WO2022179748A1 - Verfahren und anlage zur bereitstellung von druckstickstoff - Google Patents

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WO2022179748A1
WO2022179748A1 PCT/EP2022/025032 EP2022025032W WO2022179748A1 WO 2022179748 A1 WO2022179748 A1 WO 2022179748A1 EP 2022025032 W EP2022025032 W EP 2022025032W WO 2022179748 A1 WO2022179748 A1 WO 2022179748A1
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Tobias Lautenschlager
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Linde Gmbh
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    • F25J3/0429—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of feed air, e.g. used as waste or product air or expanded into an auxiliary column
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    • F25J3/04351—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 of nitrogen
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    • F25J3/04375—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc.
    • F25J3/04381—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc. using work extraction by mechanical coupling of compression and expansion so-called companders
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method and a system for providing a compressed nitrogen product according to the preambles of the independent patent claims.
  • GB 870349 A discloses a process for separating a gas mixture, for example air, in a rectification column to provide at least one component.
  • the mixture is cooled by passing it through a first passage in heat exchange relationship with a cold refrigerant flowing through a second passage and causing contaminants with a higher freezing point to be deposited in the first passage.
  • a cold fluid e.g., waste fluid
  • a warm coolant capable of heating the cold fluid to remove the deposited contaminants sublimate and transport away
  • a cryogenic rectification process for the production of nitrogen gas under elevated pressure comprises compressing a feedstock containing nitrogen and oxygen, cooling the compressed feedstock and introducing the resulting cooled feedstock into a column, separating the feedstock within the column by cryogenic rectification into nitrogen-rich vapor and oxygen-enriched liquid, the vaporization of the oxygen-enriched liquid by indirect heat exchange with nitrogen-rich vapor to produce nitrogen-rich liquid and oxygen-enriched vapor, pressurizing the nitrogen-rich liquid to produce an elevated pressure nitrogen-rich liquid, evaporating the nitrogen-rich elevated liquid by indirect heat exchange with compressed fluid to produce elevated pressure nitrogen gas and recovering elevated pressure nitrogen gas as product.
  • Air separation plants of the classic type have rectification column systems which can be designed, for example, as two-column systems, in particular as double-column systems, but also as three-column or multi-column systems.
  • rectification columns for obtaining nitrogen and/or oxygen in the liquid and/or gaseous state ie rectification columns for nitrogen-oxygen separation, rectification columns for obtaining further air components, in particular inert gases, can be provided.
  • the rectification columns of the rectification column systems mentioned are operated at pressures in different pressure ranges.
  • Known double column systems have a so-called high-pressure column (also referred to as a pressure column, medium-pressure column or lower column) and a so-called low-pressure column (upper column).
  • the high-pressure column is typically operated at a pressure in a pressure range of 4 to 7 bar, in particular approx. 5.3 bar, while the low-pressure column is operated at a pressure in a pressure range of typically 1 to 2 bar, in particular approx. 1.4 bar.
  • higher pressures can also be used in both rectification columns.
  • the pressures or pressure ranges specified here and below are absolute pressures at the top of the columns specified in each case.
  • Corresponding single-column processes can be carried out in particular as so-called single-column single-condenser processes (SCSC) using so-called residual gas turbines.
  • SCSC single-column single-condenser processes
  • the rectification column is operated with a top condenser, in which bottom liquid from the rectification column is evaporated and top gas from the rectification column is condensed to form a reflux.
  • a sump reboiler is typically absent.
  • the residual gas turbine at least part of the bottom liquid evaporated in the top condenser, the residual gas, is expanded to obtain cold.
  • EP 3 521 739 A1 discloses a process for obtaining nitrogen in which the low-pressure column of a double column system, or more generally a second rectification column for nitrogen-oxygen separation, has a first rectification column for nitrogen-oxygen separation and the second rectification column Column system, is operated with a top condenser (also referred to as "double condenser, double reboiler” or “double column, double condenser” or DCDC process).
  • a top condenser also referred to as "double condenser, double reboiler” or “double column, double condenser” or DCDC process.
  • gaseous nitrogen under comparatively high pressure typically 50 to 130 bar
  • caloric parameters typically 50 to 130 bar
  • the gaseous nitrogen is obtained from a system designed as explained above at 5 to 10 bar (abs.) and then further compressed in a complex manner. With quantities below 20 kNm 3 /h (the unit Nm 3 denotes standard cubic meters here), the nitrogen is compressed to pressures of over 80 bar (abs.) typically in piston compressors, which have considerable disadvantages due to their design (high investment costs, low efficiency, no partial load behavior, high maintenance costs).
  • the present invention therefore sets itself the task of improving the provision of compressed nitrogen, in particular in the pressure range mentioned and in particular for the applications mentioned, and making it more efficient.
  • a “condenser evaporator” refers to 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 a condensing space and an evaporating space.
  • Condensation and evaporation chambers have liquefaction and evaporation passages. The condensation (liquefaction) of the first fluid stream is carried out in the liquefaction chamber, and the evaporation of the second fluid stream is carried out in the evaporation chamber.
  • the evaporating and condensing spaces are formed by groups of passages which are in heat exchange relationship with each other.
  • Condenser evaporators are also called “top condenser” and referred to as “bottom reboiler", where a top condenser is a condenser evaporator in which top gas of a rectification column is condensed and a bottom evaporator is a condenser evaporator in which bottom liquid of a rectification column is evaporated.
  • a liquid flow is pushed through the evaporation chamber by its own pressure and partially evaporated there.
  • This pressure is generated, for example, by a liquid column in the feed line to the evaporation space.
  • the fleas of this liquid column corresponds to the pressure loss in the evaporation space.
  • the gas-liquid mixture emerging from the evaporation chamber is separated according to phases and forwarded directly to the next process step or to a downstream device and, in particular, is not introduced into a liquid bath of the condenser evaporator, from which the portion that remains liquid is fed again would be sucked in.
  • expansion turbine or “expansion machine”, which can be coupled to other expansion turbines or energy converters such as oil brakes, generators or compressors via a common shaft, is set up to expand a gaseous or at least partially liquid stream.
  • expansion turbines for use in the present invention can be designed as turboexpanders. If a compressor is driven with one or more expansion turbines, but without energy supplied externally, for example by means of an electric motor, the term “turbine-driven” compressor or alternatively “booster” is used. Arrangements of turbine-driven compressors and expansion turbines are also referred to as “booster turbines" or alternatively as “turbine boosters". If in the following it is mentioned that an expansion takes place in a booster turbine or a turbine booster, this should mean the turbine part. The same applies to the compression, which then takes place in the compressor part of the booster turbine or the turbine booster.
  • turbo compressors In air separation plants, multi-stage turbo compressors are used to compress the feed air to be separated, which are referred to here as "main air compressors".
  • the mechanical structure of turbo compressors is known in principle to those skilled in the art.
  • the compression of the to takes place in a turbo compressor compressing medium by means of turbine blades, which are arranged on a turbine wheel or impeller or directly on a shaft.
  • a turbo compressor forms a structural unit which, however, can have several compressor stages in the case of a multi-stage turbo compressor.
  • a compressor stage generally includes a corresponding arrangement of turbine blades. All of these airends can be driven by a common shaft. However, it can also be provided that the compressor stages are driven in groups with different shafts, in which case the shafts can also be connected to one another via gears.
  • the main air compressor is also distinguished by the fact that it compresses the entire amount of air fed into the rectification column system and used for the production of air products, ie the entire feed air.
  • a "post-compressor" can also be provided, in which, however, only part of the air quantity compressed in the main air compressor is brought to an even higher pressure.
  • This can also be designed as a turbo compressor.
  • the use of a common compressor or compressor stages of such a compressor as the main air compressor and booster can also be provided.
  • additional turbo compressors in the form of the boosters mentioned are typically provided in air separation plants, but these usually only perform compression to a relatively small extent compared to the main air compressor or the secondary compressor.
  • Liquids and gases can be rich or poor in one or more components, where “rich” means a content of at least 50%, 75%, 90%, 95%, 99%, 99.5%, 99, 9% or 99.99% and “poor” can stand for a content of at most 50%, 25%, 10%, 5%, 1%, 0.1% or 0.01% on a mole, weight or volume basis .
  • the term “predominantly” may correspond to the definition of "rich”.
  • Liquids and gases can also be enriched or depleted in one or more components, these terms referring to a content in a starting liquid or a starting gas from which the liquid or gas was obtained.
  • the liquid or the gas is "enriched” if this or this at least 1.1 times, 1.5 times, 2 times, 5 times, 10 times, 100 times or 1,000 times the content, and "depleted” if this or this has at most 0.9 times, 0.5 times, 0.1 times, 0.01 times or 0.001 times the content of a corresponding one Component based on the starting liquid or the starting gas contains. If, for example, “oxygen” or “nitrogen” is mentioned here, this also includes a liquid or a gas that is rich in oxygen or nitrogen, but does not necessarily have to consist exclusively of them.
  • air separation plants can be designed differently depending on the air products to be delivered and their required aggregate and pressure states.
  • So-called internal compression is known for providing gaseous pressure products.
  • a cryogenic liquid is removed from the rectification column system, subjected to an increase in pressure in the liquid state and converted to the gaseous or supercritical state by heating.
  • internally compressed gaseous oxygen, internally compressed gaseous nitrogen or internally compressed gaseous argon can be produced in this way.
  • Internal compression offers a number of advantages over external compression, which is also possible as an alternative, and is explained, for example, in Häring (see above), Section 2.2.5.2, "Internal Compression".
