DE10000017A1 - Process for recovery of krypton and/or xenon comprises removing oxygen-enriched fraction from the pressure column at an intermediate point - Google Patents
Process for recovery of krypton and/or xenon comprises removing oxygen-enriched fraction from the pressure column at an intermediate pointInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Krypton und/oder Xenon durch Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Bei dem Verfahren wird eine krypton- und xenonhaltige Fraktion, die aus einem Rektifiziersystem zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, in einer Austauschsäule in direkten Gegenstrom mit einem Inertgas gebracht, um im unteren Bereich dieser Säule ein an Krypton und/oder Xenon angereichertes und sauerstoffarmes Gemisch zu erzeugen.The invention relates to a method for obtaining krypton and / or xenon by Cryogenic decomposition of air according to the preamble of claim 1 The process is a krypton- and xenon-containing fraction, which from a Rectification system for nitrogen-oxygen separation, in an exchange column in brought direct countercurrent with an inert gas to the bottom of this column a mixture enriched with krypton and / or xenon and low in oxygen produce.
Ein derartiger Prozeß ist beispielsweise aus Streich, Daimer, Gewinnung von Edelgasen in Luft- und Ammoniakanlagen, Linde-Berichte aus Technik und Wissenschaft, 37/1975, 10-14, aus DE 11 22 088 B, US 4401448 oder EP 218741 A bekannt. Bei diesen Verfahren wird Argon oder Stickstoff als Inertgas verwendet. Das krypton- und xenonangereicherte Gemisch, das die Austauschsäule als Sumpfprodukt verläßt, weist nicht nur einen erhöhten Gehalt an diesen relativ schwerflüchtigen Komponenten auf, sondern ist außerdem praktisch frei von Sauerstoff. Weitere Verfahren und Vorrichtungen zur Krypton- und/oder Xenongewinnung sind aus der deutschen Patentanmeldung 198 23 526 und der dazu korrespondierenden internationalen Patentanmeldung PCT/EP99/03079 sowie aus der deutschen Patentanmeldung 198 55 487 und den dazu korrespondierenden Patentanmeldungen in weiteren Ländern (z. B. europäische Patentanmeldung 99102628) bekannt.Such a process is, for example, from Streich, Daimer, extraction of Noble gases in air and ammonia plants, Linde reports from technology and Wissenschaft, 37/1975, 10-14, from DE 11 22 088 B, US 4401448 or EP 218741 A known. In these processes, argon or nitrogen is used as the inert gas. The Krypton and xenon enriched mixture, which the exchange column as a bottom product leaves, not only shows an increased content of this relatively low volatility Components, but is also practically free of oxygen. Further Methods and devices for krypton and / or xenon extraction are from the German patent application 198 23 526 and the corresponding one international patent application PCT / EP99 / 03079 and from German Patent application 198 55 487 and the corresponding patent applications in other countries (e.g. European patent application 99102628) are known.
Luftzerleger im engeren Sinne mit mindestens zwei Trennsäulen sind zum Beispiel aus Hausen/Linde, Tieftemperaturtechnik, 2. Auflage 1985, Kapitel 4 (Seiten 284 bis 340) bekannt. Bei dem Rektifiziersystem zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung kann es sich um ein Zweisäulensystem handeln, das lediglich eine Drucksäule und eine Niederdrucksäule aufweist, oder um ein Mehrsäulensystem mit weiteren Trennsäulen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung. In Hausen/Linde sind mehrere Beispiele für Zweisäulensysteme gezeigt (Seite 284, Bild 4.3. und verschiedene Beispiele in den Abschnitten 4.5.1 und 4.5.2). Das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechende Vorrichtung können bei Bedarf außerhalb des Rektifiziersystems zur Stickstoff- Sauerstoff-Trennung zusätzliche Trennsäulen zur Gewinnung von weiteren Luftbestandteilen aufweisen, etwa von Edelgasen wie Argon, Helium, Neon. Der Austauschsäule können weitere Säulen zur Auftrennung des krypton- und/oder xenonangereicherten Gemischs und/oder zur weiteren Reinigung des Krypton- und/oder Xenonprodukts nachgeschaltet sein. Die Erfindung ist auch auf ein Rektifiziersystem zur. Stickstoff-Sauerstoff-Trennung anwendbar, das als Einsäulensystem ausgebildet ist und eine Einzelsäule mit einem Kopfkondensator aufweist.Air separators in the narrower sense with at least two separation columns are, for example, out Hausen / Linde, low-temperature technology, 2nd edition 1985, chapter 4 (pages 284 to 340) known. The rectification system for nitrogen-oxygen separation can be act a two-column system that only one pressure column and one Has low pressure column, or around a multi-column system with other separation columns for nitrogen-oxygen separation. In Hausen / Linde there are several examples of Two-column systems shown (page 284, Figure 4.3. And various examples in the Sections 4.5.1 and 4.5.2). The method according to the invention and the corresponding one If necessary, the device can be used outside the rectification system for nitrogen Oxygen separation additional separation columns for the extraction of further Have air components, such as noble gases such as argon, helium, neon. The Exchange column can further columns to separate the krypton and / or xenon-enriched mixture and / or for further purification of the krypton and / or xenon product. The invention is also based on a Rectification system for. Nitrogen-oxygen separation applicable as One column system is formed and a single column with a top capacitor having.
