff angereicherte Sumpfflüssigkeit gebildet. Der ersten Rektifikationskolonne 1 1 werden auch hier zwei Stoffströme d und e entnommen, die jeweils Fluid umfassen, das gegenüber atmosphärischer Luft an Sauerstoff angereichert ist.
Der Stoffstrom d wird zunächst in dem Hauptwärmetauscher 1 weiter abgekühlt und anschließend durch einen Wärmetauscher 2 geführt, welcher, wie nachfolgend erläutert, zur Abkühlung von Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne 1 1 verwendet wird. Der Stoffstrom e wird zunächst in vergleichbarer Weise wie der Stoffstrom d behandelt, wobei der Stoffstrom e hier zunächst mit dem Stoffstrom c vereinigt wird und anschließend ein weiterer Stoffstrom q3 hiervon abgezweigt wird. Erst dann wird dieser Stoffstrom, der Einfachheit halber weiter mit e bezeichnet, in dem
Hauptwärmetauscher 1 weiter abgekühlt und dem Wärmetauscher 2 zugeführt. Der Stoffstrom q3 wird im weiteren Verlauf zur Vergleichbarkeit mit den vorigen Figuren und aufgrund seiner entsprechenden Verwendung mit q bezeichnet.
Zu dem Stoffstrom e kann wie zuvor bei Bedarf Flüssigstickstoff X zugespeist werden. Im dargestellten Beispiel wird der Stoffstrom e aus dem Sumpf der ersten
Rektifikationskolonne 1 1 , der Stoffstrom d hingegen von einer Position mehrere theoretische oder praktische Böden oberhalb des Sumpfs aus der ersten
Rektifikationskolonne 1 1 entnommen. Die Stoffströme d und e werden getrennt voneinander durch den Wärmetauscher 2 geführt.
Der Stoffstrom e wird anschließend in dem Hauptwärmetauscher 1 teilerwärmt und in Form zweier Teilströme mittels einer Entspannungsmaschine 3 und ggf. eines
Entspannungsventils bzw. über einen Bypass entspannt. Anschließend werden diese Teilströme, miteinander und mit weiteren Stoffströmen vereinigt, im
Hauptwärmetauscher 1 erwärmt und aus der Luftzerlegungsanlage in Form eines Sammelstroms f ausgeführt bzw. im warmen Teil 1 10 der Luftzerlegungsanlage 600, beispielsweise zur Regenerierung der Absorber des Adsorbersatzes 1 14, verwendet.
Der Stoffstrom d wird hingegen, ggf. nach Abzweigung und Abblasen eines Teilstroms an die Atmosphäre A, in einem Verdichter 5, der mit einer der hier gezeigten
Entspannungsmaschine 3 gekoppelt ist, verdichtet, anschließend abgekühlt und in die erste Rektifikationskolonne zurückgeführt. Wie in Form eines gestrichelten Stoffstroms d1 veranschaulicht, kann auch hier ein Bypass erfolgen. Der Verdichter 5 ist mit der Entspannungsmaschine 3 gekoppelt und weist ferner eine hier nicht gesondert bezeichnete Ölbremse auf. Auch beliebige andere Kombinationen sind möglich.
Kopfgas vom Kopf der ersten Rektifikationskolonne 11 wird in Form eines Stoffstroms g durch den Wärmetauscher 2 geführt und dort zumindest teilweise verflüssigt. Dieses teilweise verflüssigte Kopfgas kann teilweise in Form eines Rücklaufstroms auf die erste Rektifikationskolonne zurückgeführt und zu einem weiteren Anteil als
Flüssigstickstoffprodukt B bereitgestellt werden. Hierzu kann ein Teil in einem
Unterkühler 6 unterkühlt und als entsprechend unterkühltes Flüssigstickstoffprodukt B ausgeführt werden. Ein in dem Unterkühler 6 zum Kühlen entspannter Anteil kann mit dem bereits erwähnten Stoffstrom e vereinigt werden. Ein Teil kann auch als sogenannter Purge P ausgeleitet werden. Weiteres Kopfgas kann in Form eines Stoffstroms h im Hauptwärmetauscher 1 erwärmt und als gasförmiges Stickstoffprodukt C ausgeführt bzw. als Dichtgas D verwendet werden.
Auch in dem in Figur 6 veranschaulichten Beispiel wird aus der ersten
Rektifikationskolonne 1 1 ein Stoffstrom i flüssig ausgeführt, welcher im
Kondensatorverdampfer 121 der zweiten Rektifikationskolonne 120 unterkühlt und als Rücklauf auf die zweite Rektifikationskolonne 12 aufgegeben werden kann.
Aus dem Sumpf der zweiten Rektifikationskolonne 12 kann ein flüssiger
sauerstoffreicher Stoffstrom k abgezogen werden, der hier flüssig in ein Tanksystem 101 eingespeist wird. Aus dem Tanksystem 101 oder einem anderen Tank kann ein entsprechender flüssiger sauerstoffreicher Stoffstrom, hier mit k3 bezeichnet, abgezogen, und anschließend im Hauptwärmetauscher 1 erwärmt und als gasförmiges Sauerstoffprodukt U bereitgestellt werden kann. Die zweite Rektifikationskolonne 12 kann insbesondere derart ausgebildet sein und betrieben werden, dass mittels dieser ein ultrahochreines Sauerstoffprodukt U mit den zuvor erläuterten Spezifikationen bereitgestellt werden kann. Dies muss bei den zweiten Rektifikationskolonnen 12 der Luftzerlegungsanlagen 100 bis 500 nicht der Fall sein.
Weitere sauerstoffreiche Flüssigkeit kann analog in Form eines Stoffstroms k1 aus der zweiten Rektifikationskolonne 12 abgezogen, mittels einer Innenverdichtungspumpe 7a auf Druck gebracht und als innenverdichtetes Sauerstoffdruckprodukt E1 bereitgestellt werden. Vom Kopf der zweiten Rektifikationskolonne 12 wird im dargestellten Beispiel ein Stoffstrom I abgezogen, der auch hier zur Bildung des bereits erwähnten
Stoffstroms f verwendet wird.
Aus einem mittleren Bereich der zweiten Rektifikationskolonne 12, insbesondere am Argonübergang, wird ein Stoffstrom m abgezogen, welcher in einem unteren Bereich einer auch hier mit 14 bezeichneten vierten Rektifikationskolonne eingespeist wird. Aus dem Sumpf der vierten Rektifikationskolonne 14 wird wie oben mittels einer Pumpe 8 ein weiterer Stoffstrom n abgezogen und in die zweite Rektifikationskolonne12 zurückgeführt. Vom Kopf der vierten Rektifikationskolonne 14 steigt Kopfgas in einen Kondensationsraum eines Kopfkondensators 141 auf, wird dort zumindest teilweise verflüssigt und als Rücklauf auf die vierte Rektifikationskolonne 14 zurückgeführt. Ein nicht verdampfter Anteil kann an die Atmosphäre A abgegeben werden. Ein Stoffstrom p wird unterhalb des Kopfs der vierten Rektifikationskolonne 14 flüssig abgezogen. Der Stoffstrom p wird mittels einer Pumpe 7b auf Druck gebracht und anschließend in dem Hauptwärmetauscher 1 erwärmt, so dass auf diese Weise ein innenverdichtetes Argonprodukt I bereitgestellt werden kann.
Der Kopfkondensator 141 der vierten Rektifikationskolonne 14 wird auch hier mit Flüssigkeit gekühlt, die dem Kopfkondensator 141 in Form des bereits erwähnten Stoffstroms q3, der hier im weiteren Verlauf mit q bezeichnet ist, zugeführt werden kann. Aus einem Verdampfungsraum des Kopfkondensators 141 der vierten
Rektifikationskolonne 14 kann ein Stoffstrom r abgezogen werden, welcher
vorzugsweise gegendruckfrei oder im Wesentlichen gegendruckfrei nach Vereinigung mit dem Stoffstrom I und dem nachfolgend erläuterten Stoffstroms s wie bezüglich dieses Stoffstroms I erläutert im Hauptwärmetauscher 1 erwärmt und aus der
Luftzerlegungsanlage ausgeführt werden kann. Auf diese Weise kann ein geringer Druck in dem Verdampfungsraum des Kopfkondensators 141 eingestellt werden. Flüssigkeit aus dem Verdampfungsraum des Kopfkondensators 141 der vierten Rektifikationskolonne 14 wird hier in Form des Stoffstroms s abgezogen.