  • the present invention proposes a method and a system for providing pressurized nitrogen in the above-mentioned single-column single-condenser configuration, in which up to 100% of the total pressurized nitrogen to be provided is internally compressed to pressures of 60 bar (abs.) up to 150 bar (abs.) can be compressed.
  • a double-column double-condenser configuration can also be used, as was also explained above.
  • gaseous nitrogen from the rectification column used is further compressed and liquefied in the main heat exchanger, with available combination machines being able to be used in a particularly advantageous manner.
  • the invention proposes a process for producing a compressed nitrogen product by cryogenic separation of air, in which an air separation plant with a main heat exchanger and a rectification column used with a head condenser.
  • the top condenser can be designed as a bath, cascade or forced flow condenser, as explained.
  • the pressure energy contained in the top gas of the condenser is used within the scope of the present invention, in particular in a residual gas turbine.
  • a top gas and a bottom liquid are formed at a pressure in a first pressure range, as is known in principle, using compressed air fed into the rectification column and cooled in the top heat exchanger.
  • a first part of the top gas is condensed to obtain a first condensate at a pressure in the first pressure range and at least part of the bottom liquid is evaporated at a pressure in a second pressure range below the first pressure range, as also in particular for the mentioned single-column - Single condenser and double column double condenser configurations are known.
  • nitrogen-rich liquid is withdrawn in a product quantity at a pressure in the first pressure section, subjected to internal compression and used to provide the compressed nitrogen product.
  • the nitrogen-rich liquid is subjected to a pressure increase to a pressure in a third pressure range of 50 to 110 bar absolute pressure and is converted to the supercritical state in the Flaupt heat exchanger, so that the pressure requirements mentioned at the outset are met by the use of the present invention can become.
  • a second part of the top gas is heated in a recirculation amount in the main heat exchanger, subjected to compression on the warm side of the main heat exchanger to a pressure in a fourth pressure range, condensed in the main heat exchanger to obtain a second condensate, and fed back into the rectification column.
  • the pressure in the third pressure range is at least a factor of 1.5, in particular at least a factor of 1.6 and up to a factor of 2 higher than the pressure in the fourth pressure range, and a ratio between the feed-back quantity and the product quantity is 2:1 up to 1.3:1.
  • a "procedural transmission" is created by the present invention, so to speak.
  • the compressor used for the second portion of the top gas, or corresponding compressor stages compresses a large quantity of compressed nitrogen to a comparatively low pressure and thus drives the internal compression of a small quantity of liquid nitrogen under high pressure.
  • the analogy in a gearbox is high speed with low torque converted to low speed with high torque.
  • the combination of large volume and low pressure enables the corresponding compressor or compressor stages to be designed as turbo compressors (stages), which brings advantages in the areas of investment costs, efficiency, part-load behavior and maintenance.
  • the piston compressors mentioned at the outset can be dispensed with.
  • the first pressure range in which the operating pressure of the rectification column lies, can be in particular from 7 to 15 bar (absolute), for example about 10.5 bar (absolute).
  • the for feeding the rectification column can be at a pressure in a pressure range above this, which depends on the specific configuration.
  • the second pressure range in which the evaporation pressure in the top condenser lies, can be in particular from 3 to 7 bar (abs.), in particular about 5.6 bar (abs.).
  • the fourth pressure range in which the pressure lies to which the second part of the top gas is compressed, is in particular 30 to 70 bar (abs.), for example approx. 36 bar (abs.).
  • a quantity ratio between the second part of the top gas, which is treated accordingly, i.e. the recirculation quantity, and the nitrogen-rich liquid subjected to internal compression, i.e. the product quantity, can in particular be in a range from 2:1 to 1.5:1 or from 1.5:1 to 1.3:1, in each case based on normalized mass flows.
  • compressed nitrogen can also be taken off at a pressure range below the third pressure range, in the form of overhead gas, before or after compression to the pressure in the third pressure range, i.e. to the pressure in the first or the third pressure range.
  • At least part of the first condensate can be fed back to the rectification column and/or used to provide a liquid nitrogen product, if required, within the scope of the present invention.
  • a gas phase can be formed which is used at least in part to form a residual gas stream, the residual gas stream being subjected to a first heating in the main heat exchanger at the pressure in the second pressure range, and then being expanded to a pressure in a fifth pressure range in a booster turbine arrangement, and thereafter at the pressure in the fifth pressure range may be subjected to a second heating in the main heat exchanger.
  • a residual gas turbine can be used to cover the cold balance, with the residual gas turbine being braked by a booster, oil or generator can be executed.
  • the residual gas turbine can be self-boosted or braked by a booster which further compresses the previously compressed second part of the overhead gas before it is liquefied in the main heat exchanger.
  • the residual gas stream after the first heating, can be subjected to compression to a pressure in a sixth pressure range in the booster turbine arrangement, then to the pressure in the sixth pressure range, to intermediate cooling in the main heat exchanger, and thereafter being subjected to the expansion to the pressure in the fifth pressure range in the booster turbine arrangement, and thereafter being subjected to the second heating.
  • the second part of the head gas in particular can also be subjected to a pressure in a seventh pressure range after compression on the warm side of the main heat exchanger to the pressure in the fourth pressure range and before condensation in the main heat exchanger to further compression in the booster turbine arrangement .
  • the seventh pressure range can in particular be 40 to 70 bar (abs.), for example about 48 bar (abs.).
  • the second part of the top gas can, after further compression in the booster turbine arrangement to the pressure in the seventh pressure range and before condensation in the main heat exchanger, also undergo (again) further compression in a further
  • Booster turbine assembly is subjected to a pressure in an eighth pressure range. Due to the double further compression of the second part of the top gas, the first compressor used can be designed with fewer stages, which improves the buildability, especially in combination with the main air compressor.
  • the further booster turbine arrangement (or its booster) can be used as a warm or cold booster.
  • the second part of the top gas can therefore in particular after further compression in the booster turbine arrangement to the pressure in the seventh pressure range and before further compression in the further booster turbine arrangement to the pressure in the eighth printing range may be subjected to cooling to a temperature in a temperature range from 0 to -170 °C.
  • the compressed air When the compressed air is compressed to higher values than those in the first pressure range, for example to a pressure in a pressure range of 15 to 25 bar (abs.), in particular 16 to 24 bar (abs.), the compressed air can be brought to the main heat exchanger at a temperature in a first
  • a corresponding configuration can alternatively also include the use of an oil or generator-braked turbine instead of the further booster turbine arrangement for expanding the compressed air.
  • the main heat exchanger can also be provided in several parts (e.g. set up for higher and lower pressures), for example to meet requirements for design pressures, thermal stresses and the like.
  • the compressed air fed into the rectification column and cooled in the main heat exchanger can also represent only part of a compressed total amount of air, with a further part of the compressed total amount of air being cooled in the main heat exchanger, an expansion to a pressure in a ninth, in particular slightly above atmospheric pressure range of, for example, 1, 1 to 1.5 bar (abs.), Subject to heating in the main heat exchanger to the pressure in the ninth pressure range and discharged from the air separation plant.
  • one or more first compressor stages can be used to provide the compressed air
  • one or more (in particular two or three) second compressor stages can be used to compress the second part of the overhead gas on the hot side of the main heat exchanger, with the one or more first and the one or more second Compressor stages are provided in a common compressor.
  • the second portion of the overhead gas can be driven to the compressor stage(s) 5 to 35° C. colder than the other streams, if there is excess cold.
  • FIGS. 1 to 5 show systems according to preferred embodiments of the invention in a simplified, schematic representation.
  • FIG. 1 an air separation plant according to one embodiment of the invention is illustrated and denoted overall by 100.
  • feed air is sucked in by means of a main air compressor 1 or one or more corresponding compressor stages and compressed to a pressure in a pressure range of 7 to 15 bar (abs.), for example approx. 11 bar (abs.).
  • a compressed air flow formed in this way is in a warm part 2 of the air separation plant 100, which can have components known per se and in particular with a pre-cleaning unit 2.1 (Prepurification Unit, PPU) can be equipped in a known way, conditioned to obtain a compressed air stream b.
  • Prepurification Unit, PPU Prepurification Unit
  • the partial flow c is taken from the main heat exchanger 3 of the air separation plant 100 at an intermediate temperature and expanded in a turbine arrangement 4 with an expansion turbine, for example oil-braked.
  • the partial flow c is then heated in the main heat exchanger 3 and discharged, for example, into the atmosphere (so-called excess air).
  • Partial stream d is taken from the cold side of main heat exchanger 3 of air separation plant 100 and fed into a rectification column 5, in which a top gas and a bottom liquid are formed using the air fed in.
  • the rectification column 5 is operated, in particular at the top, at a pressure in a pressure range which, apart from pressure losses, corresponds to that of the compressed air stream a, for example at approx. 10.5 bar (abs.).
  • the top gas is withdrawn from the rectification column 5 in the form of a stream e.
  • a substream f of stream e is condensed in a top condenser 5.1 of the rectification column 5 and, again in portions, used in the form of a stream g to form a reflux stream h to the rectification column 5 and in the form of a stream i optionally in an optionally provided subcooler 6 supercooled and provided as a liquid nitrogen product.
  • Another part of the top gas of stream e is heated in the main heat exchanger 3 in the form of stream k.
  • a part of the heated material flow k is recompressed in the form of a material flow I in a compressor 7 or one or more compressor stages, which can also be installed in a common machine with the compressor stage(s) of the main air compressor 1 .
  • the recompression can take place, for example, to a pressure in a pressure range from 40 to 70 bar (abs.), for example approx. 44 bar (abs.).