Aus der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung DE 198 52 020 desselben Anmelders sowie aus der dazu korrespondierenden internationalen Anmeldung PCT/EP99/05678 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein krypton- und xenonhaltiges Gemisch aus der Drucksäule zunächst einer Reinigung - also einer konzentrationsverändernden Maßnahme - unterworfen wird, bevor es in eine Austauschsäule eingeleitet wird.From the unpublished patent application DE 198 52 020 the same Applicant and from the corresponding international application PCT / EP99 / 05678 a method is known in which a krypton and xenon containing Mixture from the pressure column first of all cleaning - one Concentration-changing measure - is subjected before it enters a Exchange column is initiated.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem Verfahren der eingangs genannten Art beziehungsweise einer entsprechenden Vorrichtung Krypton und/oder Xenon auf besonders wirtschaftliche Weise abzutrennen.The invention has for its object with a method of the beginning mentioned type or a corresponding device Krypton and / or To separate xenon in a particularly economical way.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die sauerstoffangereicherte Fraktion, die in die Niederdrucksäule (beziehungsweise in den Kopfkondensator der Einzelsäule) eingeleitet wird, der Drucksäule an einer Zwischenstelle entnommen wird, die mindestens einen theoretischen oder praktischen Boden oberhalb der Stelle angeordnet ist, an der verdichtete und vorgereinigte Einsatzluft der Drucksäule zugespeist wird, und daß die krypton- und xenonhaltige Fraktion mindestens einen theoretischen oder praktischen Boden unterhalb dieser Zwischenstelle aus der Drucksäule entnommen wird.This object is achieved in that the oxygen-enriched fraction which is in the Low pressure column (or in the top condenser of the single column) is initiated, the pressure column is removed at an intermediate point which at least one theoretical or practical floor above the spot is arranged on the compressed and pre-cleaned feed air of the pressure column is fed, and that the krypton- and xenon-containing fraction at least one theoretical or practical ground below this intermediate point from the Pressure column is removed.
Der Stoffaustauschabschnitt zwischen der Stelle der Einsatzluftzufuhr (in der Regel am Sumpf der Drucksäule) und der Entnahme der sauerstoffangereicherten Fraktion ermöglicht ein weitgehend vollständiges Auswaschen der schwererflüchtigen Verunreinigungen, insbesondere von N2O, aus der Einsatzluft in den Sumpf der Drucksäule. Er wird entweder durch mindestens einen praktischen Boden oder durch einen Packungsabschnitt mit einer Trennwirkung von mindestens einem theoretischen Boden gebildet. Vorzugsweise befinden sich 1 bis 10, höchst vorzugsweise 3 bis 5 theoretische oder praktische Böden zwischen Luftzuspeisung beziehungsweise Drucksäulensumpf einerseits und Entnahmestelle der sauerstoffangereicherten Flüssigkeit andererseits. (Für den Fall, daß in diesem Abschnitt ausschließlich praktische Böden als Stoffaustauschelemente verwendet werden, gelten die Angaben in praktischen Bodenzahlen; falls Packung, Füllkörper oder Kombinationen verschiedener Typen von Stoffaustauschelementen eingesetzt werden, sind die Angaben in theoretischen Bodenzahlen anzuwenden.)The mass transfer section between the point of the feed air supply (usually at the bottom of the pressure column) and the removal of the oxygen-enriched fraction enables a largely complete washing out of the less volatile impurities, in particular N 2 O, from the feed air into the bottom of the pressure column. It is formed either by at least one practical shelf or by a packing section with a separating effect from at least one theoretical shelf. There are preferably 1 to 10, most preferably 3 to 5 theoretical or practical trays between the air supply or pressure column sump on the one hand and the point of withdrawal of the oxygen-enriched liquid on the other. (If only practical floors are used as mass transfer elements in this section, the information in practical plate numbers applies; if packing, packing or combinations of different types of material exchange elements are used, the data in theoretical plate numbers are to be used.)
Mit einem derartigen Stoffaustauschabschnitt zwischen Luftzuspeisung und Entnahme der sauerstoffangereicherten Fraktion können die wichtigsten schwererflüchtigen Verunreinigungen praktisch vollständig aus der sauerstoffangereicherten Fraktion zurückgehalten werden. Die sauerstoffangereicherte Fraktion enthält beispielsweise weniger als 1 ppb N2O (molare Konzentration kleiner als 10-9), vorzugsweise liegt die molare N2O-Konzentration bei 10-12 oder darunter.With such a mass transfer section between the air supply and the removal of the oxygen-enriched fraction, the most important less volatile impurities can be retained almost completely from the oxygen-enriched fraction. The oxygen-enriched fraction contains, for example, less than 1 ppb N 2 O (molar concentration less than 10 -9 ), preferably the molar N 2 O concentration is 10 -12 or less.
Bei der erfindungsgemäßen Verfahrensweise kann die Austauschsäule neben ihrer üblichen Funktion für die Krypton-/Xenongewinnung auch zum Ausschleusen von schwererflüchtigen Verunreinigungen wie beispielsweise N2O aus dem Rektifiziersystem zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung (dem Luftzerleger im engeren Sinne) genutzt werden. Die schwererflüchtigen Verunreinigungen werden in den Sumpf der Austauschsäule gewaschen und verlassen die Austauschsäule mit dem krypton- und/oder xenonangereicherten Gemisch. Auf diese Weise wird eine Wiedereinführung in den Luftzerleger im engeren Sinne vermieden, ohne daß zusätzliche Apparateteile erforderlich sind.In the procedure according to the invention, in addition to its usual function for krypton / xenon extraction, the exchange column can also be used to discharge less volatile impurities such as N 2 O from the rectification system for nitrogen-oxygen separation (the air separator in the narrower sense). The less volatile impurities are washed into the sump of the exchange column and leave the exchange column with the mixture enriched with krypton and / or xenon. In this way, reintroduction into the air separator in the narrower sense is avoided without the need for additional apparatus parts.