In Figur 7 ist eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in Form eines schematischen Anlagendiagramms
veranschaulicht und insgesamt mit 700 bezeichnet.
Im Gegensatz zu der in Figur 6 veranschaulichten Luftzerlegungsanlage 600 wird hier ein Teilstrom des Einsatzluftstroms a, der wie erstmalig in Figur 2 mit a1 bezeichnet ist, dem Hauptwärmetauscher 1 auf einem Zwischentemperaturniveau entnommen und mittels einer wie oben mit 201 bezeichneten Entspannungsmaschine entspannt.
Der Rest des Einsatzluftstroms a wird zumindest teilweise in die erste
Rektifikationskolonne eingespeist, wobei eine Querverbindung a2 zwischen dem Teilstrom a1 und dem Stoffstrom a bereitgestellt ist.
Die in Figur 7 veranschaulichte Luftzerlegungsanlage 700 zeichnet sich ferner dadurch aus, dass die zweite Rektifikationskolonne 12 als Teil einer Doppelkolonne ausgebildet ist, die zusätzlich eine dritte Rektifikationskolonne 13 aufweist. Der mit a1 bezeichnete und entspannte Anteil des Einsatzluftstroms a wird dabei in einen unteren Bereich dieser dritten Rektifikationskolonne 13 eingespeist.
Ein Stoffstrom, der ansonsten vergleichbar wie der Stoffstrom q der vorstehenden Figuren weiterverwendet wird und daher auch hier mit q bezeichnet ist, wird in der Luftzerlegungsanlage 700 unter Verwendung von Sumpfflüssigkeit der dritten
Rektifikationskolonne 13 gebildet. Kopfgas der dritten Rektifikationskolonne 13 wird in Form eines Stoffstroms u in dem Kondensatorverdampfer 121 zumindest teilweise verflüssigt und anschließend in Form eines Teilstroms u1 als Rücklauf auf die dritte Rektifikationskolonne 13 sowie in Form eines Teilstroms u2 als Rücklauf auf die zweite Rektifikationskolonne 12 verwendet.
Stickstoffreiche Flüssigkeit wird in Form eines Stoffstroms v über einen Seitenabzug aus der dritten Rektifikationskolonne 13 entnommen und mittels einer Pumpe, die wie oben mit 501 bezeichnet ist, in die erste Rektifikationskolonne 11 befördert. Ein weiterer Stoffstrom k4 wird gasförmig aus der zweiten Rektifikationskolonne 12 abgezogen und mit den Stoffströmen I und r zu einem hier mit f1 bezeichneten Stoffstrom vereinigt. Der Stoffstrom f1 wird, wie der Stoffstrom f, in dem
Hauptwärmetauscher 1 erwärmt und entsprechend verwendet. Die Stoffströme q, i und u2 werden im dargestellten Beispiel in einem gemeinsamen Unterkühler 9 gegen den Stoffstrom I unterkühlt.
Bezüglich weiterer Details sei auf die Erläuterungen zu den vorstehenden Figuren, insbesondere zu den Figuren 5 und 6, ausdrücklich verwiesen. Die gegenüber den vorstehenden Figuren abweichenden Merkmale können auch hier einzeln oder gemeinsam verwirklicht sein.
In Figur 8 ist eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in Form eines schematischen Anlagendiagramms
veranschaulicht und insgesamt mit 800 bezeichnet.
Die Luftzerlegungsanlage 800 gemäß Figur 8 unterscheidet sich von den zuvor gezeigten und erläuterten Luftzerlegungsanlagen 100 bis 700 insbesondere dadurch, dass eine fünfte Rektifikationskolonne 15 verwendet wird, die als Rektifikationskolonne zur Bereitstellung von hochreinem Sauerstoff eingerichtet ist.
Ferner wird in der Luftzerlegungsanlage 800 der Stoffstrom i in die dritte
Rektifikationskolonne 13 eingespeist und in einem Bereich dieser Einspeisung ein Stoffstrom w flüssig entnommen und in die zweite Rektifikationskolonne 12
eingespeist. Die Einspeisung des Stoffstroms i in die zweite Rektifikationskolonne 12 erfolgt also hier "über den Umweg" der dritten Rektifikationskolonne 13. Ferner wird ein Teil der Sumpfflüssigkeit aus der dritten Rektifikationskolonne 13 in Form eines Stoffstroms q4 direkt in die zweite Rektifikationskolonne 12 eingespeist. Dies kommt einer Umgehung des Kopfkondensators 141 der vierten Rektifikationskolonne 14 gleich, der lediglich noch mit dem verbleibenden Rest gespeist wird.
Aus der zweiten Rektifikationskolonne 12 wird ein Stoffstrom m1 entnommen und in einen oberen Teil 15a der fünften Rektifikationskolonne 15 eingespeist, der von einem unteren Teil 15b durch einen Sperrboden 15c getrennt ist. Sich auf dem Sperrboden 15c abscheidende Flüssigkeit wird in Form eines Stoffstroms n1 in die zweite
Rektifikationskolonne 12 zurückgeführt. Die bereits erläuterten Stoffströme r und s werden in die zweite Rektifikationskolonne 12 zurückgespeist. Der obere Teil 15a der fünften Rektifikationskolonne 15 dient insbesondere zur Ausschleusung von Argon, welches zum überwiegenden Teil über einen Stoffstrom m2 in die vierte
Rektifikationskolonne 14 überführt wird. Der Stoffstrom m2 umfasst dabei auch Kopfgas des unteren Teils 15b der fünften Rektifikationskolonne 15. Sumpfflüssigkeit der vierten Rektifikationskolonne 14 wird in Form eines Stoffstroms m2 zum Kopf des oberen und unteren Teils 15a, 15b der fünften Rektifikationskolonne 15 geführt.
Die fünfte Rektifikationskolonne 15 ist mit einem Kondensatorverdampfer 151 versehen, der mit einem stickstoffreichen Gas betrieben wird, welches aus der dritten Rektifikationskolonne 13 in Form eines Stoffstroms x entnommen, in dem
Kondensatorverdampfer 151 zumindest teilweise verflüssigt, und in die dritte
Rektifikationskolonne 13 zurückgeführt wird.
Auch dem hier dargestellten Beispiel wird dem Sumpf der zweiten
Rektifikationskolonne 12 ein Stoffstrom k entnommen und in ein Tanksystem 101 überführt. Anschließend erfolgt hier jedoch eine Innenverdichtung mittels einer Pumpe 7c. Ferner wird der fünften Rektifikationskolonne 5 ultrahochreiner Sauerstoff in Form eines Stoffstroms k5 entnommen. Dieser wird in ein Tanksystem 102 überführt, dort zwischengespeichert, in dem Hauptwärmetauscherl verdampft und als ultrahochreines Sauerstoffprodukt U1 bereitgestellt. Auch eine Zwischenspeicherung des
Argonprodukts in einem Tanksystem 103 ist möglich.
Bezüglich weiterer Details sei auf die Erläuterungen zu den vorstehenden Figuren, insbesondere zu den Figuren 5 bis 7, ausdrücklich verwiesen. Die gegenüber den vorstehenden Figuren abweichenden Merkmale können auch hier einzeln oder gemeinsam verwirklicht sein.
Die Figuren 9 bis 28 veranschaulichen eine Reihe weiterer Varianten von
Luftzerlegungsanlagen gemäß Ausführungsformen der Erfindung und gemäß nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltungen. Wenngleich hier teilweise für bestimmte Stoffströme und Apparate andere Bezeichnungen als in den vorstehenden Figuren verwendet werden, können diese einander auch entsprechen. In Figur 9 ist lediglich als Grundlage der Erläuterungen zu den nachfolgenden Figuren eine nicht erfindungsgemäße Luftzerlegungsanlage mit einer Sauerstoffkolonne neben der ersten Rektifikationskolonne 11 , also einer zweiten Rektifikationskolonne 12, jedoch ohne weitere Rektifikationskolonnen, veranschaulicht und insgesamt mit 900 bezeichnet. Der überwiegende Anteil der in Figur 9 veranschaulichten Komponenten wurde bereits mehrfach erläutert. Wie in Figur 9 veranschaulicht, kann ein weiterer Speichertank 104 eingesetzt werden und der Stoffstrom I kann separat durch den Hauptwärmetauscher 1 geführt werden.