  • the stream I is cooled again in the main heat exchanger 3 and condensed in the process, expanded at a throttle valve 8 and used to form the return stream h already mentioned.
  • top condenser 5.1 of the rectification column 5 bottom liquid from the rectification column 5, which is removed from this in the form of a stream m, is supercooled in a subcooler 9 and expanded at a throttle valve 10, evaporated.
  • a purge stream n is removed from the top condenser 5.1 of the rectification column 5 to avoid the accumulation of less volatile components.
  • Residual gas which is formed by the evaporation of the bottom liquid of the rectification column 5, is carried out in gaseous form in the form of a stream o from the top condenser 5.1 and passed through the subcoolers 6 (if present) and 9.
  • the removal takes place at a pressure in a pressure range at which the bottom liquid of the rectification column 5 is also evaporated in the top condenser 5.1, in particular at 3 to 6 bar (abs.), for example at approx. 5.6 bar (abs.).
  • the material flow o is then brought to a higher pressure in a booster turbine arrangement 11, fed back to the main heat exchanger 3 on the hot side, removed from it at an intermediate temperature, expanded in the booster turbine arrangement 11, completely heated in the main heat exchanger 3, and discharged from the air separation plant 100 or used in the pre-cleaning unit 2.1 in a known manner as regeneration gas.
  • Liquid nitrogen is removed from the rectification column 5 in the form of a liquid nitrogen stream p, pressurized in liquid form in an internal compression pump 12, heated in the main heat exchanger 3 and discharged as compressed nitrogen product from the air separation plant (100).
  • FIG. 2 an air separation plant according to a further embodiment of the invention is illustrated and denoted overall by 200.
  • an air separation plant according to a further embodiment of the invention is illustrated and denoted overall by 300.
  • air separation plant 300 according to FIG brought higher pressure, whereas the flow o experiences no such increase in pressure.
  • the material flow o is only heated to an intermediate temperature in the auxiliary heat exchanger 3 , then expanded in the booster turbine arrangement 11 and then completely heated in the auxiliary heat exchanger 3 .
  • the air separation plant 300 according to FIG. 3 can essentially correspond to the air separation plant 200 according to FIG.
  • FIG. 4 an air separation plant according to a further embodiment of the invention is illustrated and denoted overall by 400.
  • a further booster turbine arrangement 13 is used in the air separation plant 400 according to FIG.
  • the further booster turbine arrangement 13 is driven by the material flow b provided here as in the air separation plant 200 according to FIG. 2 and in the air separation plant 300 according to FIG.
  • the material stream b is cooled to an intermediate temperature in the Flaupt heat exchanger 3, then expanded in the further booster turbine arrangement 13 and, after being fed back into the Flaupt heat exchanger 3, further cooled to a further intermediate temperature.
  • an air separation plant according to a further embodiment of the invention is illustrated and denoted overall by 500.
  • the booster of the further booster turbine arrangement 13 is operated as a cold booster in the air separation plant 500 according to FIG.
  • the material flow I (see also connection point L) is cooled further in the booster turbine arrangement 11 after its compression in the booster turbine arrangement 11 and before further compression in the further booster turbine arrangement 13 .

Landscapes

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Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines Druckstickstoffprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft wird vorgeschlagen, bei dem eine Luftzerlegungsanlage (100-500) mit einem Hauptwärmetauscher (3) und einer Rektifikationskolonne (5) mit einem Kopfkondensator (5.1) verwendet wird, wobei in der Rektifikationskolonne (5) unter Verwendung von in die Rektifikationskolonne (5) eingespeister und in dem Hauptwärmetauscher (3) abgekühlter Druckluft auf einem Druck in einem ersten Druckbereich ein Kopfgas und eine Sumpfflüssigkeit gebildet werden, in dem Kopfkondensator (5.1) ein erster Teil des Kopfgases unter Erhalt eines ersten Kondensats auf einem Druck in dem ersten Druckbereich kondensiert und zumindest ein Teil der Sumpfflüssigkeit auf einem Druck in einem zweiten Druckbereich unterhalb des ersten Druckbereichs verdampft wird, und aus einem oberen Bereich der Rektifikationskolonne (5) in einer Produktmenge stickstoffreiche Flüssigkeit auf einem Druck in dem ersten Druckbereich entnommen, einer Innenverdichtung unterworfen und zur Bereitstellung des Druckstickstoffprodukts verwendet wird. Es ist vorgesehen, dass die stickstoffreiche Flüssigkeit bei der Innenverdichtung in flüssigem Zustand einer Druckerhöhung auf einen Druck in einem dritten Druckbereich von 50 bis 110 bar Absolutdruck unterworfen und in dem Hauptwärmetauscher (3) in den überkritischen Zustand überführt wird, und dass ein zweiter Teil des Kopfgases in einer Rückspeisemenge in dem Hauptwärmetauscher (3) erwärmt, warmseitig des Hauptwärmetauschers (3) einer Verdichtung auf einen Druck in einem vierten Druckbereich unterworfen, in dem Hauptwärmetauscher (3) unter Erhalt eines zweiten Kondensats kondensiert, und zumindest zu einem Teil in die Rektifikationskolonne (5) zurückgespeist wird. Der Druck in dem dritten Druckbereich liegt um mindestens den Faktor 1,5 höher als der Druck in dem vierten Druckbereich und ein Mengenverhältnis zwischen der Rückspeisemenge und der Produktmenge beträgt 2:1 bis 1,3:1. Eine entsprechende Luftzerlegungsanlage (100-500) ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Description

Beschreibung
Verfahren und Anlaoe zur Bereitsteiluna von Druckstickstoff
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Bereitstellung eines Druckstickstoffprodukts gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Technischer Hintergrund
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.
Die GB 870349 A offenbart ein Verfahren zum Trennen eines Gasgemischs, z.B. Luft, in einer Rektifikationskolonne, um mindestens einen Bestandteil bereitzustellen. Das Gemisch wird gekühlt, indem es durch eine erste Passage in Wärmetauschbeziehung mit einem kalten Kühlmittel geleitet wird, das durch eine zweite Passage fließt und bewirkt, dass Verunreinigungen mit einem höheren Gefrierpunkt in der ersten Passage abgelagert werden. Anschließend erfolgt ein Unterbrechen der Ströme des Gemisches und des kalten Kühlmittels und ein Durchleiten eines kalten Fluids (z.B. Abfallfluid) durch die erste Passage in Wärmetauschbeziehung mit einem warmen Kühlmittel, das in der Lage ist, das kalte Fluid zu erwärmen, um die abgelagerten Verunreinigungen zu sublimieren und abzutransportieren, anschließendes Unterbrechen des Stroms des warmen Kühlmittels, anschließendes Unterbrechen des Stroms des kalten Fluids in der ersten Passage und Wiederherstellen des Stroms des Gemisches und des kalten Kühlmittels in der ersten bzw. zweiten Passage.
Aus der US 5303 556 A ist ein kryogenes Rektifikationsverfahren zur Herstellung von Stickstoffgas unter erhöhtem Druck bekannt, das das Komprimieren eines Stickstoff und Sauerstoff enthaltenden Einsatzes, das Kühlen des komprimierten Einsatzes und das Einleiten des resultierenden gekühlten Einsatzes in eine Kolonne, das Trennen des Einsatzes innerhalb der Kolonne durch Tieftemperaturrektifikation in stickstoffreichen Dampf und sauerstoffangereicherte Flüssigkeit, das Verdampfen der sauerstoffangereicherten Flüssigkeit durch indirekten Wärmeaustausch mit stickstoffreichem Dampf, um stickstoffreiche Flüssigkeit und sauerstoffangereicherten Dampf zu erzeugen, das Erhöhen des Drucks der stickstoffreichen Flüssigkeit, um eine stickstoffreiche Flüssigkeit mit erhöhtem Druck zu erzeugen, das Verdampfen der stickstoffreichen Flüssigkeit mit erhöhtem Druck durch indirekten Wärmeaustausch mit komprimiertem Fluid, um Stickstoffgas mit erhöhtem Druck zu erzeugen, und das Gewinnen von Stickstoffgas mit erhöhtem Druck als Produkt umfasst.
Luftzerlegungsanlagen klassischer Art weisen Rektifikationskolonnensysteme auf, die beispielsweise als Zweikolonnensysteme, insbesondere als Doppelkolonnensysteme, aber auch als Drei- oder Mehrkolonnensysteme ausgebildet sein können. Neben Rektifikationskolonnen zur Gewinnung von Stickstoff und/oder Sauerstoff in flüssigem und/oder gasförmigem Zustand, also Rektifikationskolonnen zur Stickstoff-Sauerstoff- Trennung, können Rektifikationskolonnen zur Gewinnung weiterer Luftkomponenten, insbesondere von Edelgasen, vorgesehen sein.
Die Rektifikationskolonnen der genannten Rektifikationskolonnensysteme werden auf Drücken in unterschiedlichen Druckbereichen betrieben. Bekannte Doppelkolonnensysteme weisen eine sogenannte Hochdruckkolonne (auch als Druckkolonne, Mitteldruckkolonne oder untere Kolonne bezeichnet) und eine sogenannte Niederdruckkolonne (obere Kolonne) auf. Die Hochdruckkolonne wird typischerweise auf einem Druck in einem Druckbereich von 4 bis 7 bar, insbesondere ca. 5,3 bar, betrieben, die Niederdruckkolonne dagegen auf einem Druck in einem Druckbereich von typischerweise 1 bis 2 bar, insbesondere ca. 1 ,4 bar. In bestimmten Fällen können in beiden Rektifikationskolonnen auch höhere Drücke eingesetzt werden. Bei den hier und nachfolgend angegebenen Drücken bzw. Druckbereichen handelt es sich um Absolutdrücke am Kopf der jeweils angegebenen Kolonnen.