Das krypton- und/oder xenonhaltige Gemisch wird in der Regel am Sumpf der Austauschsäule und in flüssigem Zustand abgezogen. Mit dem Kopfgas verlassen Sauerstoff, Inertgas und gegebenenfalls weitere Komponenten wie Methan die Austauschsäule.The krypton and / or xenon-containing mixture is usually at the bottom of the Exchange column and withdrawn in the liquid state. Leave with the head throttle Oxygen, inert gas and optionally other components such as methane Exchange column.
Im einfachsten Fall wird die Austauschsäule der Erfindung mit einem einzigen Stoffaustauschabschnitt ohne Heizung und Kühlung realisiert, an dessen Kopf die krypton- und xenonhaltige Fraktion flüssig aufgegeben wird. Unmittelbar über dem Sumpf kann das Inertgas zugeführt werden, das krypton- und/oder xenonangereicherte Gemisch wird durch die Sumpfflüssigkeit gebildet. Letzteres enthält hier sowohl Krypton als auch Xenon in nennenswerten Mengen. Die krypton- und xenonhaltige Flüssigkeit kann zwischengespeichert oder einem weiteren Verfahrensschritt, zum Beispiel einer weiteren Säule, zur Auftrennung in Roh-Krypton und Roh-Xenon zugeleitet werden.In the simplest case, the exchange column of the invention is made with a single one Mass transfer section realized without heating and cooling, at the head of which krypton- and xenon-containing fraction is liquid. Immediately above that The inert gas which is enriched with krypton and / or xenon can be fed to the bottom Mixture is formed by the bottom liquid. The latter contains both here Krypton as well as Xenon in significant amounts. The krypton and xenon Liquid can be temporarily stored or a further process step to Example of another column, for separation into raw krypton and raw xenon be forwarded.
Darüber hinaus kann die Austauschsäule einen weiteren Stoffaustauschabschnitt oberhalb der Aufgabe der krypton- und xenonhaltigen Fraktion und/oder einen weiteren Stoffaustauschabschnitt unterhalb der Einspeisung des Inertgases aufweisen.In addition, the exchange column can have another mass transfer section above the task of the krypton- and xenon-containing fraction and / or another Have mass transfer section below the feed of the inert gas.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Drucksäule als ein einziger Behälter realisiert sein. Alternativ dazu können unterschiedliche Abschnitte durch getrennte Behälter umschlossen sein. Beispielsweise kann der Stoffaustauschabschnitt, der zum Auswaschen von N2O dient, separat vom Rest der Drucksäule aufgebaut sein.In the context of the method according to the invention, the pressure column can be implemented as a single container. Alternatively, different sections can be enclosed by separate containers. For example, the mass transfer section, which is used to wash out N 2 O, can be constructed separately from the rest of the pressure column.
Die Einleitung der sauerstoffangereicherten Fraktion von der Drucksäule in die Niederdrucksäule kann bei der Erfindung auf direktem Wege oder auch indirekt, beispielsweise über einen zwischengeschalteten Verdampfer, durchgeführt werden. Die sauerstoffangereicherte Fraktion kann zum Beispiel zunächst in den Kopfkondensator einer Rohargonsäule geleitet und dort teilweise oder vollständig verdampft werden.The introduction of the oxygen-enriched fraction from the pressure column into the Low pressure column can in the invention directly or indirectly, for example via an intermediate evaporator. The oxygen-enriched fraction can, for example, initially in the Head condenser of a crude argon column passed and there partially or completely be evaporated.
Zusätzlich zu der Fraktion aus der Drucksäule kann eine weitere krypton- und xenonhaltige Fraktion aus der Niederdrucksäule abgezogen und in die Austauschsäule eingeleitet werden. Die beiden krypton- und xenonhaltigen Fraktionen werden vorzugsweise an derselben Stelle in die Austauschsäule eingespeist. Durch die zusätzliche Einleitung aus der Niederdrucksäule kann die Ausbeute an Krypton und/oder Xenon weiter gesteigert werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch krypton- und/oder xenonhaltige Flüssigkeit aus weiteren Quellen auf die Austauschsäule aufgegeben werden, beispielsweise aus einem Flüssigtank und/oder aus einer weiteren Luftzerlegungsanlage, die ansonsten nicht mit dem Rektifiziersystem zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung verbunden ist. In addition to the fraction from the pressure column, another krypton and xenon-containing fraction withdrawn from the low pressure column and into the exchange column be initiated. The two krypton and xenon-containing fractions are preferably fed into the exchange column at the same point. Through the Additional discharge from the low pressure column can reduce the yield of krypton and / or xenon can be further increased. Alternatively or additionally, too liquid containing krypton and / or xenon from other sources on the Exchange column are abandoned, for example from a liquid tank and / or from another air separation plant, which otherwise would not work with the Rectification system for nitrogen-oxygen separation is connected.