In Figur 10 ist eine Luftzerlegungsanlage veranschaulicht und mit 1000 bezeichnet, die eine ebenfalls nicht erfindungsgemäße Variante der Luftzerlegungsanlage 900 gemäß Figur 9 darstellt, und bei der der zweiten Rektifikationskolonne 12 ein Stoffstrom k6 über einen Zwischenabzug entnommen und ggf. nach Zwischenspeicherung in einem Puffertank 105 und Innenverdichtung in einer Innenverdichtungspumpe 7d und Erwärmung im Hauptwärmetauscher 1 als entsprechendes Sauerstoffprodukt U2 ausgeführt wird.
In Figur 11 ist eine weitere nicht erfindungsgemäße Luftzerlegungsanlage
veranschaulicht und mit 1100 bezeichnet, die eine weitere Variante der Anlagen 900 und 1000 gemäß den Figuren 9 und 10 darstellt. Die Luftzerlegungsanlage 1100 umfasst eine vierte Rektifikationskolonne 14, der der mehrfach erläuterte Stoffstrom p in flüssiger Form, entnommen wird. Entsprechendes Argon kann in einem Puffertank 103 zwischengespeichert und nach einer Innenverdichtung in einer
Innenverdichtungspumpe 7b und Erwärmung im Hauptwärmetauscher 1 als entsprechendes Argonprodukt I ausgeführt werden.
Wie hier mit 1 101 veranschaulicht, kann kaltseitig des Hauptwärmetauschers 1 eine Querverbindung zwischen den Stoffströmen f und I bereitgestellt sein. Diese
Querverbindung kann insbesondere für den Fall eines Ausfalls einer oder mehrerer Rektifikationskolonnen aktiviert werden, um auf diese Weise die Luftzerlegungsanlage 1100 nicht insgesamt stilllegen zu müssen.
Wie mit 1 102 veranschaulicht, können in dieser Ausgestaltung ferner am Kopf der zweiten Rektifikationskolonne 12 extern bereitgestellter Flüssigstickstoff und ein flüssiger, stickstoffreicher Stoffstrom i1 aus der ersten Rektifikationskolonne aufgegeben werden. Letzterer weist einen geringeren Stickstoffgehalt als das Kopfgas der zweiten Rektifikationskolonne 12 auf. Ein zusätzlicher Trennabschnitt in der zweiten Rektifikationskolonne 12 ist mit 1103 bezeichnet.
Aus der zweiten Rektifikationskolonne 12 wird ein Stoffstrom k7 entnommen, mit dem Stoffstrom I vereinigt, und in Form dieses der Einfachheit halber weiter mit I
bezeichneten Stoffstroms aus- bzw. dem warmen Teil 1 10 zugeführt. Auf diese Weise kann insgesamt die Ausbeute an gasförmigem, innenverdichtetem Argon (Stoffstrom p bzw. Produkt I) erhöht werden. Dem Stoffstrom I wird der Stoffstrom r zugespeist, wohingegen der Stoffstrom s zur Bildung des Stoffstroms f verwendet wird.
In Figur 12 ist eine weitere nicht erfindungsmäße Luftzerlegungsanlage
veranschaulicht und mit 1200 bezeichnet, die insbesondere eine Variante der
Luftzerlegungsanlage 1 100 gemäß Figur 11 darstellt. Die Luftzerlegungsanlage 1200 weist die weitere Entspannungsmaschine 201 auf. Der Teilstrom a1 wird in dieser weiteren Entspannungsmaschine 201 entspannt und wie mehrfach erläutert verwendet.
Der nicht in der Entspannungsmaschine 201 entspannte Rest des Stoffstroms a wird vergleichbar mit dem Stoffstrom wird vergleichbar mit dem zuvor erläuterten Stoffstrom b behandelt und ist daher entsprechend bezeichnet. Ferner ist hier ein bereits mehrfach erläuterter Unterkühler 9 gezeigt. Die zweite Rektifikationskolonne 12 ist mit ihrem tiefsten Punkt insbesondere mehr als 6 m oberhalb des tiefsten Punkts der ersten Rektifikationskolonne 1 1 angeordnet.
In Figur 13 ist eine Luftzerlegungsanlage veranschaulicht und mit 1300 bezeichnet, die insbesondere eine Variante der Luftzerlegungsanlage 1200 gemäß Figur 12, im
Gegensatz zu dieser aber eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, darstellt.
Die Luftzerlegungsanlage 1200 weist die mehrfach erläuterte dritte
Rektifikationskolonne 13 und die fünfte Rektifikationskolonne 15 auf, die bereits zu Figur 8 eingehender erläutert wurden. Auf die Ausführungen zu Luftzerlegungsanlage 800 gemäß Figur 8 wird daher auch bezüglich der Anlage 900 ausdrücklich verwiesen.
Abweichend zur Luftzerlegungsanlage 800 gemäß Figur 8 erfolgt hier insbesondere eine Einspeisung von externem Flüssigstickstoff X in die zweite Rektifikationskolonne 12 und ein Teilstrom des Stoffstroms r wird mit dem Stoffstrom I und dem Stoffstrom k3 vereinigt. Dies ist insbesondere deshalb der Fall, weil in der zweiten
Rektifikationskolonne 12 kein Bedarf nach dem vollständigen Rücklauf besteht bzw. diesbezüglich ein Optimum herrscht. Wie veranschaulicht, wird der Stoffstrom i hier im Kondensatorverdampfer 121 unterkühlt, bevor er in die zweite Rektifikationskolonne 12 eingespeist wird.
In Figur 14 ist eine Luftzerlegungsanlage veranschaulicht und mit 1400 bezeichnet, die insbesondere eine erfindungsgemäße Variante der Luftzerlegungsanlage 1300 gemäß Figur 13 darstellt. Die Luftzerlegungsanlage 1400 ist dafür eingerichtet, ein weiteres Druckstickstoffprodukt D1 bereitzustellen.
Hierzu wird der Kopfstrom der zweiten Rektifikationskolonne 12 mit höherer Reinheit gewonnen als zuvor der Stoffstrom I. Dieser ist daher hier mit 11 bezeichnet. Dies wird erreicht, indem unterhalb des Kopfs ein weiterer Stoffstrom I2 aus der zweiten
Rektifikationskolonne 12 abgezogen wird. Ferner ist die zweite Rektifikationskolonne hier mit einem weiteren Trennabschnitt 12a versehen. Die veranschaulichte
Ausgestaltung wirkt sich auch positiv auf Argonausbeute und -reinheit aus.
Die in der Luftzerlegungsanlage 1300 gemäß Figur 13 mit dem Stoffstrom I vereinigten Stoffströme werden nun mit dem Stoffstrom I2 zu einem der Einfachheit halber wieder mit I bezeichneten Stoffstrom vereinigt. Der Stoffstrom 11 wird nach einer Anwärmung im Hauptwärmetauscher 1 teilweise in einem externen Verdichter 1401 verdichtet. Ein weiterer Teil gelangt in den warmen Teil 110. Weitere Details hierzu sind auch in den Figuren 27 und 28 noch näher veranschaulicht.
In Figur 15 ist eine Luftzerlegungsanlage veranschaulicht und insgesamt mit 1500 bezeichnet, die insbesondere eine erfindungsgemäße Variante der
Luftzerlegungsanlage 1400 gemäß Figur 14 darstellt.
Die in der Luftzerlegungsanlage 1400 gemäß Figur 14 lediglich zur Bildung des Stoffstroms q verwendete Sumpfflüssigkeit der dritten Rektifikationskolonne 13 wird hier teilweise zur Bildung eines Stoffstroms q4 (siehe hierzu auch
Luftzerlegungsanlage 800 gemäß Figur 8) verwendet, der auf die zweite Rektifikationskolonne 12 aufgegeben wird. Die zweite Rektifikationskolonne 12 und die Einspeisestelle des Stoffstroms i werden entsprechend angepasst.
In Figur 16 ist eine Luftzerlegungsanlage veranschaulicht und mit 1600 bezeichnet, die eine insbesondere erfindungsgemäße Variante der Luftzerlegungsanlage 1500 gemäß Figur 15 darstellt.
Der in den zuvor erläuterten Anlagen 800 und 1300 bis 1500 gebildete Stoffstrom x wird hier nicht entsprechend verwendet. Stattdessen wird ein Stoffstrom xl als