Je nach den geforderten Produktspektren (d.h. der absolut und relativ zueinander herzustellenden Mengen an flüssigen und gasförmigen Luftprodukten) eignen sich unterschiedliche Anlagenkonfigurationen von Luftzerlegungsanlagen unterschiedlich gut. So können zur Erzeugung von Stickstoff anstelle der erwähnten Zwei- und Mehrkolonnenverfahren auch Einkolonnenverfahren eingesetzt werden. Bei diesen wird nur eine Rektifikationskolonne verwendet, die auf einem Druck in einem vergleichbaren Druckniveau wie eine bekannte Hochdruckkolonne, aber auch auf einem höheren Druck betrieben werden kann. Eine Rektifikationskolonne, die entsprechend einer herkömmlichen Niederdruckkolonne zur Stickstoff-Sauerstoff- Trennung eingesetzt und unter niedrigerem Druck betrieben wird, fehlt dagegen. Dies schließt jedoch nicht aus, dass das Rektifikationskolonnensystem über die genannte Rektifikationskolonne hinaus noch weitere Rektifikationskolonnen aufweisen kann, beispielsweise zur Gewinnung von hochreinem Sauerstoff.
Entsprechende Einkolonnenverfahren können insbesondere als sogenannte Single- Column-Single-Condenser-Verfahren (SCSC) unter Verwendung von sogenannten Restgasturbinen durchgeführt werden. Hierbei wird die Rektifikationskolonne mit einem Kopfkondensator betrieben, in welchem Sumpfflüssigkeit aus der Rektifikationskolonne verdampft und Kopfgas aus der Rektifikationskolonne zur Bildung eines Rücklaufs kondensiert wird. Ein Sumpfaufkocher fehlt dagegen typischerweise. In der Restgasturbine wird zumindest ein Teil der in dem des Kopfkondensator verdampften Sumpfflüssigkeit, das Restgas, zur Kältegewinnung entspannt.
So ist aus der EP 3 521 739 A1 ein Verfahren zur Gewinnung von Stickstoff bekannt, bei dem die Niederdruckkolonne eines Doppelkolonnensystems, oder allgemeiner eine zweite Rektifikationskolonne zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung eines eine erste Rektifikationskolonne zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung und die zweite Rektifikationskolonne aufweisenden Kolonnensystems, mit einem Kopfkondensator betrieben wird (auch als "Double Condenser, Double Reboiler" oder "Double Column, Double Condenser" bzw. DCDC-Verfahren bezeichnet).
Insbesondere in Flüssigerdgasterminals, in denen Flüssigerdgas (Liquefied Natural Gas, LNG) verdampft und gasförmig in Versorgungsleitungen eingespeist wird, wird zur Einstellung kalorischer Parameter (Wobbe-Index etc.) gasförmiger Stickstoff unter vergleichsweise hohem Druck (typischerweise 50 bis 130 bar) benötigt. Entsprechendes gilt auch für bestimmte Anwendungen zur Tertiären Ölgewinnung (Enhanced Oil Recovery, EOR), oder auch die Bereitstellung von Stickstoff zur Ammoniaksynthese, wo tendenziell noch höhere Drücke gefordert sind.
Klassischerweise wird für derartige Anwendungen der gasförmige Stickstoff aus einer wie zuvor erläutert ausgebildeten Anlage bei 5 bis 10 bar (abs.) gewonnen und dann aufwendig weiter verdichtet. Bei Mengen unter 20 kNm3/h (die Einheit Nm3 bezeichnet hier Normkubikmeter) erfolgt die Verdichtung des Stickstoffs auf Drücke von über 80 bar (abs.) typischerweise in Kolbenverdichtern, die bauartbedingt erhebliche Nachteile aufweisen (hohe Investitionskosten, niedriger Wirkungsgrad, kein Teillastverhalten, hoher Wartungsaufwand).
Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, die Bereitstellung von Druckstickstoff, insbesondere im genannten Druckbereich und insbesondere für die genannten Anwendungen, zu verbessern und effizienter zu gestalten.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren und eine Anlage zur Bereitstellung eines Druckstickstoffprodukts mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und der nachfolgenden Beschreibung.
Nachfolgend werden zunächst einige bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile verwendete Begriffe sowie der zugrunde liegende technische Hintergrund näher erläutert.
Die in einer Luftzerlegungsanlage eingesetzten Vorrichtungen sind in der zitierten Fachliteratur, beispielsweise bei Häring in Abschnitt 2.2.5.6, "Apparatus", beschrieben. Sofern die nachfolgenden Definitionen nicht hiervon abweichen, wird daher zum Sprachgebrauch, der im Rahmen der vorliegenden Anmeldung verwendet wird, ausdrücklich auf die zitierte Fachliteratur verwiesen.
Als "Kondensatorverdampfer" wird ein Wärmetauscher bezeichnet, in dem ein erster, kondensierender Fluidstrom in indirekten Wärmeaustausch mit einem zweiten, verdampfenden Fluidstrom tritt. 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. Kondensatorverdampfer werden ihrer Funktion nach auch als "Kopfkondensator" und als "Sumpfverdampfer" bezeichnet, wobei ein Kopfkondensator ein Kondensatorverdampfer ist, in dem Kopfgas einer Rektifikationskolonne kondensiert wird und ein Sumpfverdampfer ein Kondensatorverdampfer, in dem Sumpfflüssigkeit einer Rektifikationskolonne verdampft wird.
In einem "Forced-Flow"-Kondensatorverdampfer wird ein Flüssigkeitsstrom mittels seines eigenen Drucks durch den Verdampfungsraum gedrückt und dort partiell verdampft. Dieser Druck wird beispielsweise durch eine Flüssigkeitssäule in der Zuleitung zum Verdampfungsraum erzeugt. Die Flöhe dieser Flüssigkeitssäule entspricht dabei dem Druckverlust im Verdampfungsraum. Das aus dem Verdampfungsraum austretende Gas-Flüssigkeitsgemisch wird in einem "Once Through"-Kondensatorverdampfer dieser Art nach Phasen getrennt direkt zum nächsten Verfahrensschritt bzw. zu einer stromabwärtigen Vorrichtung weitergeleitet und insbesondere nicht in ein Flüssigkeitsbad des Kondensatorverdampfers eingeleitet, von dem der flüssig verbliebene Anteil erneut angesaugt würde.
Eine "Entspannungsturbine" bzw. "Entspannungsmaschine", die über eine gemeinsame Welle mit weiteren Entspannungsturbinen oder Energiewandlern wie Ölbremsen, Generatoren oder Verdichtern gekoppelt sein kann, ist zur Entspannung eines gasförmigen oder zumindest teilweise flüssigen Stroms eingerichtet. Insbesondere können Entspannungsturbinen zum Einsatz in der vorliegenden Erfindung als Turboexpander ausgebildet sein. Wird ein Verdichter mit einer oder mehreren Entspannungsturbinen angetrieben, jedoch ohne extern, beispielsweise mittels eines Elektromotors, zugeführte Energie, wird der Begriff "turbinengetriebener" Verdichter oder alternativ "Booster" verwendet. Anordnungen aus turbinengetriebenen Verdichtern und Entspannungsturbinen werden auch als "Boosterturbinen" oder alternativ als "Turbinenbooster" bezeichnet. Ist nachfolgend davon die Rede, dass eine Entspannung in einer Boosterturbine oder einem Turbinenbooster erfolgt, soll damit der Turbinenteil gemeint sein. Entsprechendes gilt für die Verdichtung, die dann in dem Verdichterteil der Boosterturbine oder des Turbinenboosters erfolgt.
In Luftzerlegungsanlagen kommen zur Verdichtung der zu zerlegenden Einsatzluft mehrstufige Turboverdichter zum Einsatz, die hier als "Hauptluftverdichter" bezeichnet werden. Der mechanische Aufbau von Turboverdichtern ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt. In einem Turboverdichter erfolgt die Verdichtung des zu verdichtenden Mediums mittels Turbinenschaufeln, die auf einem Turbinenrad bzw. Impeller oder direkt auf einer Welle angeordnet sind. Ein Turboverdichter bildet dabei eine bauliche Einheit, die jedoch bei einem mehrstufigen Turboverdichter mehrere Verdichterstufen aufweisen kann. Eine Verdichterstufe umfasst dabei in der Regel eine entsprechende Anordnung von Turbinenschaufeln. Alle dieser Verdichterstufen können von einer gemeinsamen Welle angetrieben werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die Verdichterstufen gruppenweise mit unterschiedlichen Wellen anzutreiben, wobei die Wellen auch über Getriebe miteinander verbunden sein können.
Der Hauptluftverdichter zeichnet sich ferner dadurch aus, dass durch diesen die gesamte in das Rektifikationskolonnensystem eingespeiste und zur Herstellung von Luftprodukten verwendete Luftmenge, also die gesamte Einsatzluft, verdichtet wird. Entsprechend kann auch ein "Nachverdichter" vorgesehen sein, in dem aber nur ein Teil der im Hauptluftverdichter verdichteten Luftmenge auf einen nochmals höheren Druck gebracht wird. Auch dieser kann als Turboverdichter ausgebildet sein. Auch die Verwendung eines gemeinsamen Verdichters bzw. von Verdichterstufen eines derartigen Verdichters als Hauptluftverdichter und Nachverdichter kann vorgesehen sein. Zur Verdichtung von Teilluftmengen sind in Luftzerlegungsanlagen typischerweise weitere Turboverdichter in Form der erwähnten Booster vorgesehen, die i.d.R. im Vergleich zu dem Hauptluftverdichter oder dem Nachverdichter jedoch nur eine Verdichtung in relativ geringem Umfang vornehmen.