Vorzugsweise wird mindestens ein Teil des Kopfdampfs der Austauschsäule in das Rektifiziersystem zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung eingeleitet. Auf diese Weise gehen sowohl das Inertgas (beispielsweise Stickstoff) als auch der in der krypton- und xenonhaltigen Fraktion enthaltene Sauerstoff nicht verloren, sondern können als Produkte gewonnen werden.Preferably at least a portion of the top vapor from the exchange column is injected into the Rectification system initiated for nitrogen-oxygen separation. In this way go both the inert gas (for example nitrogen) and that in the krypton and xenon-containing fraction does not lose oxygen, but can be used as Products are won.
Aus dem mittleren Bereich der Austauschsäule kann eine Roh-Krypton-Fraktion abgezogen werden. In diesem Fall weist die Austauschsäule also mindestens zwei Stoffaustauschabschnitte auf, wobei der obere (oberhalb des Roh-Krypton-Abzugs) der klassischen Funktion einer Austauschsäule dient und der untere (unterhalb des Roh- Krypton-Abzugs) wie eine Roh-Krypton-/Roh-Xenon-Säule wirkt. Das am Sumpf abgezogene "krypton- und/oder xenonhaltige" Gemisch stellt in diesem Fall bereits das Roh-Xenon-Produkt dar, das lediglich noch von schwererflüchtigen Bestandteilen gereinigt werden muß. Dieser Aspekt der Erfindung ist auch bei einer Austauschsäule sinnvoll, die ausschließlich aus der Niederdrucksäule beschickt wird.A crude krypton fraction can be obtained from the middle area of the exchange column subtracted from. In this case, the exchange column has at least two Mass transfer sections, with the upper (above the raw krypton deduction) the serves the classic function of an exchange column and the lower one (below the raw Krypton deduction) acts like a raw krypton / raw xenon column. That at the swamp withdrawn "krypton and / or xenon-containing" mixture in this case is already the Raw xenon product that only contains less volatile components must be cleaned. This aspect of the invention is also with an exchange column sensible, which is fed exclusively from the low pressure column.
Insbesondere in diesem Fall ist es günstig, wenn die Austauschsäule einen Sumpfverdampfer aufweist, in dem mindestens ein Teil ihrer Sumpfflüssigkeit verdampft wird.In this case in particular, it is expedient if the replacement column has a Has bottom evaporator, in which at least a part of its bottom liquid is evaporated.
Alternativ oder zusätzlich kann die Austauschsäule einen Kopfkondensator aufweisen, in dem mindestens ein Teil ihres Kopfdampfs verflüssigt wird. In diesem Fall wird ein zusätzlicher Stoffaustauschabschnitt oberhalb der Zuspeisung der krypton- und xenonhaltigen Fraktion installiert. Durch diese Maßnahmen kann die Ausbeute an Krypton und/oder Xenon weiter erhöht werden.Alternatively or additionally, the exchange column can have a top condenser, in which at least part of their head vapor is liquefied. In this case, a additional mass transfer section above the feed of the krypton and xenon-containing fraction installed. These measures can increase the yield Krypton and / or Xenon can be further increased.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen:The invention and further details of the invention are described below of embodiments shown schematically in the drawings explained. Here show:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Überblick, Fig. 1 shows an embodiment of the invention, at a glance,
Fig. 2 die Austauschsäule des Ausführungsbeispiels im Detail und Fig. 2 shows the exchange column of the embodiment in detail and
Fig. 3 eine Austauschsäule eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung. Fig. 3 shows an exchange column of another embodiment of the invention.
Die Zeichnung von Fig. 1 zeigt ein Doppelsäulensystem zur Stickstoff-Sauerstoff- Trennung. Verdichtete Einsatzluft 1 wird einer Vorreinigung 2 zugeleitet und dort vorzugsweise einer Adsorption unterworfen. Dabei werden Wasserdampf und CO2 praktisch vollständig aus der verdichteten Einsatzluft entfernt; N2O wird dagegen von einem üblichen Molekularsieb zu etwa 20 bis 50% durchgelassen. Die vorgereinigte Einsatzluft 3 wird in einem Hauptwärmetauscher 4 in indirektem Wärmeaustausch gegen Zerlegungsprodukte abgekühlt und über Leitung 5 vollständig der Drucksäule 6 des Rektifiziersystems zugeführt. Das Rektifiziersystem zur Stickstoff-Sauerstoff- Trennung weist außerdem eine Niederdrucksäule 7 auf, die über einen Kondensator- Verdampfer, den Hauptkondensator 8, mit der Drucksäule 6 in Wärmeaustauschbeziehung steht. Am Kopf der Drucksäule 6 wird Druckstickstoff 9 erzeugt, der teilweise oder vollständig dem Hauptkondensator 8 zugeführt und dort mindestens teilweise, vorzugsweise vollständig oder im wesentlichen vollständig kondensiert wird. Ein Teil 11 des im Hauptkondensator 8 verflüssigten Stickstoffs 10 wird als Rücklauf auf die Drucksäule 6 aufgegeben. Mindestens ein Teil 12 des restlichen Kondensats wird zum oberen Bereich einer Niederdrucksäule 7 geführt. Auf der Verdampfungsseite des Hauptkondensators 8 verdampft Sumpfflüssigkeit der Niederdrucksäule. Der erzeugte Dampf steigt in der Niederdrucksäule im Gegenstrom zur Rücklaufflüssigkeit auf. (Der Hauptkondensator 8 befindet sich bei dem Ausführungsbeispiel der Zeichnung unmittelbar im Sumpf der Niederdrucksäule; alternativ dazu kann er außerhalb der Doppelsäule angeordnet sein.)The drawing of Fig. 1 shows a double column system for nitrogen-oxygen separation. Compressed feed air 1 is fed to a preliminary cleaning 2 and is preferably subjected to adsorption there. Water vapor and CO 2 are almost completely removed from the compressed feed air; In contrast, about 20 to 50% of N 2 O is let through by a conventional molecular sieve. The pre-cleaned feed air 3 is cooled in a main heat exchanger 4 in indirect heat exchange against decomposition products and completely fed via line 5 to the pressure column 6 of the rectification system. The rectification system for nitrogen-oxygen separation also includes a low-pressure column 7 which is connected via a condenser evaporator, the main condenser 8 with the pressure column 6 in heat exchange relationship. At the top of the pressure column 6 , pressure nitrogen 9 is generated, which is partially or completely fed to the main condenser 8 and is condensed there at least partially, preferably completely or essentially completely. A portion 11 of the nitrogen 10 liquefied in the main condenser 8 is fed as return to the pressure column 6 . At least a part 12 of the remaining condensate is led to the upper area of a low pressure column 7 . On the evaporation side of the main condenser 8 , bottom liquid of the low-pressure column evaporates. The steam generated rises in the low pressure column in counterflow to the return liquid. (In the exemplary embodiment of the drawing, the main capacitor 8 is located directly in the sump of the low-pressure column; alternatively, it can be arranged outside the double column.)