Teilstrom des der dritten Rektifikationskolonne 13 entnommenen Kopfgases abgezweigt und zum Teil, wie zuvor der Stoffstrom x, in dem Kondensatorverdampfer 151 verflüssigt und als Rücklauf auf die dritte Rektifikationskolonne 13 zurückgeführt. Ein weiterer Teil wird in Form eines Stoffstroms x2 erwärmt und zumindest zum Teil als ein weiteres Stickstoffprodukt D2 aus der Luftzerlegungsanlage 1600 ausgeführt.
In Figur 17 ist eine Luftzerlegungsanlage veranschaulicht und mit 1700 bezeichnet, die insbesondere eine erfindungsgemäße Variante der Anlagen gemäß der vorigen Figuren darstellt, in denen eine fünfte Rektifikationskolonne 15 eingesetzt wird. Diese ist hier jedoch in modifizierter Form vorhanden und wie zuvor mit 15a bezeichnet.
Die Rektifikationskolonne 15a entspricht dem oberen Teil 15a der fünften
Rektifikationskolonne 15 der bisherigen Figuren. Von ihrem Kopf wird ein Stoffstrom m3 in die vierte Rektifikationskolonne 14 überführt und dabei in einen Bereich oberhalb des Sumpfs, der funktional dem unteren Teil 15b der fünften Rektifikationskolonne 15 der bisherigen Figuren entspricht, und der daher hier mit 15b' bezeichnet ist, eingespeist. Hier anfallende Flüssigkeit wird in Form eines Stoffstroms n3 mittels einer nicht gesondert bezeichneten Pumpe auf die Rektifikationskolonne 15a
zurückgepumpt. Durch die Ausgestaltung gemäß Figur 17 kann insbesondere
Buntmetallfreiheit im Sauerstoffprodukt U erreicht werden, weil durch eben diese Anordnung das Fluid, das zur Teilsäule 15b' geführt wird nicht mit einem üblicherweise aus Bronze bestehendem Laufrad einer Pumpe in Kontakt kommt.
In Figur 18 und 19 sind Varianten von Anlagen veranschaulicht und mit 1800 und 1900 bezeichnet, bei denen im Wesentlichen der warme Teil 1 10 und die Führung von Stoffströmen durch den Hauptwärmetauscher 1 modifiziert sind. Nur dieser warme Teil 110 und ein Abschnitt des Hauptwärmetauschers 1 sowie für das Verständnis dieser Variante erforderliche Stoffströme sind in Figur 18 und 19 dargestellt.
Die in dem Hauptluftverdichter 112 verdichtete, abgekühlte und gereinigte Luft wird gemäß Figur 18 in Teilströme a2 und a3 aufgeteilt, von denen der Teilstrom a2 vom warmen zum kalten Ende durch den Hauptwärmetauscher 1 geführt wird. Der
Stoffstrom a3 wird hingegen mittels eines Verdichters oder einer Verdichterstufe 112a, der oder die mit dem Hauptluftverdichter 112 gekoppelt ist, weiter verdichtet und danach wie der Stoffstrom a der vorigen Figuren behandelt. Insbesondere wird ein hier wie zuvor mit a1 bezeichneter Teilstrom in der Entspannungsmaschine 201 entspannt und danach mit dem Stoffstrom a2 vereinigt. Wie in der Variante gemäß Figur 19 veranschaulicht, kann auch auf eine Entspannungsmaschine 201 und die Bildung des Stoffstroms a1 verzichtet werden.
Durch den Einsatz der in den Figuren 18 und 19 veranschaulichten Maßnahmen kann der Energieverbrauch verringert werden, da nicht die gesamte Luft auf einen hohen Druck gebracht werden muss, sondern lediglich der Anteil des Stoffstroms a3.
In Figur 20 ist eine Variante einer erfindungsgemäßen Luftzerlegungsanlage veranschaulicht und mit 2000 bezeichnet, die Gemeinsamkeiten mit der
Luftzerlegungsanlage 800 gemäß Figur 8 und anderer zuvor beschriebener Anlagen aufweist, insbesondere bezüglich der Behandlung der Stoffströme i und w. Dadurch kann die dritte Rektifikationskolonne 13 zur Zerlegung des Stromes i genutzt werden und es kann ein höherer Anteil an Stickstoffprodukt gewonnen werden. Auf die obigen Ausführungen wird verwiesen und es werden hier und nachfolgend lediglich wenige Stoffströme individuell bezeichnet.
Die Ausgestaltung gemäß Figur 20 (und gemäß Figur 8) hat den besonderen Vorteil, dass der Kondensatorverdampfer 121 vereinfacht und eine ebenfalls vereinfachte Regelung verwendet werden kann. Der Stoffstrom w kann insbesondere wie ein herkömmlicher Joule-Thomson-Strom geregelt werden.
In einer erfindungsgemäßen Variante hiervon, die in Figur 21 dargestellt und mit 2100 bezeichnet ist, wird unter Verwendung von Sumpfflüssigkeit der vierten
Rektifikationskolonne 14 ein Stoffstrom q5 gebildet, mittels einer Pumpe 7e durch den modifizierten Wärmetauscher 2, der hier mit 2a bezeichnet ist, geführt und dabei abgekühlt und anschließend in die dritte Rektifikationskolonne 13 zurückgeführt.
Hierdurch kann insbesondere die Gewinnung von Stickstoff in der dritten
Rektifikationskolonne 13 verbessert werden, wodurch höhere Ausbauten an allen Produkten möglich wird.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Variante, die in Figur 22 dargestellt und mit 2200 bezeichnet ist, wird ein durch Sumpfflüssigkeit der fünften Rektifikationskolonne 15 gebildeter Stoffstrom k5 entsprechend behandelt und in die fünfte
Rektifikationskolonne 15 zurückgeführt.
In Figur 23 ist eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht und mit 2300 bezeichnet. Diese unterscheidet sich von den zuvor gezeigten Ausgestaltungen insbesondere durch einen im Sumpf der dritten Rektifikationskolonne 13 angeordneten Kondensatorverdampfer 131. Funktionell kann dies als Aufteilung des Kondensatorverdampfers in der zweiten Rektifikationskolonne 12, der hier mit 121a bezeichnet ist, betrachtet werden. Auf diese Weise kann die Gewinnung von Stickstoff in der zweiten Rektifikationskolonne 12 bzw. der dritten Rektifikationskolonne 13 verbessert werden.
Wie hier dargestellt, kann der zweiten Rektifikationskolonne 2 über einen Seitenabzug Fluid in Form eines Stoffstroms i2 entnommen, durch den Kondensatorverdampfer 141 geführt, dabei zumindest teilweise verflüssigt und in die dritte Rektifikationskolonne 13 eingespeist werden. Auf gleicher Höhe kann der dritten Rektifikationskolonne 13 Flüssigkeit entnommen und in die zweite Rektifikationskolonne 12 mittels einer Pumpe 7r zurückgeführt werden.
Eine nicht erfindungsgemäße Variante zeigt Figur 24 anhand der mit 2400
bezeichneten Anlage, der die dritte Rektifikationskolonne 13 fehlt bzw. bei der deren Funktion in die erste Rektifikationskolonne 11 integriert ist. Der Stoffstrom i2 wird hier im Hauptwärmetauscher 1 teilerwärmt, in einer Entspannungsmaschine 201a entspannt, im Hautpwärmetauscher 1 wieder abgekühlt und zu einem Anteil durch den Kondensatorverdampfer 121 der zweiten Rektifikationskolonne geführt, dabei zumindest teilweise verflüssigt, und wiederum in Anteilen auf die erste und zweite Rektifikationskolonne 1 1 , 12 aufgegeben. Die Entspannungsmaschine 201 a ist beispielsweise mit einem Generator gekoppelt.
In Figur 25 ist eine wiederum erfindungsgemäße Luftzerlegungsanlage gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht und insgesamt mit 2500 bezeichnet. Diese unterscheidet sich von den vorherigen Anlagen, in denen ein Stoffstrom a1 gebildet und entspannt wird, durch die weitere Behandlung dieses Stoffstroms a1.
Der Teilstrom a1 wird in der Luftzerlegungsanlage 2500 in Teilströme a4 und a5 aufgeteilt, deren Anteile jeweils über nicht gesondert bezeichnete Ventile eingestellt werden können. Der Teilstrom a4 wird dabei anstelle des Teilstroms e, wie dies zuvor der Fall ist, in der Entspannungsmaschine 3 und ggf. dem parallelen