Flüssigkeiten und Gase können im hier verwendeten Sprachgebrauch reich oder arm an einer oder an mehreren Komponenten sein, wobei "reich" für einen Gehalt von wenigstens 50%, 75%, 90%, 95%, 99%, 99,5%, 99,9% oder 99,99% und "arm" für einen Gehalt von höchstens 50%, 25%, 10%, 5%, 1%, 0,1% oder 0,01% auf Mol-, Gewichts- oder Volumenbasis stehen kann. Der Begriff "überwiegend" kann der Definition von "reich" entsprechen. Flüssigkeiten und Gase können ferner angereichert oder abgereichert an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei sich diese Begriffe auf einen Gehalt in einer Ausgangsflüssigkeit oder einem Ausgangsgas beziehen, aus der oder dem die Flüssigkeit oder das Gas gewonnen wurde. Die Flüssigkeit oder das Gas ist "angereichert", wenn diese oder dieses zumindest den 1 ,1 -fachen, 1 ,5-fachen, 2-fachen, 5-fachen, 10-fachen 100-fachen oder 1.000-fachen Gehalt, und "abgereichert", wenn diese oder dieses höchstens den 0,9-fachen, 0,5- fachen, 0,1 -fachen, 0,01 -fachen oder 0,001 -fachen Gehalt einer entsprechenden Komponente, bezogen auf die Ausgangsflüssigkeit oder das Ausgangsgas enthält. Ist hier beispielsweise von "Sauerstoff" oder "Stickstoff" 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.
Luftzerlegungsanlagen können, wie erwähnt, je nach den zu liefernden Luftprodukten und deren geforderten Aggregat- und Druckzuständen unterschiedlich ausgestaltet werden. So ist zur Bereitstellung von gasförmigen Druckprodukten die sogenannte Innenverdichtung bekannt. Bei dieser wird dem Rektifikationskolonnensystem eine tiefkalte Flüssigkeit entnommen, in flüssigem Zustand einer Druckerhöhung unterworfen, und durch Erwärmen in den gasförmigen oder überkritischen Zustand überführt. Beispielsweise können auf diese Weise innenverdichteter gasförmiger Sauerstoff, innenverdichteter gasförmiger Stickstoff oder innenverdichtetes gasförmiges Argon erzeugt werden. Die Innenverdichtung bietet eine Reihe von Vorteilen gegenüber einer alternativ ebenfalls möglichen externen Verdichtung und ist z.B. bei Häring (s.o.), Abschnitt 2.2.5.2, "Internal Compression", erläutert.
Merkmale und Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren und eine Anlage zur Bereitstellung von Druckstickstoff in der oben erwähnten Single-Column-Single-Condenser-Konfiguration vor, bei dem bzw. der bei guter Effizienz bis zu 100% des gesamten bereitzustellenden Druckstickstoff per Innenverdichtung auf Drücke von 60 bar (abs.) bis 150 bar (abs.) verdichtet werden kann. Optional kann jedoch auch eine Double-Column-Double- Condenser-Konfiguration zum Einsatz kommen, wie sie oben ebenfalls erläutert wurde.
Um die dazu erforderlichen großen Mengen an Flüssigstickstoff der verwendeten Rektifikationskolonne entnehmen zu können, wird gasförmiger Stickstoff aus der verwendeten Rektifikationskolonne weiter verdichtet und im Hauptwärmetauscher verflüssigt, wobei in besonders vorteilhafter Weise verfügbare Kombimaschinen eingesetzt werden können.
Die Erfindung schlägt insgesamt ein Verfahren zur Herstellung eines Druckstickstoffprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft vor, bei dem eine Luftzerlegungsanlage mit einem Hauptwärmetauscher und einer Rektifikationskolonne mit einem Kopfkondensator verwendet wird. Der Kopfkondensator kann als Bad-, Kaskaden- oder Forced-Flow-Kondensator ausgebildet sein, wie erläutert.
Insbesondere bei Verwendung einer Einzelsäule (d.h. die Rektifikationskolonne stellt die einzige Rektifikationskolonne dar) ist das Verfahren investoptimiert, die im Kopfgas des Kondensators enthaltene Druckenergie wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere in einer Restgasturbine genutzt.
In der Rektifikationskolonne werden unter Verwendung von in die Rektifikationskolonne eingespeister und in dem Flauptwärmetauscher abgekühlter Druckluft auf einem Druck in einem ersten Druckbereich ein Kopfgas und eine Sumpfflüssigkeit gebildet, wie grundsätzlich bekannt.
In dem Kopfkondensator wird ein erster Teil des Kopfgases unter Erhalt eines ersten Kondensats auf einem Druck in dem ersten Druckbereich kondensiert und zumindest ein Teil der Sumpfflüssigkeit auf einem Druck in einem zweiten Druckbereich unterhalb des ersten Druckbereichs verdampft, wie ebenfalls insbesondere für die erwähnten Single-Column-Single-Condenser- und Double-Column-Double-Condenser- Konfigurationen bekannt.
Aus einem oberen Bereich der Rektifikationskolonne wird stickstoffreiche Flüssigkeit in einer Produktmenge auf einem Druck in dem ersten Druckbereich entnommen, einer Innenverdichtung unterworfen und zur Bereitstellung des Druckstickstoffprodukts verwendet. Die stickstoffreiche Flüssigkeit wird dabei bei der Innenverdichtung in flüssigem Zustand einer Druckerhöhung auf einen Druck in einem dritten Druckbereich von 50 bis 110 bar Absolutdruck unterworfen und in dem Flauptwärmetauscher in den überkritischen Zustand überführt, so dass die eingangs erwähnten Druckanforderungen durch den Einsatz der vorliegenden Erfindung erfüllt werden können.
Ein zweiter Teil des Kopfgases wird erfindungsgemäß in einer Rückspeisemenge in dem Flauptwärmetauscher erwärmt, warmseitig des Hauptwärmetauschers einer Verdichtung auf einen Druck in einem vierten Druckbereich unterworfen, in dem Hauptwärmetauscher unter Erhalt eines zweiten Kondensats kondensiert, und in die Rektifikationskolonne zurückgespeist. Erfindungsgemäß liegt der Druck in dem dritten Druckbereich um mindestens den Faktor 1 ,5, insbesondere um mindestens den Faktor 1 ,6 und bis zum Faktor 2 höher als der Druck in dem vierten Druckbereich und ein Mengenverhältnis zwischen der Rückspeisemenge und der Produktmenge beträgt 2:1 bis 1 ,3:1.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Innenverdichtung von Stickstoff (in der Produktmenge) gegen Stickstoff (in der Rückführmenge) erscheint ohne Kenntnis der vorliegenden Erfindung wenig sinnvoll, da gasförmiger Stickstoff grundsätzlich bequem in einem Außenverdichter verdichtet werden kann. Hier besteht ein deutlicher Unterschied gegenüber Sauerstoff, wo bei der Innenverdichtung ein teurer Sauerstoffverdichter durch einen günstigen Booster (BAC) ersetzt wird. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind daher nicht naheliegend. Steigen die Innenverdichtungsdrücke des gasförmigen Stickstoffs jedoch an (insbesondere auf mehr als 70 bar) und ist zugleich die Menge eher gering (beispielsweise weniger als 20,000 Normkubikmeter pro Stunde, so wird die Außenverdichtung zunehmend aufwendig und teuer, da hierbei Kolbenverdichter zum Einsatz kommen müssen. Die Erfindung betrifft insbesondere solche Fälle. Wie erfindungsgemäß erkannt wurde, kann gerade in dieser Konstellation die Innenverdichtung von Stickstoff gegen Stickstoff Vorteile bieten, die sich ausgehend von anderen Verfahren nicht ergeben und hier auch nicht zu erwarten sind.
Durch die vorliegende Erfindung wird gewissermaßen ein "verfahrenstechnisches Getriebe" geschaffen. Der für den zweiten Anteil des Kopfgases verwendete Verdichter, oder entsprechende Verdichterstufen, verdichtet bzw. verdichten eine große Menge an Druckstickstoff auf vergleichsweise geringem Druck und treibt somit die Innenverdichtung einer kleinen Menge an Flüssigstickstoff unter hohem Druck. Die Analogie in einem Getriebe entspricht einer hohen Drehzahl bei kleinem Drehmoment, die in eine niedrige Drehzahl bei hohem Drehmoment gewandelt wird. Die Kombination aus großer Menge und kleinem Druck ermöglicht die Ausführung des entsprechenden Verdichters bzw. der Verdichterstufen als Turboverdichter(stufen), was Vorteile im Bereich Investitionskosten, Wirkungsgrad, Teillastverhalten und Wartung mit sich bringt. Auf die eingangs erwähnten Kolbenverdichter kann verzichtet werden.
Der erste Druckbereich, in dem der Betriebsdruck der Rektifikationskolonne liegt, kann insbesondere bei 7 bis 15 bar (abs.) liegen, beispielsweise bei ca. 10,5 bar (abs.). Die zur Speisung der Rektifikationskolonne kann dabei auf einen Druck in einem Druckbereich oberhalb hiervon liegen, der sich nach der spezifischen Ausgestaltung richtet. Der zweite Druckbereich, in dem der Verdampfungsdruck in dem Kopfkondensator liegt, kann insbesondere bei 3 bis 7 bar (abs.), insbesondere bei ca. 5,6 bar (abs.) liegen. Der vierte Druckbereich, in dem der Druck liegt, auf den der zweite Teil des Kopfgases verdichtet wird, liegt insbesondere bei 30 bis 70 bar (abs.), beispielsweise ca. 36 bar (abs.).