Der Drucksäule 6 wird eine sauerstoffangereicherte Fraktion 13 in flüssiger Form entnommen und als weitere Einsatzfraktion der Niederdrucksäule 7 an einer Zwischenstelle zugeführt (14). Die sauerstoffangereicherte Fraktion 13 wird von einer Zwischenstelle abgezogen, die oberhalb eines Stoffaustauschabschnitts 15 angeordnet ist, der in dem Beispiel drei theoretischen Böden entspricht. Sie ist dadurch frei von schwererflüchtigen Verunreinigungen wie Xenon, C2H4, N2O und C3H8. Damit kann kein N2O in die Niederdrucksäule 7 gelangen und zu Betriebsstörungen im Hauptkondensator 8 führen.An oxygen-enriched fraction 13 in liquid form is removed from the pressure column 6 and fed to the low-pressure column 7 at an intermediate point as a further insert fraction ( 14 ). The oxygen-enriched fraction 13 is withdrawn from an intermediate point which is arranged above a mass transfer section 15 , which corresponds to three theoretical plates in the example. It is therefore free of less volatile impurities such as xenon, C 2 H 4 , N 2 O and C 3 H 8 . This means that no N 2 O can get into the low-pressure column 7 and lead to malfunctions in the main condenser 8 .
Die schwererflüchtigen Bestandteile werden mit einer krypton- und/oder xenonhaltigen Fraktion 116 vom Sumpf der Drucksäule 6 abgezogen und in flüssigem Zustand einer hier nur angedeuteten Austauschsäule 102 zugeführt. Der Austauschsäule wird einerseits das gewünschte krypton- und/oder xenonangereicherte Gemisch 117 und andererseits ein Kopfgas 118 entnommen. Letzteres wird in die Drucksäule 6 eingespeist. Alternativ kann das Kopfgas 118 der Austauschsäule auch ganz oder teilweise der Niederdrucksäule 7 zugeführt werden.The less volatile constituents are drawn off from the bottom of the pressure column 6 with a fraction 116 containing krypton and / or xenone and, in the liquid state, are fed to an exchange column 102, which is only indicated here. The desired krypton and / or xenon enriched mixture 117 on the one hand and a top gas 118 on the other hand are removed from the exchange column. The latter is fed into the pressure column 6 . Alternatively, the top gas 118 of the exchange column can also be supplied in whole or in part to the low pressure column 7 .
Bei dem Ausführungsbeispiel wird die gesamte Einsatzluft über die Leitung 5 in die Drucksäule 6 eingespeist, insbesondere gelangt keine Einsatzluft ohne Vorzerlegung in die Niederdrucksäule 7 (beispielsweise über eine Turbine).In the exemplary embodiment, the entire feed air is fed into the pressure column 6 via the line 5 ; in particular, no feed air reaches the low pressure column 7 without pre-disassembly (for example via a turbine).
Der Stoffaustauschabschnitt 15 unterhalb der Entnahme der sauerstoffangereicherten Fraktion 13 kann durch jedes bekannte Stoffaustauschelement gebildet werden, beispielsweise durch Packung oder jede Art von Stoffaustauschböden; vorzugsweise werden Siebböden oder bei einer sehr kleinen Menge an Spülfraktion Glocken- und/oder Kaminböden eingesetzt.The mass transfer section 15 below the removal of the oxygen-enriched fraction 13 can be formed by any known mass transfer element, for example by packing or any type of mass transfer tray; sieve trays or, with a very small amount of rinsing fraction, bell and / or chimney trays are preferably used.