Entspannungsventil entspannt und damit teilweise zum Antrieb des Verdichters 5 eingesetzt. Der Teilstrom a5 wird, wie zuvor der gesamte Teilstrom a1 , beispielsweise in die dritte Rektifikationskolonne 13 eingespeist. Der Stoffstrom e wird gleichwohl gebildet und teilweise wie zuvor behandelt, jedoch nicht mittels der
Entspannungsmaschine 3 und dem Entspannungsventil 4 entspannt. Er wird in die dritte Rektifikationskolonne 13 unterhalb des Stoffstroms a5 eingespeist. Die dritte Rektifikationskolonne 13 kann hierbei mit einem zusätzlichen Trennabschnitt 13a versehen werden.
Durch die in Figur 25 veranschaulichten Maßnahmen können die
Rektifikationskolonnen 11 bis 15 thermisch gekoppelt werden. Restgas aus der ersten Rektifikationskolonne 1 1 kann zur Argon-, Sauerstoff- und Stickstoffgewinnung genutzt werden. Der Strom e kann ganz oder teilweise zur zweiten Rektifikationssäule 12 geführt werden. Der Rest kann über die Entspannungsmaschine 3 als Restgas zur Verwendung im warmen Teil 110 abgegeben werden.
In Figur 26 ist eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht und insgesamt mi5 2600 bezeichnet. Diese stellt insbesondere eine Variante der Luftzerlegungsanlage 2500 dar. Der Teilstrom a1 wird auch hier in Teilströme a4 und a5 aufgeteilt, wobei der Stoffstrom a4 hier aber dem Stoffstrom I zugespeist wird, bevor dieser erwärmt und ausgeleitet bzw. dem warmen Teil 110 zugeführt wird. Der Teilstrom a5 wird in die zweite Rektifikationskolonne 12 eingespeist. Die Funktion der Entspannungsturbine 201 entspricht daher hier jener einer Lachmann-Turbine. Durch die veranschaulichten Maßnahmen können die Rektifikationskolonnen 11 bis 15 thermisch gekoppelt werden.
Der Teilstrom d wird wie zuvor gebildet und verdichtet, wobei ein hierzu verwendeter Verdichter, der deshalb abweichend mit 5a bezeichnet ist, hier aber rein motorisch angetrieben wird. Der Teilstrom e wird, wie zuvor zu Figur 25 erläutert, in die vierte Rektifikationskolonne 14 eingespeist.
In den in Figuren 27 und 28 in Teildarstellung veranschaulichten
Luftzerlegungsanlagen 2700 und 2800 gemäß Ausführungsformen der Erfindung wird der erstmals zu Figur 14 erwähnte Stoffstrom 11 gebildet. Zu den dortigen
Erläuterungen wird ausdrücklich verwiesen. Wie in Figur 28 anhand der
Luftzerlegungsanlage 2800 veranschaulicht, kann dabei der Stoffstrom 11 zunächst im Hauptwärmetauscher 1 teilerwärmt, in einem Verdichter 201 b, der mit der
Entspannungsmaschine 201 gekoppelt ist, verdichtet, anschließend auf einem
Zwischentemperaturniveau erneut dem Hauptwärmetauscher 1 zugeführt, weiter erwärmt, und anschließend dem Verdichter 1401 zugeführt werden.
Wie in Figur 29 in Teildarstellung veranschaulicht, kann in einer Luftzerlegungsanlage 2900 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung auch der Stickstoff des Stoffstroms h wie zuvor bezüglich Figuren 28 und 29 veranschaulicht, entsprechend verdichtet werden. Die Verwendung des hier mit 140T bezeichneten Verdichters ist optional.
In Figur 30 ist eine Luftzerlegungsanlage 3000 gemäß nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung in Form eines schematischen Anlagendiagramms veranschaulicht.
Die Luftzerlegungsanlage 3000 gemäß Figur 30 weist große Gemeinsamkeiten mit der in Figur 1 veranschaulichten, ebenfalls nicht erfindungsgemäßen Luftzerlegungsanlage 100 auf. Es werden nachfolgend nur Unterschiede erläutert.
Der Teilstrom c wird hier, nachdem er durch den Kondensatorverdampfer 121 der zweiten Rektifikationskolonne 12 geführt wurde, nicht mit weiteren Stoffströmen vereinigt, bevor er in die erste Rektifikationskolonne 11 eingespeist wird. Ferner wird hier kein Teil des Stoffstroms e wie in Figur 1 bzw. der Luftzerlegungsanlage 100 der Stoffstrom e1 abgezweigt, so dass hier der gesamte Stoffstrom e dem Wärmetauscher 2 zugeführt wird. Die Entspannung des Stoffstroms e erfolgt hier in Form zweier Teilströme in zwei Entspannungsmaschinen 3 und 4. Die Entspannungsmaschine 4 ist mit einem Generator gekoppelt.
Wie hier veranschaulicht, wird hier oberhalb des Stoffstroms i der hier abweichend bezeichnete Stoffstrom j aus der zweiten Rektifikationskolonne ausgeleitet und insbesondere am Kopf auf die zweite Rektifikationskolonne 2 aufgegeben. Vom Kopf der zweiten Rektifikationskolonne 12 wird im der Stoffstrom I abgezogen, der ohne Vereinigung mit einem weiteren Stoffstrom erwärmt und, insbesondere nach
Verdichtung in einem Verdichter 3001 , als ein weiteres gasförmiges Stickstoffprodukt H aus der Luftzerlegungsanlage 100 ausgeführt werden kann. Das gasförmige
Stickstoffprodukt H stellt das zuvor zu unterschiedlichen Ausgestaltungen der
Erfindung erläuterte "weitere stickstoffreiche Luftprodukt" dar.
Wie hier stark vereinfacht angedeutet, kann in der Luftzerlegungsanlage 3000 der Hauptwärmetauscher 1 in einer ersten vorgefertigten Coldbox 3010 angeordnet sein. Die erste Rektifikationskolonne 1 1 mit dem zur Kühlung ihres Kopfgases verwendeten Wärmetauscher 2 kann in einer zweiten vorgefertigten Coldbox 3020 angeordnet sein. Die zweite Rektifikationskolonne kann in einer dritten vorgefertigten Coldbox 3030 angeordnet sein. Diese umgeben, anders als in der stark vereinfachten Darstellung der Figur 1 , die jeweils genannten Elemente vollständig.
In Figur 31 ist eine Variante der Luftzerlegungsanlage 3000 gemäß Figur 31 dargestellt, die jedoch eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung darstellt und insgesamt mit 3100 bezeichnet. Im Gegensatz zu der in Figur 30 veranschaulichten Anlage 3000 wird hier ein Teilstrom a1 des Einsatzluftstroms ist hier zusätzlich die mehrfach erwähnte dritte Rektifikationskolonne 13 bereitgestellt und ferner eine Argongewinnung in einer vierten Rektifikationskolonne 14 vorgesehen. Ferner ist in der Luftzerlegungsanlage 3100 eine fünfte Rektifikationskolonne 15 bereitgestellt. Die Bezeichnungen "erste", "zweite", "dritte", "vierte" und "fünfte" Rektifikationskolonne werden dabei konsistent mit den oben getroffenen Angaben verwendet, so dass auf diese verwiesen werden kann. Die Bildung und Behandlung der Stoffströme d, e, f, g, h, i, k und I erfolgt im
Wesentlichen wie bereits zu Anlage 100 bzw. 3000 gemäß Figur 1 bzw. 30 erläutert, wobei in der Anlage 3100 wieder nur eine Entspannungsmaschine 4 statt der
Entspannungsmaschinen 3 und 4 veranschaulicht ist und der Stoffstrom i nicht direkt in die zweite Rektifikationskolonne 12 eingespeist wird, sondern zuvor durch den
Kondensatorverdampfer 121 und einen Unterkühlungsgegenströmer 202 geführt wird. Ferner kann der Stoffstrom k im hier veranschaulichten Beispiel in einem Tanksystem
203 zwischengespeichert werden. Der Stoffstrom I wird ebenfalls durch den
Unterkühlungsgegenströmer 202 geführt.
Ein dem Stoffstrom j gemäß Anlage 100 entsprechender Stoffstrom wird hier nicht gebildet. Stattdessen wird ein flüssiger Rücklauf n auf die zweite Rektifikationskolonne 12 dadurch gebildet, dass der vierten Rektifikationskolonne Kopfgas in Form eines Stoffstroms m entnommen und in dem Kondensatorverdampfer 121 verflüssigt wird.
Ein Teil des verflüssigten Kopfgases wird als durch den Unterkühlungsgegenströmer 202 geführt und in Form des Stoffstroms n verwendet, ein weiterer, nicht bezeichneter Teil wird als Rücklauf auf die erste Rektifikationskolonne 11 zurückgeführt. Weitere Flüssigkeit kann in Form des Flüssigstickstoffs X bereitgestellt werden. Aus der dritten Rektifkationskolonne 13 wird in der Anlage 200 ein Stoffstrom o mittels einer Pumpe
204 in die erste Rektifikationskolonne 1 zurückgeführt.
Die fünfte Rektifikationskolonne 15 stellt auch hier eine Doppelkolonne dar, zu deren Funktion auf die obigen Erläuterungen verwiesen wird. Der untere Teil 15b wird mit einem Kondensatorverdampfer 151 betrieben, der unter Verwendung eines Stoffstroms p beheizt wird, welcher aus der dritten Rektifikationskolonne 13 entnommen und anschließend, d.h. stromab des Kondensatorverdampfers 151 , wieder in die dritte Rektifikationskolonne 13 zurückgeführt wird. Ferner wird in dem unteren Teil 15b ultrahochreiner Sauerstoff in Form eines Stoffstroms q entnommen. Dieser wird in ein Tanksystem 205 überführt, dort zwischengespeichert, in dem Hauptwärmetauscher 1 verdampft und als ultrahochreines Sauerstoffprodukt U bereitgestellt.
Aus der zweiten Rektifikationskolonne 12 wird im Bereich des Argonübergangs oder unterhalb ein Stoffstrom r entnommen und in den oberen Teil 15a der fünften
Rektifikationskolonne 15 eingespeist, die von dem unteren Teil 15a durch einen Sperrboden 15c getrennt ist. Sich auf dem Sperrboden 15c abscheidende Flüssigkeit wird unterhalb des Stoffstroms r in die zweite Rektifikationskolonne 12 zurückgeführt. Kopfgas des oberen Teils 15a und des unteren Teils 15b der fünften
Rektifikationskolonne 15 wird über einen Stoffstrom s in die vierte
Rektifikationskolonne 14 überführt. Sumpfflüssigkeit der vierten Rektifikationskolonne 14 wird in Form eines Stoffstroms t zum Kopf des unteren Teils 15a und des oberen Teils 15b der fünften Rektifikationskolonne 15 geführt.
Ein Kopfkondensator 141 der dritten Rektifikationskolonne 13 wird unter Verwendung von Sumpfflüssigkeit der zweiten Rektifikationskolonne 12 in Form eines Stoffstroms u gekühlt, welche zuvor durch den Unterkühlungsgegenströmer 202 geführt wird.
Flüssigkeit aus einem Verdampfungsraum des Kopfkondensators 141 wird in Form eines Stoffstroms v in die zweite Rektifikationskolonne 12 zurückgeführt. Gas aus einem Verdampfungsraum des Kopfkondensators 141 wird in Form eines Stoffstroms w abgezogen und zum Teil in die zweite Rektifikationskolonne 12 entspannt und zum Teil zur Bildung eines Restgasstroms x verwendet, der auch Fluid umfasst, das der zweiten und dritten Rektifikationskolonne 12, 13 entnommen wird.
Unterhalb des Kopfs wird der vierten Rektifikationskolonne 14 argonreiche Flüssigkeit in Form eines Stoffstroms x entnommen. Diese kann in einem Tanksystem 206 gespeichert werden, bevor sie mittels einer Pumpe 207 einer Innenverdichtung unterworfen, erwärmt, und als Argonprodukt V bereitgestellt werden kann.
Unkondensiertes Kopfgas der vierten Rektifikationskolonne 14 kann in Form eines Stoffstroms y an die Atmosphäre A abgegeben werden.
Auch in der Luftzerlegungsanlage 3100 gemäß Figur 31 kann der
Hauptwärmetauscher 1 in einer ersten vorgefertigten Coldbox 31 10 angeordnet sein. Die erste Rektifikationskolonne 1 1 mit dem zur Kühlung ihres Kopfgases verwendeten Wärmetauscher 2 kann in einer zweiten vorgefertigten Coldbox 3120 angeordnet sein. Die zweite Rektifikationskolonne 12 kann zusammen mit der dritten
Rektifikationskolonne 13 in einer dritten vorgefertigten Coldbox 3130 angeordnet sein. In der dritten Coldbox 3130 ist im dargestellten Beispiel auch die fünfte
Rektifikationskolonne 15 angeordnet. Im dargestellten Beispiel ist die vierte
Rektifikationskolonne 14 in einer weiteren vorgefertigten Coldboxen 3140 angeordnet, in der aber auch beispielsweise die fünfte Rektifikationskolonne 15 angeordnet sein kann. Die vierte Rektifikationskolonne 14 kann aber auch in der dritten Coldbox 3130 angeordnet sein. Eine beliebige Verteilung ist möglich.
Es sei nochmals betont, dass, wenngleich in den vorstehenden Figuren Maßnahmen gemäß einzelner Ausgestaltungen der Erfindung jeweils als Teil von entsprechenden Anlagen beschrieben werden, diese jeweils auch in Alleinstellung oder in anderen Anlagen verwendet werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann in allen Fällen ein motorischer und/oder ein
Turbinenbetrieb eines Verdichters vorgesehen sein und/oder Entspannungsmaschinen können generatorisch und/oder mittels Bremsen und/oder durch Kopplung mit einem Verdichter gebremst werden.
Wenngleich vorstehend bestimmte Luftzerlegungsanlagen als Varianten weiter zuvor erläuterter Anlagen beschrieben werden, versteht sich, dass die hier jeweils vorgeschlagenen Maßnahmen bzw. Merkmale auch in anderen Anlagen als den jeweils als zugrunde liegend beschriebenen eingesetzt werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei dem eine
Luftzerlegungsanlage (100-3100) mit einer ersten Rektifikationskolonne (1 1 ) und einer zweiten Rektifikationskolonne (12) verwendet wird, wobei
- die erste Rektifikationskolonne (1 1 ) auf einem ersten Druckniveau und die zweite Rektifikationskolonne (12) auf einem zweiten Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus betrieben wird,
- aus der ersten Rektifikationskolonne (1 1 ) Fluid, welches gegenüber
atmosphärischer Luft an Sauerstoff angereichert ist, in Form eines oder mehrerer erster Stoffströme entnommen wird,
- zumindest ein Anteil des Fluids, das der ersten Rektifikationskolonne (11 ) in Form des einen oder der mehreren ersten Stoffströme entnommen wurde, in einem Wärmetauscher (2) erwärmt wird,
- ein Anteil des Fluids, das in dem Wärmetauscher (2) erwärmt wurde, unter Verwendung eines Verdichters (5) verdichtet und in die erste
Rektifikationskolonne (11 ) zurückgeleitet wird,
- Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne (1 1 ) zu einem ersten Anteil in dem Wärmetauscher (2) kondensiert wird und zu einem zweiten Anteil in Form wenigstens eines stickstoffreichen Luftprodukts aus der
Luftzerlegungsanlage (100, 3100) ausgeleitet wird,
- aus der ersten Rektifikationskolonne (1 1 ) weiteres Fluid, welches Sauerstoff, Stickstoff und Argon enthält, entnommen und als ein zweiter Stoffstrom oder zur Bildung eines zweiten Stoffstroms verwendet wird, welcher in die zweite Rektifikationskolonne (12) überführt wird, und im Sumpf der zweiten Rektifikationskolonne (12) eine sauerstoffreiche Sumpfflüssigkeit gebildet und zumindest zu einem Anteil in Form eines dritten Stoffstroms aus der Luftzerlegungsanlage (100, 200) ausgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass
- eine dritte Rektifikationskolonne (14) verwendet wird, wobei die zweite
Rektifikationskolonne (12) und die dritte Rektifikationskolonne (14) als Teile einer Doppelkolonne ausgebildet sind, die dritte Rektifikationskolonne (14) unterhalb der zweiten Rektifikationskolonne (12) angeordnet ist, und die dritte Rektifikationskolonne (14) mit Luft gespeist wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem die Luft, mit der die dritte
Rektifikationskolonne (14) gespeist wird, verdichtete und abgekühlte Luft umfasst, die unter Verwendung einer Entspannungsmaschine (201 ) entspannt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die zweite Rektifikationskolonne (12) mit einem Kondensatorverdampfer (121 ) betrieben wird, der in einem Sumpfbereich der zweiten Rektifikationskolonne (12) angeordnet ist und der unter Verwendung von Fluid, das der dritten Rektifikationskolonne (14) entnommen und/oder zu geführt wird, beheizt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Luft, mit der die dritte
Rektifikationskolonne (14) gespeist wird, in dem Kondensatorverdampfer (121 ), der im Sumpfbereich der zweiten Rektifikationskolonne (12) angeordnet ist, zumindest teilweise verflüssigt und der dritten Rektifikationskolonne (14) als flüssiger Rücklauf zurückgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, bei dem in der dritten
Rektifikationskolonne (14) ein Kopfgas gebildet wird, welches zumindest zum Teil in dem Kondensatorverdampfer (121 ), der im Sumpfbereich der zweiten
Rektifikationskolonne (12) angeordnet ist, verflüssigt und als Rücklauf auf die zweite und/oder dritte Rektifikationskolonne (12, 14) zurückgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, bei dem in der dritten
Rektifikationskolonne (14) eine Sumpfflüssigkeit gebildet wird, welche zumindest zum Teil in die zweite Rektifikationskolonne (12) eingespeist wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem in der zweiten Rektifikationskolonne (12) ein stickstoffreiches Kopfgas gebildet und zumindest ein Anteil hiervon als ein weiteres stickstoffreiches Luftprodukt aus der
Luftzerlegungsanlage (3000, 3100) ausgeleitet wird, wobei ein
Restsauerstoffgehalt des Kopfgases der ersten Rektifikationskolonne (11 ) bei
1 ppb bis 10 ppm und ein Restsauerstoffgehalt des Kopfgases der zweiten Rektifikationskolonne (12) bei 10 ppb bis 100 ppm liegt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die zweite Rektifikationskolonne (12) mit 50 bis 120 theoretischen Böden ausgestattet wird und/oder ein stickstoffreicher flüssiger Stoffstrom bereitgestellt und als Rücklauf in einem oberen Bereich der zweiten Rektifikationskolonne (12) aufgegeben wird
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem
- aus der zweiten Rektifikationskolonne (12) Fluid, welches einen höheren
Argongehalt als die sauerstoffreiche Sumpfflüssigkeit der zweiten
Rektifikationskolonne (12) aufweist, entnommen und als ein dritter Stoffstrom oder zur Bildung eines dritten Stoffstroms verwendet wird,
- eine vierte Rektifikationskolonne (13) verwendet wird, in die der dritte
Stoffstrom eingespeist wird, wobei in der vierten Rektifikationskolonne (13) ein argonreiches Fluid gebildet wird, das einen Gehalt von mehr als 95
Molprozent Argon aufweist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem eine fünfte Rektifikationskolonne (15)
verwendet wird, in der eine Flüssigkeit mit einem Sauerstoffgehalt gebildet wird, der oberhalb eines Sauerstoffgehalts der sauerstoffreichen Sumpfflüssigkeit liegt, die im Sumpf der zweiten Rektifikationskolonne (12) gebildet wird, und bei dem die fünfte Rektifikationskolonne (15) zur Bildung des dritten Stoffstroms unter
Verwendung des Fluids, das aus der zweiten Rektifikationskolonne (12) entnommen wird und einen höheren Argongehalt als die sauerstoffreiche
Sumpfflüssigkeit der zweiten Rektifikationskolonne (12) aufweist, verwendet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem eine Menge des in der
Luftzerlegungsanlage (100-3100) gebildeten Argonprodukts 1 bis 85 Prozent einer gesamten, in Form von Luft der Luftzerlegungsanlage (100-3100) insgesamt zugeführten Argonmenge umfasst.
12. Luftzerlegungsanlage (100-3100) mit einer ersten Rektifikationskolonne (11 ) und einer zweiten Rektifikationskolonne (12), die dafür eingerichtet ist,
- die erste Rektifikationskolonne (1 1 ) auf einem ersten Druckniveau und die zweite Rektifikationskolonne (12) auf einem zweiten Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus zu betreiben,
- aus der ersten Rektifikationskolonne (1 1 ) Fluid, welches gegenüber
atmosphärischer Luft an Sauerstoff angereichert ist, in Form eines oder mehrerer erster Stoffströme zu entnehmen,
- zumindest ein Anteil des Fluids, das der ersten Rektifikationskolonne (11 ) in Form des einen oder der mehreren ersten Stoffströme entnommen wurde, in einem Wärmetauscher (2) zu erwärmen,
- ein Anteil des Fluids, das in dem Wärmetauscher (2) erwärmt wurde, unter Verwendung eines Verdichters (5) zu verdichten und in die erste
Rektifikationskolonne (11 ) zurückzuleiten,
- Kopfgas der ersten Rektifikationskolonne (1 1 ) zu einem ersten Anteil in dem Wärmetauscher (2) zu kondensieren und zu einem zweiten Anteil in Form wenigstens eines stickstoffreichen Luftprodukts aus der
Luftzerlegungsanlage (100, 3100) auszuleiten,
- aus der ersten Rektifikationskolonne (1 1 ) weiteres Fluid, welches Sauerstoff, Stickstoff und Argon enthält, zu entnehmen und als einen zweiten Stoffstrom oder zur Bildung eines zweiten Stoffstroms zu verwenden, welcher in die zweite Rektifikationskolonne (12) überführt wird, und - im Sumpf der zweiten Rektifikationskolonne (12) eine sauerstoffreiche Sumpfflüssigkeit zu bilden und zumindest zu einem Anteil in Form eines dritten Stoffstroms aus der Luftzerlegungsanlage (100, 200) auszuleiten, dadurch gekennzeichnet, dass
- eine dritte Rektifikationskolonne (14) bereitgestellt ist, wobei die zweite
Rektifikationskolonne (12) und die dritte Rektifikationskolonne (14) als Teile einer Doppelkolonne ausgebildet sind und die dritte Rektifikationskolonne (14) unterhalb der zweiten Rektifikationskolonne (12) angeordnet ist, wobei die
Luftzerlegungsanlage (100-3100) dafür eingerichtet ist, die dritte
Rektifikationskolonne (14) mit Luft zu speisen.
13. Luftzerlegungsanlage (100-3100) nach Anspruch 12, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 eingerichtet ist.
PCT/EP2019/025356 2018-10-23 2019-10-22 Verfahren und anlage zur tieftemperaturzerlegung von luft WO2020083528A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020217013818A KR20210077705A (ko) 2018-10-23 2019-10-22 저온 공기 분리를 위한 방법 및 유닛
EP19795456.3A EP3870915A1 (de) 2018-10-23 2019-10-22 Verfahren und anlage zur tieftemperaturzerlegung von luft
US17/287,854 US11846468B2 (en) 2018-10-23 2019-10-22 Method and unit for low-temperature air separation
CN201980069548.2A CN112955707B (zh) 2018-10-23 2019-10-22 用于低温分离空气的方法和设备

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18020543.7 2018-10-23
EP18020542.9 2018-10-23
EP18020542 2018-10-23
EP18020543 2018-10-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020083528A1 true WO2020083528A1 (de) 2020-04-30

Family

ID=68392931

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2019/025356 WO2020083528A1 (de) 2018-10-23 2019-10-22 Verfahren und anlage zur tieftemperaturzerlegung von luft

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11846468B2 (de)
EP (1) EP3870915A1 (de)
KR (1) KR20210077705A (de)
CN (1) CN112955707B (de)
WO (1) WO2020083528A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021078405A1 (de) * 2019-10-23 2021-04-29 Linde Gmbh Verfahren und anlage zur tieftemperaturzerlegung von luft
WO2023274574A1 (de) * 2021-07-02 2023-01-05 Linde Gmbh Verfahren und anlage zur bereitstellung eines stickstoffprodukts, eines sauerstoffprodukts und eines wasserstoffprodukts
WO2023022741A1 (en) * 2021-08-17 2023-02-23 Praxair Technology, Inc. Nitrogen producing cryogenic air separation unit with excess air circuit

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112066644A (zh) * 2020-09-18 2020-12-11 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 一种生产高纯氮和低纯氧的方法和装置
JP7379764B1 (ja) * 2022-08-09 2023-11-15 レール・リキード－ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード 空気分離装置および空気分離方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1372220A (fr) * 1962-12-21 1964-09-11 Lindes Eismaschinen Ag Procédé et installation pour la décomposition de l'air par liquéfaction et rectification à l'aide d'une circulation de gaz inerte
US5137559A (en) * 1990-08-06 1992-08-11 Air Products And Chemicals, Inc. Production of nitrogen free of light impurities
US5255524A (en) * 1992-02-13 1993-10-26 Air Products & Chemicals, Inc. Dual heat pump cycles for increased argon recovery
DE10152356A1 (de) * 2001-10-24 2002-12-12 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Argon und hoch reinem Sauerstoff durch Tieftemperatur-Zerlegung
US20090120128A1 (en) * 2007-10-25 2009-05-14 Linde Ag Low Temperature Air Fractionation with External Fluid
US20100037656A1 (en) * 2008-08-14 2010-02-18 Neil Mark Prosser Krypton and xenon recovery method
EP2789958A1 (de) 2013-04-10 2014-10-15 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft und Luftzerlegungsanlage
US20150316317A1 (en) * 2012-12-27 2015-11-05 Linde Aktiengesellschaft Method and device for low-temperature air separation
DE102016015446A1 (de) * 2016-12-23 2018-06-28 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft und Luftzerlegungsanlage

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9008752D0 (en) * 1990-04-18 1990-06-13 Boc Group Plc Air separation
US5528906A (en) * 1995-06-26 1996-06-25 The Boc Group, Inc. Method and apparatus for producing ultra-high purity oxygen
JPH09264667A (ja) * 1996-03-27 1997-10-07 Teisan Kk 超高純度窒素及び酸素の製造装置
US20060005574A1 (en) * 2002-04-12 2006-01-12 Reinhard Glatthaar Method for extracting argon by low-temperature air separation
JP2016188751A (ja) * 2015-03-30 2016-11-04 大陽日酸株式会社 窒素及び酸素製造方法、並びに窒素及び酸素製造装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1372220A (fr) * 1962-12-21 1964-09-11 Lindes Eismaschinen Ag Procédé et installation pour la décomposition de l'air par liquéfaction et rectification à l'aide d'une circulation de gaz inerte
US5137559A (en) * 1990-08-06 1992-08-11 Air Products And Chemicals, Inc. Production of nitrogen free of light impurities
US5255524A (en) * 1992-02-13 1993-10-26 Air Products & Chemicals, Inc. Dual heat pump cycles for increased argon recovery
DE10152356A1 (de) * 2001-10-24 2002-12-12 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Argon und hoch reinem Sauerstoff durch Tieftemperatur-Zerlegung
US20090120128A1 (en) * 2007-10-25 2009-05-14 Linde Ag Low Temperature Air Fractionation with External Fluid
US20100037656A1 (en) * 2008-08-14 2010-02-18 Neil Mark Prosser Krypton and xenon recovery method
US20150316317A1 (en) * 2012-12-27 2015-11-05 Linde Aktiengesellschaft Method and device for low-temperature air separation
EP2789958A1 (de) 2013-04-10 2014-10-15 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft und Luftzerlegungsanlage
DE102016015446A1 (de) * 2016-12-23 2018-06-28 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft und Luftzerlegungsanlage

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Industrial Gases Processing", 2006, WILEY-VCH

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021078405A1 (de) * 2019-10-23 2021-04-29 Linde Gmbh Verfahren und anlage zur tieftemperaturzerlegung von luft
WO2023274574A1 (de) * 2021-07-02 2023-01-05 Linde Gmbh Verfahren und anlage zur bereitstellung eines stickstoffprodukts, eines sauerstoffprodukts und eines wasserstoffprodukts
WO2023022741A1 (en) * 2021-08-17 2023-02-23 Praxair Technology, Inc. Nitrogen producing cryogenic air separation unit with excess air circuit

Also Published As

Publication number Publication date
US20210381761A1 (en) 2021-12-09
EP3870915A1 (de) 2021-09-01
CN112955707A (zh) 2021-06-11
KR20210077705A (ko) 2021-06-25
US11846468B2 (en) 2023-12-19
CN112955707B (zh) 2023-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020083528A1 (de) Verfahren und anlage zur tieftemperaturzerlegung von luft
EP1067345B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP2965029B1 (de) Luftzerlegungsanlage, verfahren zur gewinnung eines argon enthaltenden produkts und verfahren zur erstellung einer luftzerlegungsanlage
EP1357342B1 (de) Drei-Säulen-System zur Tieftemperaturzerlegung mit Argongewinnung
DE19954593B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
WO2020169257A1 (de) Verfahren und anlage zur tieftemperaturzerlegung von luft
WO2012019753A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von drucksauerstoff und druckstickstoff durch tieftemperaturzerlegung von luft
DE102007035619A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Argon durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP2053330A1 (de) Verfahren zur Tieftemperatur-Luftzerlegung
EP3193114B1 (de) Verfahren zur gewinnung eines luftprodukts in einer luftzerlegungsanlage und luftzerlegungsanlage
EP4065910A1 (de) Verfahren und anlage zur tieftemperaturzerlegung von luft
WO2021078405A1 (de) Verfahren und anlage zur tieftemperaturzerlegung von luft
WO2020244801A1 (de) Verfahren und anlage zur tieftemperaturzerlegung von luft
DE102007051184A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperatur-Luftzerlegung
EP2551619A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Druckstickstoff und Drucksauerstoff durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
DE102016002115A1 (de) Destillationssäulen-System und Verfahren zur Erzeugung von Sauerstoff durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP1300640A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von hoch reinem Stickstoff durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
WO2011110301A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur tieftemperaturzerlegung von luft
EP2914913A2 (de) Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft in einer luftzerlegungsanlage und luftzerlegungsanlage
DE102017010001A1 (de) Verfahren und Anlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
DE10153919A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung hoch reinen Sauerstoffs aus weniger reinem Sauerstoff
WO2020187449A1 (de) Verfahren und anlage zur tieftemperaturzerlegung von luft
DE102016015446A1 (de) Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft und Luftzerlegungsanlage
DE202018006161U1 (de) Anlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
DE102010056569A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Druckstickstoff durch Tieftemperaturzerlegung von Luft

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19795456

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20217013818

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019795456

Country of ref document: EP

Effective date: 20210525