Ein Mengenverhältnis zwischen dem zweiten Teil des Kopfgases, das entsprechend behandelt wird, also der Rückspeisemenge und der der Innenverdichtung unterworfenen stickstoffreichen Flüssigkeit, also der Produktmenge kann insbesondere in einem Bereich von 2:1 bis 1 ,5:1 oder von 1 ,5:1 bis 1 ,3:1 liegen, jeweils bezogen auf normierte Massenströme.
Bei Bedarf kann auch Druckstickstoff auf einem Druckbereich unterhalb des dritten Druckbereichs entnommen werden, und zwar in Form des Kopfgases vor oder nach der Verdichtung auf den Druck in dem dritten Druckbereich, d.h. auf dem Druck in dem ersten oder dem dritten Druckbereich.
Zumindest ein Teil des ersten Kondensats kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung in die Rektifikationskolonne zurückgespeist und/oder zur Bereitstellung eines Flüssigstickstoffprodukts verwendet werden, falls erforderlich.
Bei der Verdampfung zumindest eines Teils der Sumpfflüssigkeit in dem Kopfkondensator kann eine Gasphase gebildet werden, die zumindest zu einem Teil zur Bildung eines Restgasstroms verwendet wird, wobei der Restgasstrom auf dem Druck in dem zweiten Druckbereich einer ersten Erwärmung in dem Hauptwärmetauscher unterworfen, danach einer Entspannung auf einen Druck in einem fünften Druckbereich in einer Boosterturbinenanordnung unterworfen, und danach auf dem Druck in dem fünften Druckbereich einer zweiten Erwärmung in dem Hauptwärmetauscher unterworfen werden kann.
Hierbei kann insbesondere eine Restgasturbine zur Deckung der Kältebilanz zum Einsatz kommen, wobei die Restgasturbine booster-, öl- oder generatorgebremst ausgeführt werden kann. Die Restgasturbine kann selbstgeboostert sein, oder von einem Booster gebremst werden, der den zuvor verdichteten zweiten Teil des Kopfgases weiter verdichtet, bevor dieser im Hauptwärmetauscher verflüssigt wird.
Mit anderen Worten kann dem der Restgasstrom in der Ausgestaltung mit einer selbstgeboosterten Restgasturbine nach der ersten Erwärmung einer Verdichtung auf einen Druck in einem sechsten Druckbereich in der Boosterturbinenanordnung unterworfen werden, danach auf dem Druck in dem sechsten Druckbereich einer Zwischenabkühlung in dem Hauptwärmetauscher unterworfen werden, und danach der Entspannung auf den Druck in dem fünften Druckbereich in der Boosterturbinenanordnung unterworfen werden, und danach der zweiten Erwärmung unterworfen werden.
Alternativ zu der zuletzt erläuterten Ausgestaltung kann aber auch insbesondere der zweite Teil des Kopfgases nach der Verdichtung warmseitig des Hauptwärmetauschers auf den Druck in dem vierten Druckbereich und vor der Kondensation in dem Hauptwärmetauscher einer weiteren Verdichtung in der Boosterturbinenanordnung auf einen Druck in einem siebten Druckbereich unterworfen werden. Der siebte Druckbereich kann insbesondere bei 40 bis 70 bar (abs.), beispielsweise bei ca. 48 bar (abs.) liegen.
Der der zweite Teil des Kopfgases kann in der soeben erläuterten Ausgestaltung nach der weiteren Verdichtung in der Boosterturbinenanordnung auf den Druck in dem siebten Druckbereich und vor der Kondensation in dem Hauptwärmetauscher aber auch einer (nochmals) weiteren Verdichtung in einer weiteren
Boosterturbinenanordnung auf einen Druck in einem achten Druckbereich unterworfen wird. Durch die zweifache Weiterverdichtung des zweiten Teils des Kopfgases kann der erste dabei verwendete Verdichter mit weniger Stufen ausgeführt werden, was die Baubarkeit insbesondere in Kombination mit dem Hauptluftverdichter verbessert.
In dieser Ausgestaltung kann die weitere Boosterturbinenanordnung (bzw. deren Booster) als Warm- oder Kaltbooster zum Einsatz kommen. Der zweite Teil des Kopfgases kann also insbesondere nach der weiteren Verdichtung in der Boosterturbinenanordnung auf den Druck in dem siebten Druckbereich und vor der weiteren Verdichtung in der weiteren Boosterturbinenanordnung auf den Druck in dem achten Druckbereich einer Abkühlung auf eine Temperatur in einem Temperaturbereich von 0 bis -170 °C unterworfen werden.
Bei einer Verdichtung der Druckluft auf höhere Werte als sie in dem ersten Druckbereich vorliegen, beispielsweise auf einen Druck in einem Druckbereich von 15 bis 25 bar (abs.), insbesondere 16 bis 24 bar (abs.) kann die Druckluft dem Hauptwärmetauscher auf einer Temperatur in einem ersten
Zwischentemperaturbereich entnommen, in der weiteren Boosterturbinenanordnung auf einen Druck in einem zehnten Druckbereich entspannt, dem Hauptwärmetauscher auf einer Temperatur in einem zweiten Zwischentemperaturbereich wieder zugeführt, und in dem Hauptwärmetauscher weiter abgekühlt werden. Eine entsprechende Ausgestaltung kann alternativ auch eine Verwendung einer öl- oder generatorgebremsten Turbine anstelle der weiteren Boosterturbinenanordnung für die Entspannung der Druckluft umfassen.
Je nach Bedarf können auch eine weitere Turbinen zum Einsatz kommen. Der Hauptwärmetauscher kann auch in mehreren Teilen (z.B. eingerichtet für höhere und niedrigere Drücke) bereitgestellt sein, beispielsweise um Anforderungen an Designdrücke, Thermospannungen und dergleichen zu erfüllen.
Die in die Rektifikationskolonne eingespeiste und in dem Hauptwärmetauscher abgekühlte Druckluft kann auch nur einen Teil einer verdichteten Gesamtluftmenge darstellen, wobei ein weiterer Teil der verdichteten Gesamtluftmenge in dem Hauptwärmetauscher abgekühlt, einer Entspannung auf einen Druck in einem neunten, insbesondere leicht überatmosphärischen Druckbereich von beispielsweise 1 ,1 bis 1 ,5 bar (abs.) unterworfen, in dem Hauptwärmetauscher auf dem Druck in dem neunten Druckbereich erwärmt und aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet werden kann.
Dies entspricht der an sich bekannten Verwendung eines Überschussluftstroms bzw. einer entsprechenden Turbine (Excess Air Turbine).
Wie mehrfach erwähnt, können zur Bereitstellung der Druckluft eine oder mehrere erste Verdichterstufen verwendet werden, und bei zur Verdichtung des zweiten Teils des Kopfgases warmseitig des Hauptwärmetauschers können eine oder mehrere (insbesondere zwei oder drei) zweite Verdichterstufen verwendet werden, wobei die eine oder die mehreren ersten und die eine oder die mehreren zweiten Verdichterstufen in einem gemeinsamen Verdichter bereitgestellt sind. Der zweite Anteil des Kopfgases kann - bei Kälteüberschuss - 5 bis 35 °C kälter als die übrigen Ströme zu der oder den Verdichterstufen gefahren werden.
Zu den Merkmalen der erfindungsgemäß ebenfalls vorgeschlagenen Anlage sei auf den entsprechenden unabhängigen Patentanspruch ausdrücklich verwiesen. Diese Anlage ist insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens eingerichtet, wie es zuvor in Ausgestaltungen erläutert wurde. Auf die obigen Erläuterungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens und seiner vorteilhaften Ausgestaltungen sei daher ausdrücklich verwiesen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, die die bevorzugten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figuren 1 bis 5 zeigen Anlagen gemäß bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung in vereinfachter, schematischer Darstellung.
In den Figuren sind einander baulich und/oder funktional entsprechende Komponenten sowie identische oder vergleichbare Stoffströme mit identischen Bezugszeichen angegeben und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert. Erläuterungen bzgl. Verfahrensschritten beziehen sich auch auf entsprechende Vorrichtungen bzw. Komponenten von Anlagen und umgekehrt.
In Figur 1 ist eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung veranschaulicht und insgesamt mit 100 bezeichnet.
In der Luftzerlegungsanlage 100 wird Einsatzluft mittels eines Hauptluftverdichters 1 oder einer oder mehrerer entsprechender Verdichterstufen angesaugt und auf einen Druck in einem Druckbereich von 7 bis 15 bar (abs.), beispielsweise ca. 11 bar (abs.) verdichtet. Ein auf diese Weise gebildeter Druckluftstrom wird in einem warmen Teil 2 der Luftzerlegungsanlage 100, der an sich bekannte Komponenten aufweisen kann und insbesondere mit einer Vorreinigungseinheit 2.1 (Prepurification Unit, PPU) bekannter Art ausgestattet sein kann, unter Erhalt eines Druckluftstroms b konditioniert. Nach Aufteilung des Druckluftstroms b in zwei Teilströme c und d werden diese warmseitig einem Hauptwärmetauscher 3 der Luftzerlegungsanlage 100 zugeführt.