In dem Beispiel wird das Sauerstoffprodukt über Leitung 21 gasförmig aus der Niederdrucksäule 7 abgezogen, im Hauptwärmetauscher 4 angewärmt und über Leitung 22 als Produkt abgeführt. Der Abzug ist einige theoretische beziehungsweise praktische Böden oberhalb des Sumpfs der Niederdrucksäüle angeordnet, um schwererflüchtige Komponenten wie Krypton und/oder Xenon aus dem Sauerstoffprodukt fernzuhalten. Diese schwererflüchtigen Komponenten werden mit einer weiteren krypton- und xenonhaltigen Fraktion 24 aus der Sumpfflüssigkeit der Niederdrucksäule abgezogen und ebenfalls zur Austauschsäule 102 geführt. Alternativ oder zusätzlich zu dieser Methode kann Sauerstoff als Flüssigprodukt, das frei von schwererflüchtigen Komponenten ist, über Leitung 23 und/oder als gasförmiges Produkt über Leitung 25 entnommen werden. (Die Anwärmung des über Leitung 25 abzuziehenden Produkts und die Unterkühlung der sauerstoffangereicherten Fraktion 13 sind in der Zeichnung nicht dargestellt.)In the example, the oxygen product is withdrawn in gaseous form from the low-pressure column 7 via line 21 , heated in the main heat exchanger 4 and discharged as a product via line 22 . The fume cupboard is located some theoretical or practical trays above the bottom of the low pressure column in order to keep less volatile components such as krypton and / or xenon out of the oxygen product. These less volatile components are drawn off from the bottom liquid of the low-pressure column with a further fraction 24 containing krypton and xenon and are also led to the exchange column 102 . Alternatively or in addition to this method, oxygen can be withdrawn via line 23 as a liquid product which is free of less volatile components and / or as a gaseous product via line 25 . (The heating of the product to be drawn off via line 25 and the supercooling of the oxygen-enriched fraction 13 are not shown in the drawing.)
Über dem Kopf der Niederdrucksäule 7 wird eine stickstoffhaltige Fraktion 19 als gasförmiges Stickstoffprodukt oder Restgas abgezogen und im Hauptwärmetauscher 4 angewärmt. Die angewärmte stickstoffhaltige Fraktion 20 kann zum Teil als Regeneriergas für die Vorreinigung 2 genutzt werden.A nitrogen-containing fraction 19 is drawn off as a gaseous nitrogen product or residual gas above the head of the low-pressure column 7 and heated in the main heat exchanger 4 . The heated nitrogen-containing fraction 20 can be used in part as a regeneration gas for the pre-cleaning 2 .
Verfahrenskälte wird in dem Ausführungsbeispiel mittels arbeitsleistender Entspannung einer Zwischenfraktion 30 gewonnen, die in Höhe des Abzugs der sauerstoffangereicherten Fraktion 13 oder höher in Gasform aus der Drucksäule 6 entnommen wird. Sie wird im Gegenstrom zu Einsatzluft 3 im Hauptwärmetauscher 4 angewärmt, in einem Verdichter 32 beispielsweise von 5 bar auf 7 bar komprimiert und nach Nachkühlung 33 wieder dem Hauptwärmetauscher 4 zugeführt (Leitung 34). Die verdichtete Luft wird bei einer Zwischentemperatur dem Hauptwärmetauscher entnommen (Leitung 35) und einer Entspannungsmaschine 36 zugeleitet. Stromabwärts der arbeitsleistenden Entspannung 36 auf 1,2 bar wird sie über Leitung 37 der Niederdrucksäule 7 an einer Zwischenstelle zugeführt. In dem konkreten Beispiel liegen sowohl die Entnahme aus der Drucksäule 6 als auch die Einspeisung in die Niederdrucksäule 7 an denjenigen Zwischenstellen, an denen auch die sauerstoffreiche Fraktion 13, 14 abgezogen beziehungsweise eingeleitet wird. Mindestens ein Teil der für die Verdichtung der angewärmten Gasfraktion 31 benötigten Energie wird durch die bei der arbeitsleistenden Entspannung 36 erzeugte mechanische Energie gebildet; vorzugsweise werden dazu die Entspannungsmaschine 36 und der Verdichter 32 mechanisch gekoppelt. In bestimmten Fällen kann die Verdichtung 32 entfallen; dann reicht es aus, die Gasfraktion 30 nur bis auf eine mittlere Temperatur anzuwärmen und dann direkt über Leitung 35 der arbeitsleistenden Entspannung 36 zuzuführen.Process cold is obtained in the exemplary embodiment by means of work-relieving expansion of an intermediate fraction 30 which is withdrawn in gaseous form from the pressure column 6 in the amount of the deduction of the oxygen-enriched fraction 13 or higher. It is heated in countercurrent to feed air 3 in the main heat exchanger 4 , compressed in a compressor 32, for example from 5 bar to 7 bar, and fed to the main heat exchanger 4 again after cooling 33 (line 34 ). The compressed air is removed from the main heat exchanger (line 35 ) at an intermediate temperature and fed to a relaxation machine 36 . Downstream of the work-relieving expansion 36 to 1.2 bar, it is fed via line 37 to the low-pressure column 7 at an intermediate point. In the specific example, both the removal from the pressure column 6 and the feed into the low-pressure column 7 are located at those intermediate points at which the oxygen-rich fraction 13 , 14 is also drawn off or introduced. At least a part of the energy required for the compression of the heated gas fraction 31 is formed by the mechanical energy generated during the relaxation 36 ; For this purpose, the expansion machine 36 and the compressor 32 are preferably coupled mechanically. In certain cases, the compression 32 can be omitted; then it is sufficient to heat the gas fraction 30 only up to a medium temperature and then to supply it to the work-relieving relaxation 36 directly via line 35 .