Der Teilstrom c wird dem Hauptwärmetauscher 3 der Luftzerlegungsanlage 100 auf einer Zwischentemperatur entnommen und in einer Turbinenanordnung 4 mit einer beispielsweise ölgebremsten Entspannungsturbine entspannt. Der Teilstrom c wird danach in dem Hauptwärmetauscher 3 erwärmt und beispielsweise an die Atmosphäre abgegeben (sogenannte Überschussluft). Der Teilstrom d wird dem Hauptwärmetauscher 3 der Luftzerlegungsanlage 100 kaltseitig entnommen und in eine Rektifikationskolonne 5 eingespeist, in welcher unter Verwendung der eingespeisten Luft ein Kopfgas und eine Sumpfflüssigkeit gebildet werden. Die Rektifikationskolonne 5 wird dabei insbesondere am Kopf auf einem Druck in einem Druckbereich betrieben, der bis auf Druckverluste jenem des Druckluftstroms a entspricht, beispielsweise bei ca. 10,5 bar (abs.).
Das Kopfgas wird aus der Rektifikationskolonne 5 in Form eines Stoffstroms e abgezogen. Ein Teilstrom f des Stoffstroms e wird in einem Kopfkondensator 5.1 der Rektifikationskolonne 5 kondensiert und, wiederum in Anteilen, in Form eines Stoffstroms g zur Bildung eines Rücklaufstroms h auf die Rektifikationskolonne 5 verwendet und in Form eines Stoffstroms i optional in einem ggf. bereitgestellten Unterkühler 6 unterkühlt und als Flüssigstickstoffprodukt bereitgestellt. Ein weiterer Teil des Kopfgases des Stoffstroms e wird in Form eines Stoffstroms k in dem Hauptwärmetauscher 3 erwärmt.
Ein Teil des erwärmten Stoffstroms kwird in Form eines Stoffstroms I in einem Verdichter 7 bzw. einer oder mehreren Verdichterstufen, die auch mit der oder den Verdichterstufen des Hauptluftverdichters 1 in einer gemeinsamen Maschine verbaut sein können, rückverdichtet. Die Rückverdichtung kann beispielsweise auf einen Druck in einem Druckbereich von 40 bis 70 bar (abs.), beispielsweise ca. 44 bar (abs.) erfolgen. Nach der Rückverdichtung wird der Stoffstrom I in dem Hauptwärmetauscher 3 wieder abgekühlt und dabei kondensiert, an einem Drosselventil 8 entspannt, und zur Bildung des bereits erwähnten Rücklaufstroms h verwendet. In dem Kopfkondensator 5.1 der Rektifikationskolonne 5 wird Sumpfflüssigkeit der Rektifikationskolonne 5, die dieser in Form eines Stoffstroms m entnommen, in einem Unterkühler 9 unterkühlt, und an einem Drosselventil 10 entspannt wird, verdampft. Zur Vermeidung der Anreicherung schwerer flüchtiger Komponenten wird aus dem Kopfkondensator 5.1 der Rektifikationskolonne 5 ein Purgestrom n entnommen. Restgas, das durch die Verdampfung der Sumpfflüssigkeit der Rektifikationskolonne 5 gebildet wird, wird gasförmig in Form eines Stoffstroms o aus dem Kopfkondensator 5.1 ausgeführt und durch die Unterkühler 6 (falls vorhanden) und 9 geführt. Die Entnahme erfolgt auf einem Druck in einem Druckbereich, auf dem auch die Sumpfflüssigkeit der Rektifikationskolonne 5 in dem Kopfkondensator 5.1 verdampft wird, insbesondere bei 3 bis 6 bar (abs.), beispielsweise bei ca. 5,6 bar (abs.).
Nach einer weiteren Erwärmung in dem Hauptwärmetauscher 3 wird der Stoffstrom o sodann in einer Boosterturbinenanordnung 11 auf einen höheren Druck gebracht, dem Hauptwärmetauscher 3 warmseitig wieder zugeführt, diesem auf einer Zwischentemperatur entnommen, in der Boosterturbinenanordnung 11 entspannt, in dem Hauptwärmetauscher 3 vollständig erwärmt, und aus der Luftzerlegungsanlage 100 ausgeleitet bzw. in der Vorreinigungseinheit 2.1 in bekannter Weise als Regeneriergas verwendet.
Flüssigstickstoff wird der Rektifikationskolonne 5 in Form eines Flüssigstickstoffstroms p entnommen, in einer Innenverdichtungspumpe 12 flüssig auf Druck gebracht, in dem Hauptwärmetauscher 3 erwärmt und als Druckstickstoffprodukt aus der Luftzerlegungsanlage (100) ausgeleitet wird.
In Figur 2 ist eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung veranschaulicht und insgesamt mit 200 bezeichnet.
Im Unterschied zu der Luftzerlegungsanlage 100 gemäß Figur 1 ist in der Luftzerlegungsanlage 200 gemäß Figur 2 keine Entnahme von Flüssigstickstoff in Form des Stoffstroms i vorgesehen. Ferner erfolgt hier keine Bildung des Stoffstroms c und dessen Verwendung als Überschussluftstrom. Vielmehr wird in der Luftzerlegungsanlage 200 gemäß Figur 2 der gesamte Stoffstrom b, wie zuvor für den Stoffstrom d in der Luftzerlegungsanlage 100 gemäß Figur 1 beschrieben, in die Rektifikationskolonne 5 eingespeist. In Figur 3 ist eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung veranschaulicht und insgesamt mit 300 bezeichnet.
Im Unterschied zu der Luftzerlegungsanlage 100 gemäß Figur 1 und der Luftzerlegungsanlage 200 gemäß Figur 2 wird in der Luftzerlegungsanlage 300 gemäß Figur 3 der Stoffstrom I nach seiner Verdichtung in dem Verdichter 7 bzw. den entsprechenden Verdichterstufen anstelle des Stoffstroms o in der Boosterturbinenanordnung 11 auf einen nochmals höheren Druck gebracht, wohingegen der Stoffstrom o keine derartige Druckerhöhung erfährt. Der Stoffstrom o wird lediglich in dem Flauptwärmetauscher 3 auf eine Zwischentemperatur erwärmt, danach in der Boosterturbinenanordnung 11 entspannt und danach in dem Flauptwärmetauscher 3 vollständig erwärmt.
Ansonsten kann die Luftzerlegungsanlage 300 gemäß Figur 3 im Wesentlichen der Luftzerlegungsanlage 200 gemäß Figur 2 entsprechen.
In Figur 4 ist eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung veranschaulicht und insgesamt mit 400 bezeichnet.
Im Unterschied zu der Luftzerlegungsanlage 300 gemäß Figur 3 wird in der Luftzerlegungsanlage 400 gemäß Figur 4 eine weitere Boosterturbinenanordnung 13 verwendet, in der der Stoffstrom I nach seiner Verdichtung in der Boosterturbinenanordnung 11 auf einen nochmals höheren Druck gebracht wird. Die weitere Boosterturbinenanordnung 13 wird durch den hier wie in der Luftzerlegungsanlage 200 gemäß Figur 2 und in der Luftzerlegungsanlage 300 gemäß Figur 3 bereitgestellten Stoffstrom b angetrieben. Der Stoffstrom b wird dabei in dem Flauptwärmetauscher 3 auf eine Zwischentemperatur abgekühlt, danach in der weiteren Boosterturbinenanordnung 13 entspannt und nach Rückspeisung in den Flauptwärmetauscher 3 auf einer weiteren Zwischentemperatur weiter abgekühlt.
In Figur 5 ist eine Luftzerlegungsanlage gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung veranschaulicht und insgesamt mit 500 bezeichnet. Im Unterschied zu der Luftzerlegungsanlage 400 gemäß Figur 4 wird in der Luftzerlegungsanlage 500 gemäß Figur 5 der Booster der weiteren Boosterturbinenanordnung 13 als Kaltbooster betrieben. Der Stoffstrom I wird dazu (siehe auch Verknüpfungspunkt L) nach seiner Verdichtung in der Boosterturbinenanordnung 11 und vor der weiteren Verdichtung in der weiteren Boosterturbinenanordnung 13 in dem Flauptwärmetauscher 3 weiter abgekühlt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Druckstickstoffprodukts durch
Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei dem eine Luftzerlegungsanlage (100-500) mit einem Hauptwärmetauscher (3) und einer Rektifikationskolonne (5) mit einem
Kopfkondensator (5.1) verwendet wird, wobei
- in der Rektifikationskolonne (5) unter Verwendung von in die Rektifikationskolonne (5) eingespeister und in dem Hauptwärmetauscher (3) abgekühlter Druckluft auf einem Druck in einem ersten Druckbereich ein Kopfgas und eine Sumpfflüssigkeit gebildet werden, in dem Kopfkondensator (5.1) ein erster Teil des Kopfgases unter Erhalt eines ersten Kondensats auf einem Druck in dem ersten Druckbereich kondensiert und zumindest ein Teil der Sumpfflüssigkeit auf einem Druck in einem zweiten Druckbereich unterhalb des ersten Druckbereichs verdampft wird,
- aus einem oberen Bereich der Rektifikationskolonne (5) stickstoffreiche Flüssigkeit in einer Produktmenge auf einem Druck in dem ersten Druckbereich entnommen, einer Innenverdichtung unterworfen, und zur Bereitstellung des Druckstickstoffprodukts verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass
- die stickstoffreiche Flüssigkeit bei der Innenverdichtung in flüssigem Zustand einer Druckerhöhung auf einen Druck in einem dritten Druckbereich von 50 bis 110 bar Absolutdruck unterworfen und in dem Hauptwärmetauscher (3) in den überkritischen Zustand überführt wird,
- ein zweiter Teil des Kopfgases in einer Rückspeisemenge in dem Hauptwärmetauscher (3) erwärmt, warmseitig des Hauptwärmetauschers (3) einer Verdichtung auf einen Druck in einem vierten Druckbereich unterworfen, in dem Hauptwärmetauscher (3) unter Erhalt eines zweiten Kondensats kondensiert, und in die Rektifikationskolonne (5) zurückgespeist wird, und der Druck in dem dritten Druckbereich um mindestens den Faktor 1 ,5 höher als der Druck in dem vierten Druckbereich liegt und ein Mengenverhältnis zwischen der Rückspeisemenge und der Produktmenge 2:1 bis 1 ,3:1 beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem Teile des ersten Kondensats in die Rektifikationskolonne (5) zurückgespeist und zur Bereitstellung eines Flüssigstickstoffprodukts verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem bei der Verdampfung zumindest eines Teils der Sumpfflüssigkeit in dem Kopfkondensator (5.1) eine Gasphase gebildet wird, die zumindest zu einem Teil zur Bildung eines Restgasstroms verwendet wird, wobei der Restgasstrom auf dem Druck in dem zweiten Druckbereich einer ersten Erwärmung in dem Hauptwärmetauscher (3) unterworfen wird, danach einer Entspannung auf einen Druck in einem fünften Druckbereich in einer Boosterturbinenanordnung (11) unterworfen wird, und danach auf dem Druck in dem fünften Druckbereich einer zweiten Erwärmung in dem Hauptwärmetauscher (3) unterworfen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Restgasstrom nach der ersten Erwärmung einer Verdichtung auf einen Druck in einem sechsten Druckbereich in der Boosterturbinenanordnung (11) unterworfen wird, danach auf dem Druck in dem sechsten Druckbereich einer Zwischenabkühlung in dem Hauptwärmetauscher (3) unterworfen wird, danach der Entspannung auf den Druck in dem fünften Druckbereich in der Boosterturbinenanordnung (11) unterworfen wird, und danach der zweiten Erwärmung unterworfen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der zweite Teil des Kopfgases nach der Verdichtung warmseitig des Hauptwärmetauschers (3) auf den Druck in dem vierten Druckbereich und vor der Kondensation in dem Hauptwärmetauscher (3) einer weiteren Verdichtung in der Boosterturbinenanordnung (11) auf einen Druck in einem siebten Druckbereich unterworfen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der zweite Teil des Kopfgases nach der weiteren Verdichtung in der Boosterturbinenanordnung (11) auf den Druck in dem siebten Druckbereich und vor der Kondensation in dem Hauptwärmetauscher (3) einer weiteren Verdichtung in einer weiteren Boosterturbinenanordnung (13) auf einen Druck in einem achten Druckbereich unterworfen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der zweite Teil des Kopfgases nach der weiteren Verdichtung in der Boosterturbinenanordnung (11) auf den Druck in dem siebten Druckbereich und vor der weiteren Verdichtung in der weiteren Boosterturbinenanordnung (13) auf den Druck in dem achten Druckbereich einer Abkühlung auf eine Temperatur in einem Temperaturbereich von 0 bis -150 °C unterworfen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Druckluft dem Hauptwärmetauscher (3) auf einer Temperatur in einem ersten Zwischentemperaturbereich entnommen, in der weiteren Boosterturbinenanordnung (13) auf einen Druck in einem zehnten Druckbereich entspannt, dem Hauptwärmetauscher (3) auf einer Temperatur in einem zweiten Zwischentemperaturbereich wieder zugeführt, und in dem Hauptwärmetauscher (3) weiter abgekühlt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die in die Rektifikationskolonne (5) eingespeiste und in dem Hauptwärmetauscher (3) abgekühlte Druckluft ein Teil einer verdichteten Gesamtluftmenge ist, wobei ein weiterer Teil der verdichteten Gesamtluftmenge in dem Hauptwärmetauscher (3) abgekühlt, einer Entspannung auf einen Druck in einem neunten Druckbereich unterworfen, in dem Hauptwärmetauscher (3) auf dem Druck in dem neunten Druckbereich erwärmt und aus der Luftzerlegungsanlage (100) ausgeleitet wird.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein zur Bereitstellung der Druckluft eine oder mehrere erste Verdichterstufen verwendet werden, und bei dem zur Verdichtung des zweiten Teils des Kopfgases warmseitig des Hauptwärmetauschers (3) eine oder mehrere zweite Verdichterstufen verwendet werden, wobei die eine oder die mehreren ersten und die eine oder die mehreren zweiten Verdichterstufen in einem gemeinsamen Verdichter bereitgestellt sind.
11. Luftzerlegungsanlage (100-500) zur Herstellung eines Druckstickstoffprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft, die einen Hauptwärmetauscher (3) und eine Rektifikationskolonne (5) mit einem Kopfkondensator (5.1) aufweist, wobei die
Luftzerlegungsanlage (100-500) dazu eingerichtet ist,
- in der Rektifikationskolonne (5) unter Verwendung von in die Rektifikationskolonne (5) eingespeister und in dem Hauptwärmetauscher (3) abgekühlter Druckluft auf einem Druck in einem ersten Druckbereich ein Kopfgas und eine Sumpfflüssigkeit zu bilden, in dem Kopfkondensator (5.1) einen ersten Teil des Kopfgases unter Erhalt eines ersten Kondensats auf einem Druck in dem ersten Druckbereich zu kondensieren und zumindest einen Teil der Sumpfflüssigkeit auf einem Druck in einem zweiten Druckbereich, der unterhalb des ersten Druckbereichs liegt, zu verdampfen,
- aus einem oberen Bereich der Rektifikationskolonne (5) in einer Produktmenge stickstoffreiche Flüssigkeit auf einem Druck in dem ersten Druckbereich zu entnehmen, einer Innenverdichtung zu unterwerfen, und zur Bereitstellung des Druckstickstoffprodukts zu verwenden, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Luftzerlegungsanlage (100-500) dazu eingerichtet ist, die stickstoffreiche Flüssigkeit bei der Innenverdichtung in flüssigem Zustand einer Druckerhöhung auf einen Druck in einem dritten Druckbereich von 50 bis 110 bar Absolutdruck zu unterwerfen und in dem Hauptwärmetauscher (3) in den überkritischen Zustand zu überführen,
- die Luftzerlegungsanlage (100-500) dazu eingerichtet ist, einen zweiten Teil des Kopfgases in einer Rückspeisemenge in dem Hauptwärmetauscher (3) zu erwärmen, warmseitig des Hauptwärmetauschers (3) einer Verdichtung auf einen Druck in einem vierten Druckbereich zu unterwerfen, in dem Hauptwärmetauscher (3) unter Erhalt eines zweiten Kondensats zu kondensieren, und danach in die Rektifikationskolonne (5) zurückzuspeisen, und der Druck in dem dritten Druckbereich um mindestens den Faktor 1 ,5 höher als der Druck in dem vierten Druckbereich liegt und ein Mengenverhältnis zwischen der Rückspeisemenge und der Produktmenge 2:1 bis 1 ,3:1 beträgt.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB870349A (en) 1957-11-14 1961-06-14 Joy Mfg Co Method and apparatus for the separation of gas mixtures
JPS6237675A (ja) * 1985-08-12 1987-02-18 株式会社神戸製鋼所 窒素発生装置
US5303556A (en) 1993-01-21 1994-04-19 Praxair Technology, Inc. Single column cryogenic rectification system for producing nitrogen gas at elevated pressure and high purity
EP1314941A2 (de) * 2001-11-23 2003-05-28 Messer AGS GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Stickstoff aus Luft
WO2015014485A2 (de) * 2013-08-02 2015-02-05 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von druckstickstoff
EP3521739A1 (de) 2018-02-02 2019-08-07 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von druckstickstoff durch tieftemperaturzerlegung von luft

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB870349A (en) 1957-11-14 1961-06-14 Joy Mfg Co Method and apparatus for the separation of gas mixtures
JPS6237675A (ja) * 1985-08-12 1987-02-18 株式会社神戸製鋼所 窒素発生装置
US5303556A (en) 1993-01-21 1994-04-19 Praxair Technology, Inc. Single column cryogenic rectification system for producing nitrogen gas at elevated pressure and high purity
EP1314941A2 (de) * 2001-11-23 2003-05-28 Messer AGS GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Stickstoff aus Luft
WO2015014485A2 (de) * 2013-08-02 2015-02-05 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von druckstickstoff
EP3521739A1 (de) 2018-02-02 2019-08-07 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von druckstickstoff durch tieftemperaturzerlegung von luft

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Industrial Gases Processing", 2006, WILEY-VCH
"METHOD FOR HIGH PRESSURE OXYGEN PRODUCTION", RESEARCH DISCLOSURE, KENNETH MASON PUBLICATIONS, HAMPSHIRE, UK, GB, no. 450, 1 October 2001 (2001-10-01), pages 1676 - 1678, XP001100122, ISSN: 0374-4353 *
ANONYMOUS ED - DARL KUHN: "Process And Apparatus For The Production Of Gaseous and Liquid Nitrogen", IP.COM, IP.COM INC., WEST HENRIETTA, NY, US, 30 June 2003 (2003-06-30), XP013010332, ISSN: 1533-0001 *
PERCIN DE G: "LA PRODUCTION D'OXYGENE SOUS PRESSION//PRODUCTION OF OXYGEN UNDER PRESSURE", BULLETIN DE L'INSTITUT INTERNATIONAL DU FROID, INSTITUT INTERNATIONAL DU FROID. PARIS, FR, 1 January 1955 (1955-01-01), pages 27 - 37, XP009057405, ISSN: 0020-6970 *

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