Fig. 2 zeigt die Schaltung der Austauschsäule 102 im Detail. Über Leitung 116 wird Sumpfflüssigkeit der Drucksäule 6 als krypton- und xenonhaltige Fraktion unterhalb eines ersten Stoffaustauschabschnitts 241 als Flüssigkeit aufgegeben. Außerdem wird ein Inertgas 240 zwischen einem zweiten Stoffaustauschabschnitt 242 und einem dritten Stoffaustauschabschnitt 243 in die Austauschsäule 102 eingeblasen. In dem Beispiel wird gasförmiger Stickstoff vom Kopf der Drucksäule 6 als Inertgas verwendet. (Alternativ oder zusätzlich kann Stickstoff aus einer externen Quelle verwendet werden, beispielsweise aus einem atmosphärischen Verdampfer oder einem Wasserbadverdampfer, der aus einem Flüssigtank gespeist wird.) Über Leitung 118 wird ein erster Teil des Kopfgases der Austauschsäule 102 in die Drucksäule eingespeist, und zwar oberhalb des Stoffaustauschabschnitts 15. Vom Sumpf wird das krypton- und/oder xenonangereicherte Gemisch 117 flüssig abgezogen und gegebenenfalls einem oder mehreren weiteren Trennschritten zugeführt. Die Austauschsäule 102 besitzt außerdem einen Kopfkondensator 244 und einen Sumpfverdampfer 245, die durch indirekten Wärmeaustausch mit geeigneten Medien, wie zum Beispiel mit Luft, einem oder mehreren Prozeßgasen aus dem Rektifiziersystem zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung oder einem anderen Luftgas betrieben werden. Der erste Stoffaustauschabschnitt 241 der Austauschsäule 102 weist beispielsweise 3 bis 15, vorzugsweise 5 bis 10 praktische beziehungsweise theoretische Böden auf, der zweite Stoffaustauschabschnitt 242 beispielsweise 12 bis 26, vorzugsweise 15 bis 20 praktische beziehungsweise theoretische Böden und der dritte Stoffaustauschabschnitt 243 beispielsweise 5 bis 20, vorzugsweise 8 bis 13 praktische beziehungsweise theoretische Böden. Fig. 2 shows the circuit of the exchange column 102 in detail. Bottom liquid of the pressure column 6 as a fraction containing krypton and xenon is fed in via line 116 below a first mass transfer section 241 as a liquid. In addition, an inert gas 240 is blown into the exchange column 102 between a second mass transfer section 242 and a third mass transfer section 243 . In the example, gaseous nitrogen from the top of the pressure column 6 is used as the inert gas. (Alternatively or additionally, nitrogen from an external source can be used, for example from an atmospheric evaporator or a water bath evaporator, which is fed from a liquid tank.) Via line 118 , a first part of the top gas of the exchange column 102 is fed into the pressure column, above the mass transfer section 15 . The krypton and / or xenon-enriched mixture 117 is drawn off in liquid form and, if appropriate, fed to one or more further separation steps. The exchange column 102 also has a top condenser 244 and a bottom evaporator 245 , which are operated by indirect heat exchange with suitable media such as air, one or more process gases from the rectification system for nitrogen-oxygen separation or another air gas. The first mass transfer section 241 of the exchange column 102 has, for example, 3 to 15, preferably 5 to 10 practical or theoretical trays, the second mass transfer section 242, for example, 12 to 26, preferably 15 to 20 practical or theoretical trays, and the third mass transfer section 243, for example 5 to 20, preferably 8 to 13 practical or theoretical floors.
Ein anderes Beispiel einer Austauschsäule 302, die in einem erfindungsgemäßen Verfahren und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt wird, zeigt Fig. 3. Sie ist weitgehend analog zu Fig. 2 aufgebaut und trägt insoweit dieselben Bezugszeichen. Zwischen dem ersten und dem dritten Stoffaustauschabschnitt 241, 243 befindet sich ein zusätzlicher Flüssigabzug für eine Roh-Krypton-Fraktion 346. Die "krypton- und/oder xenonangereicherte Fraktion" 317 enthält hier kaum noch Krypton und stellt ein Roh-Xenon-Produkt dar. Die beiden Rohprodukte 346 und 317 werden vorzugsweise in einer Rein-Krypton-Säule beziehungsweise in einer Rein-Xenon-Säule weiter aufgearbeitet.Another example of an exchange column 302 , which is used in a method and a device according to the invention, is shown in FIG. 3. It is constructed largely analogously to FIG. 2 and in this respect bears the same reference symbols. There is an additional liquid discharge for a raw krypton fraction 346 between the first and third mass transfer sections 241 , 243 . The "krypton and / or xenon enriched fraction" 317 hardly contains any krypton here and represents a crude xenon product. The two crude products 346 and 317 are preferably further processed in a pure krypton column or in a pure xenon column worked up.
In der Zeichnung ist der Abzug für die Roh-Krypton-Fraktion 346 als Flüssigabzug ausgebildet und unmittelbar oberhalb des dritten Stoffaustauschabschnitts 243 angeordnet. In vielen Fällen ist es jedoch günstiger, die Roh-Krypton-Fraktion gasförmig abzuziehen, und zwar von einer Zwischenstelle des zweiten Stoffaustauschabschnitts 242.In the drawing, the discharge for the crude krypton fraction 346 is designed as a liquid discharge and is arranged immediately above the third mass transfer section 243 . In many cases, however, it is cheaper to withdraw the crude krypton fraction in gaseous form from an intermediate point of the second mass transfer section 242 .
Die krypton- und xenonhaltige Fraktion, die mindestens zum Teil aus der Drucksäule des Luftzerlegers im engeren Sinne kommt, kann bei Fig. 3 analog zu Fig. 2 über eine Leitung 116 direkt in die Austauschsäule 302 eingespeist werden. Alternativ oder zusätzlich ist jedoch die Pufferung von krypton- und xenonhaltiger Flüssigkeit 351, die mindestens teilweise aus der Drucksäule stammt, in einem Tank 349 möglich. In diesem Fall wird die krypton- und xenonhaltige Einsatzfraktion mittels einer Pumpe 348 über eine Leitung 347 in die Austauschsäule eingeführt. Alternativ oder zusätzlich kann krypton- und/oder xenonhaltige Flüssigkeit 350 aus anderen Anlagen in den Tank 349 eingefüllt und in der Austauschsäule 302 verarbeitet werden. Die Flüssigkeit kann beispielsweise über eine Rohrleitung aus einem benachbarten Luftzerleger oder mittels eines Tankfahrzeugs von weiter entfernten Standorten herantransportiert werden.The krypton- and xenon-containing fraction which is at least in part from the pressure column of the air separation plant in the narrower sense, can at Fig. 3, analogous to Fig. 2 can be fed via a line 116 directly into the exchange column 302nd As an alternative or in addition, however, buffering of liquid 351 containing krypton and xenon, which at least partially comes from the pressure column, is possible in a tank 349 . In this case, the krypton- and xenon-containing feed fraction is introduced into the exchange column by means of a pump 348 via a line 347 . Alternatively or additionally, liquid 350 containing krypton and / or xenon can be filled into the tank 349 from other systems and processed in the exchange column 302 . The liquid can be transported, for example, from a neighboring air separator via a pipeline or by means of a tanker from more distant locations.
Claims (7)
- - verdichtete und vorgereinigte Einsatzluft (3, 5) in ein Rektifiziersystem zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung eingeleitet wird, das eine Drucksäule (6) und eine Niederdrucksäule (7) oder eine als Einzelsäule ausgebildete Drucksäule mit Kopfkondensator aufweist, wobei
- - mindestens ein Teil der verdichteten und vorgereinigten Einsatzluft der Drucksäule (6) zugespeist (5) wird,
- - eine sauerstoffangereicherte Fraktion (13) der Drucksäule (6) entnommen und der Niederdrucksäule (7) beziehungsweise dem Kopfkondensator der Einzelsäule zugeleitet (14) wird, und bei dem
- - eine krypton- und xenonhaltige Fraktion (116, 351, 347) dem Rektifiziersystem zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung entnommen und ohne konzentrationsverändemde Maßnahmen in den oberen oder mittleren Bereich einer Austauschsäule (102, 302) eingeleitet wird, wobei
- - dem unteren oder mittleren Bereich der Austauschsäule (102, 302) ein Inertgas (240) zugeführt wird und
- - ein krypton- und/oder xenonangereichertes Gemisch (117, 317) aus dem
unteren Bereich der Austauschsäule (102, 302) abgezogen wird,
dadurch gekennzeichnet, daß - - die sauerstoffangereicherte Fraktion (13) der Drucksäule an einer Zwischenstelle entnommen wird, die mindestens einen theoretischen oder praktischen Boden (15) oberhalb der Stelle angeordnet ist, an der verdichtete und vorgereinigte Einsatzluft (5) der Drucksäule zugespeist wird, und daß die krypton- und xenonhaltige Fraktion (116, 352) mindestens einen theoretischen oder praktischen Boden (15) unterhalb dieser Zwischenstelle aus der Drucksäule (6) entnommen wird.
- - Compressed and pre-cleaned feed air ( 3 , 5 ) is introduced into a rectification system for nitrogen-oxygen separation, which has a pressure column ( 6 ) and a low pressure column ( 7 ) or a pressure column designed as a single column with a condenser, wherein
- - At least part of the compressed and pre-cleaned feed air is fed to the pressure column ( 6 ) ( 5 ),
- - An oxygen-enriched fraction ( 13 ) is removed from the pressure column ( 6 ) and the low-pressure column ( 7 ) or the top condenser of the individual column ( 14 ), and in which
- - A krypton- and xenon-containing fraction ( 116 , 351 , 347 ) is removed from the rectification system for nitrogen-oxygen separation and is introduced into the upper or middle area of an exchange column ( 102 , 302 ) without measures to change the concentration, wherein
- - An inert gas ( 240 ) is fed to the lower or middle area of the exchange column ( 102 , 302 ) and
- a krypton and / or xenon-enriched mixture ( 117 , 317 ) is drawn off from the lower region of the exchange column ( 102 , 302 ),
characterized in that - - The oxygen-enriched fraction ( 13 ) of the pressure column is removed at an intermediate point which is arranged at least one theoretical or practical base ( 15 ) above the point at which compressed and pre-cleaned feed air ( 5 ) is fed to the pressure column, and that the krypton and xenon-containing fraction ( 116 , 352 ) at least one theoretical or practical base ( 15 ) below this intermediate point is removed from the pressure column ( 6 ).
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OAV | Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1 | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |