DE102007035619A1 - Process and apparatus for recovering argon by cryogenic separation of air - Google Patents

Process and apparatus for recovering argon by cryogenic separation of air Download PDF

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Abstract

Das Verfahren und die Vorrichtung dienen zur Gewinnung von Argon durch Tieftemperaturzerlegung von Luft. Ersatzluft (1) wird verdichtet (3) und in ein Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung (13, 14) eingeleitet. Dem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung wird ein argonhaltiger Strom (72) entnommen. Der argonhaltige Strom (72) wird eine Rohargonsäule (25) zugeleitet. Die Rohargonsäule (25) weist einen Kopfkondensator (24) auf, in dem ein Kopfgas aus der Rohargonsäule (25) mindestens teilweise kondensiert wird. Mindestens ein Teil des dabei gewonnenen Kondensats wird als Rücklaufflüssigkeit auf die Rohargonsäule (25) aufgegeben. Der Rohargonsäule (25) oder dem Kopfkondensator (24) wird ein Rohargonstrom (76, 176, 276a, 276b) entnommen. Der Rohargonstrom (76, 176, 276a, 276b) wird einer Reinargonsäule (20) zugeleitet. Der Reinargonsäule (20) wird ein Reinargonproduktstrom (81) entnommen. Der Kopfkondensator (24) der Rohargonsäule (25) ist als Rücklaufkondensator ausgebildet und Kopfgas der Rohargonsäule wird in die Rücklaufpassagen des Rücklaufkondensators eingeleitet.The method and apparatus are for recovering argon by cryogenic separation of air. Spare air (1) is compressed (3) and introduced into a distillation column system for nitrogen-oxygen separation (13, 14). An argon-containing stream (72) is taken from the distillation column system for nitrogen-oxygen separation. The argon-containing stream (72) is fed to a crude argon column (25). The crude argon column (25) has a top condenser (24) in which a top gas from the crude argon column (25) is at least partially condensed. At least a portion of the condensate obtained is applied as reflux liquid to the crude argon column (25). The crude argon column (25) or the top condenser (24) is taken from a crude argon stream (76, 176, 276a, 276b). The crude argon stream (76, 176, 276a, 276b) is fed to a pure argon column (20). The pure argon column (20) is removed from a pure argon product stream (81). The top condenser (24) of the crude argon column (25) is designed as a reflux condenser and top gas of the crude argon column is introduced into the return passages of the reflux condenser.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a method according to the preamble of claim 1

Verfahren und Vorrichtungen zur Tieftemperaturzerlegung von Luft sind zum Beispiel aus Hausen/Linde, Tieftemperaturtechnik, 2. Auflage 1985, Kapitel 4 (Seiten 281 bis 337) bekannt. Das Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung der Erfindung kann als Einsäulensystem zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung ausgebildet sein, als Zweisäulensystem (zum Beispiel als klassisches Linde-Doppelsäulensystem), oder auch als Drei- oder Mehrsäulensystem. Zusätzlich zu den Kolonnen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung und zur Argongewinnung können in dem Verfahren weitere Schritte zur Gewinnung anderer Luftkomponenten vorgesehen sein, insbesondere weiterer Edelgase.For example, methods and apparatus for cryogenic decomposition of air are off Hausen / Linde, Tiefftemperaturtechnik, 2nd edition 1985, chapter 4 (pages 281 to 337) known. The distillation column system for nitrogen-oxygen separation of the invention may be formed as a single column system for nitrogen-oxygen separation, as a two-column system (for example as a classic Linde double column system), or as a three or more column system. In addition to the columns for nitrogen-oxygen separation and for the production of argon, further steps for obtaining other air components may be provided in the method, in particular further noble gases.

Die "Rohargonsäule" im Sinne des Patentanspruchs dient zur Argon-Sauerstoff-Trennung. Die Rohargonsäule kann durch eine einteilige Säule gebildet sein oder auch durch eine zwei- oder mehrteilige Säule, wie es in EP 628777 B1 beschrieben ist. Die "Reinargonsäule" dient zur Argon-Stickstoff-Trennung. Der "Rohargonstrom" weist eine höhere Argonkonzentration als der "argonhaltige Strom" auf. Der "Reinargonproduktstrom" weist eine höhere Argonkonzentration als Rohargonstrom auf und wird vorzugsweise aus dem unteren Bereich der Reinargonsäule abgezogen, zum Beispiel von ihrem Sumpf.The "crude argon column" in the sense of the claim is used for argon-oxygen separation. The crude argon column may be formed by a one-piece column or by a two- or multi-part column, as in EP 628777 B1 is described. The "pure argon column" is used for argon-nitrogen separation. The "crude argon stream" has a higher argon concentration than the "argon-containing stream". The "pure argon product stream" has a higher argon concentration than crude argon stream and is preferably withdrawn from the bottom of the pure argon column, for example from its bottom.

Prozesse zur Argongewinnung der eingangs genannten Art sind zum Beispiel aus DE 2325422 A , EP 171711 A2 , EP 377117 B2 (= US 5019145 ), DE 4030749 A1 , EP 628777 B1 (= US 5426946 ), EP 669508 A1 (= US 5592833 ), EP 669509 B1 (= US 5590544 ), EP 942246 A2 , EP 1103772 A1 , DE 19609490 (= US 5669237 ), 8, EP 1243882 A1 (= US 2002178747 A1 ) und EP 1243881 A1 (= US 2002189281 A1 ) bekannt, beiden als Kopfkondensator der Rohargonsäule konventioneller Kondensator verwendet wird, in zu kondensierendes Gas und kondensierte Flüssigkeit in den Verflüssigungspassagen im Gleichstrom geführt werden.Processes for argon recovery of the type mentioned are, for example DE 2325422 A . EP 171711 A2 . EP 377117 B2 (= US 5019145 ) DE 4030749 A1 . EP 628777 B1 (= US 5426946 ) EP 669508 A1 (= US 5592833 ) EP 669509 B1 (= US 5590544 ) EP 942246 A2 . EP 1103772 A1 . DE 19609490 (= US 5669237 ) 8th . EP 1243882 A1 (= US 2002178747 A1 ) and EP 1243881 A1 (= US 2002189281 A1 ) is known, both conventional condenser used as the top condenser of the crude argon column, are conducted in gas to be condensed and condensed liquid in the liquefaction passages in cocurrent.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine entsprechende Vorrichtung anzugeben, die wirtschaftlich besonders günstig zu betreiben sind, indem sie eine erhöhte Produktsausbeute, eine höhere Produktreinheit, geringere Betriebskosten und/oder geringere Investitionskosten aufweisen.Of the Invention is based on the object, a method of the initially specify type and a corresponding device, the are economically particularly favorable to operate by an increased product yield, a higher product purity, have lower operating costs and / or lower investment costs.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Kopfkondensator der Rohargonsäule als Rücklaufkondensator ausgebildet ist und Kopfgas der Rohargonsäule in die Rücklaufpassagen des Rücklaufkondensators eingeleitet wird.These Task is solved in that the top condenser of Rohargonsäule formed as a reflux condenser is and top gas of the crude argon column in the return passages the flyback capacitor is initiated.

Unter "Rücklaufkondensator" (auch Dephlegmator genannt) wird hier ein Wärmetauscher verstanden, der Rücklaufpassagen aufweist. Diese Rücklaufpassagen werden von unten mit Dampf (hier: Kopfgas der Rohargonsäule) beaufschlagt. Dieser kondensiert beim Aufsteigen in den Rücklaufpassagen mindestens teilweise. Die Rücklaufpassagen sind dabei so konstruiert, dass die kondensierte Flüssigkeit nicht mitgerissen wird, sondern nach unten fließt. Durch den Gegenstrom von Dampf und Flüssigkeit findet in den Rücklaufpassagen eine Rektifikation statt. Das Kondensat, das am unteren Ende austritt, ist an schwererflüchtigen Komponenten angereichert, der oben austretende Dampf an leichterflüchtigen.Under "Reflux condenser" (also called dephlegmator) is understood here a heat exchanger, the return passages having. These return passages are steamed from below (here: Overhead gas of the crude argon column). This condenses when ascending in the return passages at least partially. The return passages are designed so that the condensed liquid is not entrained, but flows down. By the counterflow of vapor and liquid Rectification takes place in the return passages. The condensate that exits at the lower end is at low volatility Components enriched, the steam exiting overhead at more volatile.

Es sind verschiedene Bauformen von Rücklaufkondensatoren bekannt. Der Wärmetauscherblock (oder auch eine Mehrzahl von Wärmetauscherblöcken) kann im Inneren eines Druckbehälters angeordnet sein, wie dies zum Beispiel in EP 1189000 A2 dargestellt ist, oder der Wärmetauscherblock ist auf allen Seiten durch Header abgeschlossen, siehe zum Beispiel US 6128920 . Alternativ dazu kann der Rücklaufkondensator im Kopf einer Trennsäule (hier: der Rohargonsäule) eingebaut sein, wobei die Rücklaufpassagen an ihrem unteren Ende in Kommunikation mit dem oberen Bereich der Trennsäule stehen, siehe deutsche Patentanmeldung 102006037058 und dazu korrespondierende Anmeldungen. Der oder die Wärmetauscherblöcke des Rücklaufkondensators sind vorzugsweise als Plattenwärmetauscher, insbesondere als gelötete Aluminium-Plattenwärmetauscher ausgeführt.There are various types of flyback capacitors known. The heat exchanger block (or even a plurality of heat exchanger blocks) may be arranged inside a pressure vessel, as described, for example, in US Pat EP 1189000 A2 is shown, or the heat exchanger block is completed on all sides by headers, see for example US 6128920 , Alternatively, the reflux condenser may be installed in the top of a separation column (here: the crude argon column) with the return passages in communication with the top of the separation column at its lower end, see German patent application 102006037058 and corresponding applications. The one or more heat exchanger blocks of the reflux condenser are preferably designed as a plate heat exchanger, in particular as a brazed aluminum plate heat exchanger.

Räumliche Begriffe wie "oben", "unten", "seitlich" etc. beziehen sich hier immer auf die Orientierung des Rücklaufkondensators im bestimmungsgemäßen Betrieb.spatial Terms like "top", "bottom", "side", etc. refer to here always on the orientation of the flyback capacitor in the intended operation.

Ein Rücklaufkondensator ermöglicht nicht nur einen Wärmeaustausch, sondern auch einen Stoffaustausch zwischen dem in den Rücklaufpassagen aufsteigenden Gas und der dort nach unten fließenden Flüssigkeit, ähnlich wie die geriffelten Packungen einer Stoffaustauschsäule. Diese Trennwirkung kann als HETP-Wert (Height Equivalent to one Theoretical Plate = Höhe eines theoretischen Bodens) angegeben. Der HETP-Wert des Kondensators liegt im Bereich von 300 bis 600 mm. Damit wirkt zum Beispiel ein 1,5 m hoher Rücklaufkondensator etwa wie bis zu fünf theoretische Böden. Allerdings wirkt sich am Kopf der Rohargonsäule dieser Effekt nicht auf die Argon-Sauerstoff-Trennung aus, das heißt der Einsatz des Rücklaufkondensators spart keine Stoffaustauschelemente (praktische Böden, geordnete Packung oder ungeordnete Füllkörper) in der Rohargonsäule.One Return condenser not only allows one Heat exchange, but also a mass transfer between the rising gas in the return passages and there down-flowing liquid, similar like the corrugated packs of a mass transfer column. This release effect can be described as HETP value (Height Equivalent to one Theoretical Plate = height of a theoretical soil). Of the HETP value of the capacitor is in the range of 300 to 600 mm. Thus, for example, acts a 1.5 m high return capacitor about like up to five theoretical plates. However, it works At the top of the crude argon column this effect does not occur the argon-oxygen separation, that is the use the reflux condenser saves no mass transfer elements (practical soils, ordered packing or disordered packing) in the crude argon column.

Deshalb wurde ein Rücklaufkondensator bei der Argongewinnung bisher nur dann eingesetzt, wenn in der Säule, die direkt an das Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung angeschlossen ist, kein Rohargon, sondern reines Argon gewonnen wird (siehe US 5133790 ). In diesem Fall wird in einer einzelnen Argonsäule sowohl die Argon-Sauerstoff-Trennung als auch die Argon-Stickstoff-Trennung vorgenommen und eine separate Reinargonsäule zur Argon-Stickstoff-Trennung ist ausdrücklich nicht vorgesehen. Der obere Bereich der Argonsäule aus US 5133790 dient nicht zur Argon-Sauerstoff-Trennung (wie in der Rohargonsäule der Erfindung), sondern zur Argon-Stickstofftrennung, die in dem Verfahren der eingangs genannten Art praktisch ausschließlich in der Reinargonsäule durchgeführt wird.Therefore, a reflux condenser has been used in argon recovery only when in the column, which is connected directly to the distillation column system for nitrogen-oxygen separation, no crude argon, but pure argon is recovered (see US 5133790 ). In this case, both the argon-oxygen separation and the argon-nitrogen separation are made in a single argon column and a separate pure argon column for argon-nitrogen separation is expressly not provided. The upper area of the argon column is off US 5133790 is not used for argon-oxygen separation (as in the crude argon column of the invention), but for argon nitrogen separation, which is carried out in the process of the type mentioned almost exclusively in the pure argon column.

Bisher wurde also kein Grund gesehen, in Verfahren, die eine eigene Reinargonsäule zur Argon-Stickstofftrennung aufweisen, einen Teil der Argon-Stickstoff-Trennung in die Rohargonsäule beziehungsweise deren Kopfkondensator zu verlegen, da dadurch keine Böden in den Säulen einzusparen sind.So far So no reason was seen in procedures that have their own pure argon column for argon nitrogen separation, a part of the argon-nitrogen separation into the crude argon column or its top condenser because there are no floors in the columns to save.

Im Rahmen der Erfindung hat sich jedoch herausgestellt, dass der Einsatz eines solchen Rücklaufkondensators am Kopf der Rohargonsäule einen weiteren Vorteil aufweist. Solche Kondensatoren sind regelmäßig als Kondensator-Verdampfer ausgeführt. Gegen das auf der Verflüssigungsseite (Rücklaufpassagen) kondensierende Kopfgas wird also auf der Verdampfungsseite ein Kühlfluid verdampft. Der Wärmetauscherblock ist üblicherweise in einem Bad angeordnet. Wegen des hydrostatischen Drucks steigt die Temperatur in den Verdampfungspassagen von oben nach unten an.in the However, within the scope of the invention, it has been found that the insert such a reflux condenser at the top of the crude argon column has a further advantage. Such capacitors are regular designed as a condenser-evaporator. Against that on the Condensing side (return passages) condensing Top gas thus becomes a cooling fluid on the evaporation side evaporated. The heat exchanger block is conventional arranged in a bath. Because of the hydrostatic pressure increases the temperature in the evaporation passages from top to bottom.

Durch die Trennwirkung des Rücklaufkondensators am Kopf der Rohargonsäule wird das in den Rücklaufpassagen nach oben strömende Gas zunehmend stickstoffreicher und ist am Kopf des Kondensators wegen des erhöhten Stickstoffanteils am kältesten (siehe 4). Damit passt sich der Temperaturverlauf in den Rücklaufpassagen an denjenigen der Verdampfungspassagen an. Auf diese Weise entsteht beim Rücklaufkondensator eine natürliche Tendenz zu einem über die gesamte Blockhöhe fast gleich bleibenden treibenden Temperaturgefälle. Beim konventionellen Rohargonkondensator ist dagegen das treibende Temperaturgefälle im unteren Kondensatorbereich immer viel kleiner als im oberen Bereich. Dies schwächt den Beitrag der im unteren Kondensatorteil befindlichen Heizfläche am gesamten Wärmeaustausch. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist dagegen die Temperaturdifferenz zwischen Verdampfungs- und Verflüssigungspassagen fast konstant. Damit können die Austauschverluste verringert und damit Betriebskosten eingespart werden, oder die Austauschfläche wird entsprechend verkleinert und damit die Investitionskosten verringert.Due to the separating effect of the reflux condenser at the top of the crude argon column, the gas flowing upwards in the return passages becomes increasingly nitrogen-rich and is the coldest at the top of the condenser because of the increased nitrogen content (see 4 ). Thus, the temperature profile in the return passages adapts to those of the evaporation passages. In this way, the return condenser creates a natural tendency for a driving temperature gradient which remains almost constant over the entire block height. In the conventional crude argon capacitor, however, the driving temperature gradient in the lower capacitor area is always much smaller than in the upper area. This weakens the contribution of the heating surface located in the lower part of the condenser to the total heat exchange. In the method according to the invention, however, the temperature difference between evaporation and liquefaction passages is almost constant. Thus, the exchange losses can be reduced and thus operating costs can be saved, or the exchange area is reduced accordingly and thus reduces the investment costs.

Damit erhöhen sich Produktreinheit und/oder Produktausbeute. Bei gleich bleibender oder weniger stark erhöhter Trennwirkung kann die Zahl der theoretischen Böden in der Rohargonsäule verringert werden; dadurch werden die Investitionskosten der Anlage vermindert.In order to increase product purity and / or product yield. At constant or less greatly increased separation effect can be the number of theoretical plates in the crude argon column be reduced; This will reduce the investment costs of the plant reduced.

Es ist besonders günstig, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Rohargonstrom aus dem oberen Bereich der Rücklaufpassagen abgezogen wird. Die nach Durchströmen gasförmig verbliebene Fraktion weist eine besonders hohe Argonkonzentration auf und ihr Sauerstoffgehalt ist besonders niedrig. Zwar enthält der Rohargonstrom damit auch relativ viel Stickstoff; dieser kann jedoch ohne großen Aufwand in der Reinargonsäule abgetrennt werden.It is particularly advantageous when in the inventive Process the crude argon stream from the top of the return passages is deducted. The gas after flowing through remaining fraction has a particularly high argon concentration and their oxygen content is particularly low. Although contains the crude argon stream thus also relatively much nitrogen; this one can but without much effort in the pure argon column be separated.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird aus dem oberen Bereich der Rohargonsäule und aus den Rücklaufpassagen kein Restgasstrom abgezogen. Vorzugsweise wird aus dem oberen Bereich einschließlich der Rücklaufpassagen neben dem Rohargonstrom überhaupt kein weiterer Strom abgezogen. Der Rohargonsäule wird beispielsweise neben dem Rohargonstrom lediglich ein weiterer Strom abgezogen, der in das Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung zurückgeleitet (zum Beispiel in die Niederdrucksäule eines Zwei-Säulen-Systems, aus der auch der argonhaltige Strom abgezogen wird).In Another embodiment of the invention will become apparent from the upper area the crude argon column and from the return passages no residual gas stream withdrawn. Preferably, from the upper area including the return passages next to the Rohargonstrom no further electricity withdrawn at all. For example, the crude argon column will be next to the crude argon stream just another stream withdrawn into the distillation column system returned to the nitrogen-oxygen separation (for Example in the low-pressure column of a two-column system, from which the argon-containing stream is subtracted).

Es ist ferner günstig, wenn der Rohargonstrom der Rohargonsäule oder dem Kopfkondensator in Gasform entnommen und stromaufwärts seiner Einleitung in die Reinargonsäule in einem Zusatzkondensator mindestens teilweise, beispielsweise vollständig kondensiert wird. Hierdurch kann der Rohargonstrom mindestens teilweise, beispielsweise vollständig in flüssiger Form in die Reinargonsäule eingeleitet werden. Dieser Zusatzkondensator sowie die folgenden Maßnahmen können auch bei Verfahren eingesetzt werden, bei denen der Kopfkondensator nicht als Rücklaufkondensator ausgebildet ist.It is also favorable if the crude argon stream of the crude argon column or the top condenser taken in gaseous form and upstream his introduction to the pure argon column in an additional capacitor at least partially, for example, completely condensed becomes. As a result, the Rohargonstrom can at least partially, for example completely introduced into the pure argon column in liquid form become. This booster capacitor and the following measures can also be used in processes in which the top condenser is not designed as a reflux condenser is.

Vorzugsweise sind der Kopfkondensator und der Zusatzkondensator als Kondensator-Verdampfer ausgebildet, wobei beider Verdampfungspassagen mit demselben Kühlfluid gespeist werden. Das Kühlfluid wird in den Verdampfungspassagen teilweise verdampft, wobei durch den Thermosiphoneffekt Flüssigkeit mitgerissen und in das Flüssigkeitsbad zurückgeleitet wird. Als Kühlfluid wird zum Beispiel sauerstoffangereicherte Flüssigkeit aus dem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, etwa aus dem Sumpf der Hochdrucksäule eines Zwei-Säulen-Systems, eingesetzt.Preferably are the top condenser and the additional condenser designed as a condenser-evaporator, wherein both evaporation passages with the same cooling fluid be fed. The cooling fluid is in the evaporation passages partially evaporated, whereby the thermosiphon effect liquid entrained and returned to the liquid bath becomes. As the cooling fluid, for example, oxygen-enriched Liquid from the distillation column system for Nitrogen-oxygen separation, for example from the bottom of the high-pressure column a two-pillar system.

Es ist ferner günstig, wenn der Kopfkondensator und der Zusatzkondensator als Flüssigkeitsbadverdampfer ausgebildet und in demselben Flüssigkeitsbad angeordnet sind. Da der Zusatzkondensator regelmäßig eine geringere Höhe als der Kopfkondensator aufweist, kann der Zusatzkondensator dennoch mit einer Temperatur am unteren Ende betrieben werden, die niedriger als die Temperatur am unteren Ende des Kopfkondensators ist.It is also advantageous if the top condenser and the additional capacitor formed as a liquid bath evaporator and in the same Liquid bath are arranged. Because the additional capacitor regularly a lower height than that Has top condenser, the additional capacitor can still with a lower end temperature can be operated as the temperature is at the lower end of the top condenser.

Wenn der Rohargonstrom in flüssigem Zustand auf den Kopf der Reinargonsäule aufgegeben wird, kann dieser als Rücklaufflüssigkeit genutzt und auf einen Kopfkondensator der Reinargonsäule verzichtet werden. Dies ist an sich aus US 5970743 und US 6574988 B1 bekannt. In Kombination mit dem Rücklaufkondensator ergibt sich jedoch eine erhöhte Argonausbeute.If the Rohargonstrom is given up in the liquid state to the head of the pure argon column, this can be used as reflux liquid and can be dispensed with a top condenser of the pure argon column. This is in itself US 5970743 and US Pat. No. 6574988 B1 known. In combination with the reflux condenser, however, results in an increased argon yield.

Es ist ferner vorteilhaft, wenn vom Kopf der Reinargonsäule oder aus dem oberen Bereich der Rücklaufpassagen ein Restgasstrom abgezogen und der Einsatzluft, insbesondere vor deren Verdichtung, zugemischt wird. Diese Rückführung des Restgases vom Kopf der Reinargonsäule oder der Rohargonsäule kann auch bei Argongewinnungsverfahren ohne Rücklaufkondensator am Kopf der Rohargonsäule mit Vorteil angewendet werden. Im Unterschied zum Verwerfen des Restgases wird damit das in diesem enthaltene Argon in den Prozess zurückgeführt. Die Argonausbeute steigt entsprechend. Grundsätzlich kann dabei ein separater Rückverdichter eingesetzt werden, günstiger ist jedoch die Zuspeisung in die drucklose Einsatzluft stromaufwärts des Luftverdichters, insbesondere günstiger als die direkte Rückführung des Restgases in das Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, wie sie in US 5133790 vorgeschlagen wird.It is also advantageous if a residual gas stream is withdrawn from the head of the pure argon column or from the upper region of the return passages and mixed with the feed air, in particular before its compression. This recycling of the residual gas from the head of the pure argon column or the crude argon column can also be used with advantage in argon recovery processes without reflux condenser at the top of the crude argon column. In contrast to discarding the residual gas, the argon contained in it is returned to the process. The argon yield increases accordingly. In principle, a separate recompressor can be used, but more favorable is the feed into the unpressurized feed air upstream of the air compressor, in particular more favorable than the direct return of the residual gas in the distillation column system for nitrogen-oxygen separation, as in US 5133790 is proposed.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 9.The The invention also relates to a device according to claim 9th

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 hereinafter Based on schematically illustrated in the drawings embodiments explained in more detail. Hereby show:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ohne Zusatzkondensator, 1 A first embodiment of the method according to the invention without additional capacitor,

2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit Zusatzkondensator, 2 a second embodiment with additional capacitor,

3 die Rohargonsäule und die Reinargonsäule eines dritten Ausführungsbeispiels, 3 the crude argon column and the pure argon column of a third embodiment,

4 der Temperatur- und Konzentrationsverlauf in einem Rohargonsäulen-Kopfkondensator, der gemäß der Erfindung als Rücklaufkondensator ausgebildet ist, 4 the temperature and concentration profile in a crude argon column overhead condenser, which is designed according to the invention as a reflux condenser,

5 einen schematischen Längsschnitt durch eine Rücklaufpassage einer speziellen Bauform eines Rücklaufkondensators und 5 a schematic longitudinal section through a return passage of a special design of a reflux condenser and

6 eine weitere spezielle Bauform des Rücklaufkondensators mit Längsschnitt durch eine Rücklaufpassage. 6 Another special design of the reflux condenser with a longitudinal section through a return passage.

Einander entsprechende Bauteile beziehungsweise Verfahrensschritte tragen in den Zeichnungen dieselben Bezugszeichen.each other wear corresponding components or process steps in the drawings, the same reference numerals.

In dem Verfahren von 1 wird atmosphärische Luft 1 wird über ein Filter 2 von einem Luftverdichter 3 angesaugt und dort auf einen Absolutdruck von 5,0 bis 7,0 bar, vorzugsweise etwa 5,5 bar verdichtet und wird anschließend in einem Direktkontaktkühlers 4 in direktem Wärmeaustausch mit Kühlwasser 5, 6 gekühlt, das zum einen (5) aus einem Verdunstungskühler 7 stammt, zum anderen (6) von einer äußeren Quelle zugeführt wird. Die verdichtete und gekühlte Luft 8 wird in einer Reinigungsvorrichtung 9 gereinigt, die ein Paar von Behältern aufweist, die mit Adsorptionsmaterial, vorzugsweise Molekularsieb gefüllt sind. Die gereinigte Luft 10 wird in einem Hauptwärmetauscher-System 11a, 11b, 11c auf etwa Taupunkt abgekühlt. Die kalte Luft 12 wird in die Hochdrucksäule 13 eines Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung eingeleitet, das außerdem eine Niederdrucksäule 14 aufweist. Hochdrucksäule 13 und Niederdrucksäule 14 sind als klassische Linde-Doppelsäule ausgeführt und stehen über einen Hauptkondensator 15 in wärmetauschender Verbindung. Die Betriebsdrücke – jeweils am Kopf – betragen 4,5 bis 6,5 bar, vorzugsweise etwa 5,0 bar in der Hochdrucksäule und 1,2 bis 1,7 bar, vorzugsweise etwa 1,3 bar in der Niederdrucksäule.In the process of 1 becomes atmospheric air 1 is about a filter 2 from an air compressor 3 sucked and there compressed to an absolute pressure of 5.0 to 7.0 bar, preferably about 5.5 bar and is then in a direct contact cooler 4 in direct heat exchange with cooling water 5 . 6 cooled, the one ( 5 ) from an evaporative cooler 7 comes to one another, 6 ) is supplied from an external source. The compressed and cooled air 8th is in a cleaning device 9 cleaned having a pair of containers filled with adsorbent material, preferably molecular sieve. The purified air 10 is in a main heat exchanger system 11a . 11b . 11c cooled to about dew point. The cold air 12 gets into the high pressure column 13 introduced a distillation column system for nitrogen-oxygen separation, which also has a low pressure column 14 having. High-pressure column 13 and low pressure column 14 are designed as classic Linde double column and have a main capacitor 15 in heat exchanging connection. The operating pressures - at the top - are 4.5 to 6.5 bar, preferably about 5.0 bar in the high pressure column and 1.2 to 1.7 bar, preferably about 1.3 bar in the low pressure column.

Flüssiger Rohsauerstoff 16 wird vom Sumpf der Hochdrucksäule 13 abgezogen, in einem Unterkühlungs-Gegenströmer 17 unterkühlt und zu einem Teil 19 in einem Sumpfverdampfer 21 der Reinargonsäule 20 weiter abgekühlt. Ein anderer Teil 22 kann am Sumpfverdampfer 21 vorbeigeleitet werden. Anschließend strömt ein Teil 23 in den Verdampfungsraum eines Kopfkondensators 24 einer Rohargonsäule 25, ein anderer Teil in den Verdampfungsraum eines Kopfkondensators 27 der Reinargonsäule 20. Der in den Kopfkondensatoren 24, 27 verdampfte Rohsauerstoff 28, 29 wird über Leitung 30 der Niederdrucksäule 14 an einer ersten Zwischenstelle zugeführt. Der flüssig verbliebene Anteil 31 aus dem Kopfkondensator 24 der Rohargonsäule 25 wird ebenfalls zu der ersten Zwischenstelle der Niederdrucksäule 14 geführt. Der flüssig verbliebene Anteil 32 aus dem Kopfkondensator 27 der Reinargonsäule 20 wird an einer zweiten Zwischenstelle der Niederdrucksäule 14 aufgegeben, die oberhalb der ersten Zwischenstelle liegt.Liquid crude oxygen 16 is from the bottom of the high pressure column 13 subtracted, in a subcooling countercurrent 17 undercooled and to a part 19 in a sump evaporator 21 the pure argon column 20 further cooled. Another part 22 can at the bottom evaporator 21 be led past. Subsequently, a part flows 23 in the evaporation space of a top condenser 24 a crude argon column 25 , another part in the evaporation space of a top condenser 27 the pure argon column 20 , The in the head condensers 24 . 27 evaporated crude oxygen 28 . 29 will be over line 30 the low pressure column 14 supplied at a first intermediate point. The liquid remaining proportion 31 from the top condenser 24 the crude argon column 25 also becomes the first intermediate point of the low-pressure column 14 guided. The liquid remaining proportion 32 from the top condenser 27 the pure argon column 20 is at a second intermediate point of the low pressure column 14 abandoned, which is above the first Intermediate point lies.

Gasförmiger Stickstoff 33 vom Kopf der Hochdrucksäule 13 wird zu einem ersten Teil 34 zu kalten Ende des Hauptwärmetauschers 11a geleitet, dort auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt und anschließend in einen Druckproduktstrom 36 (GAN I) und einen Kreislaufstrom 37 aufgeteilt. Der Kreislaufstrom 37 wird in einem Kreislaufverdichter 38 mit Nachkühler 39 auf einen Druck von 25 bis 60 bar, vorzugsweise etwa 35 bar verdichtet und im Hauptwärmetauscher 11a abgekühlt. Ein Teil 40 des Hochdruckstickstoffs wird bei einer Zwischentemperatur aus dem Hauptwärmetauscher entnommen und in einer Entspannungsturbine 41 auf etwa Hochdrucksäulendruck arbeitsleistend entspannt. Der entspannte Kreislaufstrom 42 wird wieder dem kalten 34 Druckproduktstrom zugemischt. Eventuell vorhandene Flüssigkeit wird vorher abgetrennt (43) und über Leitung 44 auf den Kopf der Niederdrucksäule 14 aufgegeben. Ein anderer Teil 61 des Hochdruckstickstoffs wird bis zum kalten Ende des Hauptwärmetauschers 11a geführt und anschließend auf die Hochdrucksäule 13 aufgegeben.Gaseous nitrogen 33 from the head of the high pressure column 13 becomes a first part 34 to cold end of the main heat exchanger 11a passed there, warmed to about ambient temperature and then into a pressure product stream 36 (GAN I) and a circulation stream 37 divided up. The circulation stream 37 is in a cycle compressor 38 with aftercooler 39 compressed to a pressure of 25 to 60 bar, preferably about 35 bar and in the main heat exchanger 11a cooled. A part 40 of the high pressure nitrogen is removed at an intermediate temperature from the main heat exchanger and in an expansion turbine 41 working at about high-pressure column pressure work. The relaxed circulation stream 42 gets cold again 34 Mixed pressure product stream. Any existing liquid is previously separated ( 43 ) and via wire 44 on the head of the low-pressure column 14 given up. Another part 61 of high-pressure nitrogen goes to the cold end of the main heat exchanger 11a guided and then on the high pressure column 13 given up.

Der restliche gasförmige Kopfstickstoff 45 der Hochdrucksäule 13 wird im Hauptkondensator 15 mindestens teilweise kondensiert. Der dabei erzeugte flüssige Stickstoff 46 wird zu einem Teil 47 der Hochdrucksäule 13 als Rücklauf aufgegeben. Ein anderer Teil 48, 49 wird nach Unterkühlung im Unterkühlungs-Gegenströmer 17 zum Kopf der Niederdrucksäule 14 geleitet. Dort kann ein Teil 50 als Flüssigstickstoffprodukt (LIN) abgezogen werden.The remaining gaseous head nitrogen 45 the high pressure column 13 will be in the main capacitor 15 at least partially condensed. The generated liquid nitrogen 46 becomes a part 47 the high pressure column 13 abandoned as return. Another part 48 . 49 is after subcooling in the subcooling countercurrent 17 to the head of the low-pressure column 14 directed. There can be a part 50 are withdrawn as liquid nitrogen product (LIN).

Unmittelbar oberhalb des Sumpfes der Niederdrucksäule 14 wird gasförmiger Sauerstoff 51 entnommen, im Hauptwärmetauscher 11a angewärmt und über Leitung 52 als druckloses gasförmiges Produkt (GOX III) abgezogen. Ein flüssiger Sauerstoffstrom 53 aus dem Sumpf der Niederdrucksäule 14 wird im Unterkühlungs-Gegenströmer 17 unterkühlt und über Leitung 54 einem Flüssigtank (LOX) zugeleitet werden. Mindestens ein Teil des flüssigen Sauerstoffs wird über Leitung 55 dem Tank wieder entnommen, in einer Pumpe 56 auf den benötigten Produktdruck gebracht, zum Beispiel 6 bis 60 bar, vorzugsweise etwa 31 bar, und im Hauptwärmetauscher 11a gegen Hochdruckstickstoff verdampft (beziehungsweise bei überkritischem Druck pseudo-verdampft) und auf Umgebungstemperatur angewärmt und schließlich über Leitung 57 als gasförmiges Hochdruckprodukt (GOX I) abgezogen. Ein Teil 58 der Hochdruckflüssigkeit wird über ein Drosselventil 59 auf einen Zwischendruck von beispielsweise 6 bis 25 bar, vorzugsweise etwa 15 bar entspannt und unter diesem geringeren Druck verdampft und über Leitung 60 als gasförmiges Mitteldruckprodukt (GOX II) abgezogen.Immediately above the bottom of the low pressure column 14 becomes gaseous oxygen 51 removed, in the main heat exchanger 11a warmed up and over wire 52 withdrawn as a non-pressurized gaseous product (GOX III). A liquid oxygen stream 53 from the bottom of the low-pressure column 14 is in the subcooling countercurrent 17 undercooled and over wire 54 a liquid tank (LOX) are supplied. At least a portion of the liquid oxygen is via line 55 removed from the tank, in a pump 56 brought to the required product pressure, for example 6 to 60 bar, preferably about 31 bar, and in the main heat exchanger 11a evaporated to high pressure nitrogen (or pseudo-vaporized at supercritical pressure) and warmed to ambient temperature and finally via line 57 withdrawn as gaseous high pressure product (GOX I). A part 58 the high pressure liquid is via a throttle valve 59 relaxed to an intermediate pressure of, for example, 6 to 25 bar, preferably about 15 bar and evaporated under this lower pressure and via line 60 withdrawn as gaseous medium pressure product (GOX II).

Gasförmiger Stickstoff 62, 63, 64 vom Kopf der Niederdrucksäule 14 und gasförmiger Unreinstickstoff 65, 66, 67 von einer Zwischenstelle der Niederdrucksäule 14 werden jeweils im Unterkühlungs-Gegenströmer 17 unterkühlt, in den Hauptwärmetauscher-Blöcken 11c beziehungsweise 11b angewärmt und über Leitung 68 – gegebenenfalls nach Erhitzung 69 – als Regeneriergas für die Reinigungsvorrichtung 9 eingesetzt, über Leitung 70 dem Verdunstungskühler 70 zugeführt und/oder über Leitung 71 direkt in die Atmosphäre abgeblasen.Gaseous nitrogen 62 . 63 . 64 from the top of the low-pressure column 14 and gaseous impurity nitrogen 65 . 66 . 67 from an intermediate point of the low-pressure column 14 are each in the subcooling countercurrent 17 undercooled, in the main heat exchanger blocks 11c respectively 11b warmed up and over wire 68 - if necessary after heating 69 - As a regeneration gas for the cleaning device 9 used, via wire 70 the evaporative cooler 70 supplied and / or via line 71 blown off directly into the atmosphere.

An einer dritten Zwischenstelle, die unterhalb der ersten Zwischenstelle angeordnet ist, wird der Niederdrucksäule 14 ein argonhaltiger Strom 72 entnommen und der Rohargonsäule 25 unmittelbar über dem Sumpf zugeführt. Die Rohargonsäule 25 ist in diesem Beispiel einteilig ausgeführt. Sumpfflüssigkeit 73 der Rohargonsäule wird über Pumpe 74 und Leitung 75 in die Niederdrucksäule zurückgeleitet.At a third intermediate point, which is arranged below the first intermediate point, the low-pressure column 14 an argon-containing stream 72 taken and the crude argon column 25 fed directly above the sump. The crude argon column 25 is in this example made in one piece. bottoms liquid 73 the crude argon column is pumped 74 and direction 75 returned to the low pressure column.

Der Kopfkondensator 24 der Rohargonsäule 25 ist erfindungsgemäß als Rücklaufkondensator ausgebildet. Gas vom Kopf der Rohargonsäule 25 strömt unten in die Rücklaufpassagen ein und wird dort partiell kondensiert. Das dabei erzeugte Kondensat strömt im Gegenstrom zu dem aufsteigenden Gas in den Rücklaufpassagen nach unten und wird in der Rohargonsäule 25 als flüssiger Rücklauf genutzt. Auf der Verdampfungsseite ist der Kopfkondensator 24 als Badkondensator ausgebildet. Das Kühlfluid, das hier durch flüssigen Rohsauerstoff 23 gebildet wird, strömt unten über eine oder mehrere seitliche Öffnungen in die Verdampfungspassagen ein und wird dort teilweise verdampft. Durch den Thermosiphoneffekt wird Flüssigkeit mitgerissen, tritt zusammen mit dem verdampften Anteil am oberen Ende der Verdampfungspassagen aus und wird in das Flüssigkeitsbad zurückgeleitet.The top condenser 24 the crude argon column 25 is inventively designed as a reflux condenser. Gas from the head of the crude argon column 25 flows down into the return passages and is partially condensed there. The condensate generated in this case flows in countercurrent to the rising gas in the return passages down and is in the crude argon column 25 used as a liquid reflux. On the evaporation side is the top condenser 24 designed as a bath condenser. The cooling fluid, here by liquid raw oxygen 23 is formed, flows down through one or more lateral openings in the evaporation passages and is partially evaporated there. Liquid is entrained by the thermosiphon effect, exits along with the vaporized portion at the top of the evaporation passages, and is returned to the liquid bath.

Vom oberen Ende der Rücklaufpassagen wird über einen seitlichen Header ein Rohargonstrom 76 gasförmig entnommen und der Reinargonsäule 20 an einer Zwischenstelle zugeleitet. Der Kopfkondensator der Reinargonsäule 20 ist in dem Beispiel auf der Verflüssigungsseite konventionell ausgeführt, das heißt das Kopfgas 77 der Reinargonsäule 20 strömt von oben nach unten durch die Verflüssigungspassagen. (Alternativ könnten auch der Kopfkondensator 27 der Reinargonsäule 20 und/oder der Hauptkondensator 15 als Rücklaufkondensatoren ausgebildet sein.) Vom Kopfkondensator 27 wird ein Restgasstrom 78 abgezogen und in dem Beispiel in die Atmosphäre abgeblasen. Alternativ kann er über ein eigenes Gebläse in das Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung oder vor den Luftverdichter 3 zurückgeführt werden.From the upper end of the return passages is a Rohargonstrom via a side header 76 taken in gaseous form and the pure argon column 20 forwarded to an intermediate body. The top condenser of the pure argon column 20 is conventionally carried out in the example on the liquefaction side, that is, the head gas 77 the pure argon column 20 flows from top to bottom through the liquefaction passages. (Alternatively, also the top condenser 27 the pure argon column 20 and / or the main capacitor 15 be designed as reflux condensers.) From the top condenser 27 becomes a residual gas flow 78 subtracted and blown off in the example in the atmosphere. Alternatively, it can have its own blower in the distillation column system for nitrogen-oxygen separation or in front of the air compressor 3 to be led back.

Die Sumpfflüssigkeit 79 der Reinargonsäule 20 wird zu einem Teil 80 in dem Sumpfverdampfer 21 verdampft und der dabei erzeugte Dampf 81 wird als aufsteigendes Gas in der Reinargonsäule 20 genutzt. Der Rest wird als flüssiger Reinargonproduktstrom 82 entnommen.The bottoms liquid 79 the pure argon column 20 becomes a part 80 in the sump evaporator 21 evaporates and the steam generated thereby 81 is called ascending gas in the pure argon column 20 used. The remainder is called a liquid pure argon product stream 82 taken.

Das Ausführungsbeispiel der 2 weicht vor Allem in der Ausführung der Reinargonsäule 20 von 1 ab. Die Reinargonsäule weist hier keinen Kopfkondensator auf. Der Rohargonstrom 176 wird hier durch einen Teil der aus den Rücklaufpassagen des Kopfkondensators 24 der Rohargonsäule 25 gebildet und auf den Kopf der Reinargonsäule 20 aufgegeben. Das Kopfgas 177 der Reinargonsäule 20 wird zum Kopf der Rohargonsäule 25 zurückgeführt. Der Restgasstrom 178 wird durch den im Kopfkondensator 24 nicht kondensierten Anteil des Kopfgases von Rohargonsäule und Reinargonsäule gebildet. Er wird am oberen Ende der Rücklaufpassagen über einen seitlichen Header entnommen und kann wie der Restgasstrom 78 der 1 behandelt werden.The embodiment of 2 gives way before all in the execution of the pure argon column 20 from 1 from. The pure argon column has no top condenser here. The crude argon stream 176 is here through part of the return passages of the top condenser 24 the crude argon column 25 formed and on the head of the pure argon column 20 given up. The head gas 177 the pure argon column 20 becomes the head of the crude argon column 25 recycled. The residual gas flow 178 is through the in the top condenser 24 uncondensed fraction of the top gas formed by crude argon column and pure argon column. It is taken from the top of the return passages via a side header and can be like the residual gas stream 78 of the 1 be treated.

3 zeigt nur die Rohargonsäule 25 und die Reinargonsäule 20. Ansonsten ist das Verfahren identisch mit denjenigen der 1 und 2. Ähnlich wie bei 2 wird hier ein erster Rohargonstrom 276a flüssig in die Reinargonsäule 20 eingeleitet. Abweichend von 2 erfolgt diese Einleitung jedoch nicht am Kopf, sondern wie bei 1 an einer Zwischenstelle der Reinargonsäule 20. An dieser Stelle wird auch ein Teil 277 des in der Reinargonsäule aufsteigenden Gases entnommen und zum Kopf der Rohargonsäule 25 zurückgeführt. 3 shows only the crude argon column 25 and the pure argon column 20 , Otherwise, the procedure is identical to that of 1 and 2 , Similar to 2 Here is a first Rohargonstrom 276a liquid in the pure argon column 20 initiated. Deviating from 2 However, this introduction is not done on the head, but as in 1 at an intermediate point of the Reinargonsäule 20 , At this point is also a part 277 taken from the rising in the pure argon column gas and the head of the crude argon column 25 recycled.

Der Dampf 276b vom Kopf der Rücklaufpassagen des Kopfkondensators 24 bildet einen zweiten Rohargonstrom. Dieser wird in einem Zusatzkondensator 227, der als Kondensator-Verdampfer ausgebildet ist, mindestens teilweise kondensiert. Das Kondensat 282 wird als Rücklauf auf den Kopf der Reinargonsäule aufgegeben. Die Verdampfungsseite des Zusatzkondensators 227 ist wie diejenige des Kopfkondensators 24 als Flüssigkeitsbadverdampfer ausgebildet, wobei beide vorzugsweise im selben Flüssigkeitsbad angeordnet sind, das durch flüssigen Rohsauerstoff 23 gespeist wird.The steam 276b from the head of the return passages of the top condenser 24 forms a second crude argon stream. This one is in an additional capacitor 227 , which is designed as a condenser-evaporator, at least partially condensed. The condensate 282 is given as reflux to the head of the pure argon column. The evaporation side of the additional capacitor 227 is like that of the top condenser 24 formed as liquid bath evaporator, wherein both are preferably arranged in the same liquid bath, the liquid raw oxygen 23 is fed.

In 4 ist zum einen der Temperaturverlauf über der Höhe des Kondensatorblocks aufgetragen (linke Achse). Zwischen der in den Rücklaufpassagen kondensierenden Flüssigkeit, deren Temperatur etwa gleich der Temperatur in den Verdampfungspassagen ist, (obere Kurve "Kondensation") und dem im Gegenstrom dazu aufsteigenden verdampfenden Gas (untere Kurve "Verdampfung") herrscht eine Temperaturdifferenz (MTD), die über die Höhe des Rücklaufkondensators fast konstant ist.In 4 On the one hand, the temperature profile is plotted against the height of the condenser block (left axis). Between the condensing in the return passages liquid whose temperature is approximately equal to the temperature in the evaporation passages (upper curve "condensation") and the counter-rising ascending evaporating gas (lower curve "evaporation") there is a temperature difference (MTD), the the height of the reflux condenser is almost constant.

Zum anderen ist auch der Stickstoffgehalt des im Block aufsteigenden Gases dargestellt. Der Rücklaufkondensator hat in dem Beispiel eine Trennwirkung von fünf theoretischen Böden angenommen. Ein theoretischer Boden bewirkt im Kopfkondensator einer Rohargonsäule eine Stickstoffanreichung in etwa um den Faktor 3 (K-Wert von Stickstoff in Argon).To the another is also the nitrogen content of the rising in the block Gas shown. The reflux condenser has in the example a separation effect of five theoretical plates accepted. A theoretical bottom causes in the top condenser a Rohargonsäule a nitrogen accumulation in about the Factor 3 (K value of nitrogen in argon).

Alle beschriebenen Kondensatoren sind vorzugsweise als gelötete Aluminiumplattenwärmetauscher ausgeführt, deren Kanäle gewellte Bleche, so genannte Fins, enthalten. Innerhalb der Rücklaufpassagen können grundsätzlich gleiche Fintypen eingesetzt werden. Allerdings kann es bei Rücklaufkondensatoren günstig sein, unterschiedliche Fintypen einzusetzen. Ein Ausführungsbeispiel ist in 5 gezeigt. Die hier gezeigten Rücklaufpassagen sind in vier Abschnitte A bis D unterteilt, in denen unterschiedliche Fintypen eingesetzt werden. Im unten befindlichen Einlaufbereich des Rücklaufkondensators ist die Gasbelastung und damit die Flutneigung am größten. Nach oben hin wird die Gasbelastung immer geringer. Deshalb wird im unteren Bereich A vorzugsweise ein Fin mit einem kleinen spezifischen Druckverlust und einem relativ schlechten Wärmeübergang gewählt. Nach oben hin werden in den Bereichen B, C und D Fins mit jeweils größerem Druckverlust und besserem Wärmeübergang eingesetzt. Beispielsweise steigt die Wellenlänge der Fins (Findichte) nach oben an.All described capacitors are preferably designed as soldered aluminum plate heat exchangers whose channels contain corrugated sheets, so-called fins. Within the return passages basically the same types of fins can be used. However, it may be beneficial in reflux condensers to use different Fintypen. An embodiment is in 5 shown. The return passages shown here are divided into four sections A to D, in which different types of fins are used. In the lower inlet region of the reflux condenser, the gas load and thus the flood tendency is greatest. At the top, the gas load is getting smaller. Therefore, in the lower region A, a fin with a small specific pressure loss and a relatively poor heat transfer is preferably selected. Towards the top, in the areas B, C and D fins are used, each with a greater pressure loss and better heat transfer. For example, the wavelength of the fins (Findichte) increases upward.

6 zeigt eine weitere Methode, den Betrieb der Rücklaufpassagen des Rücklaufkondensators 24 so zu gestalten, dass die grundsätzlich nach oben abnehmende Gasbelastung kompensiert wird. Dabei wird über Leitung 383 ein Teil des zu kondensierenden Gases oben auf die Rücklaufpassagen aufgegeben. Dies verringert die Gasbelastung in der unteren Zone. Da die zum Kopf strömende Gasmenge nur eine Teilmenge der zu kondensieren Gasmenge ist, nimmt die nötige Verrohrung weniger Platz ein und es wird Bauvolumen eingespart. 6 shows another method, the operation of the return passages of the reflux condenser 24 to be designed so that the generally decreasing gas load is compensated. This is via line 383 a part of the gas to be condensed on top of the return passages abandoned. This reduces the gas load in the lower zone. Since the amount of gas flowing to the head is only a subset of the amount of gas to be condensed, the necessary piping takes up less space and construction volume is saved.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der Rücklaufkondensator auf der Verdampfungsseite als Fallfilmverdampfer ausgestaltet, das heißt das zu verdampfende Kühlfluid wird oben aufgegeben und fließt in einer Filmströmung durch die Verdampfungspassagen nach unten. Auch hierbei ergibt sich ein besonders günstiger Verlauf der Verdampfungs- und Verflüssigungstemperaturen über die Höhe des Rücklaufkondensators.In Another embodiment is the flyback capacitor configured on the evaporation side as a falling film evaporator, the means the cooling fluid to be vaporized is at the top abandoned and flows through in a film flow the evaporation passages down. Again, this results in a special favorable course of the evaporation and liquefaction temperatures over the height of the reflux condenser.

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Claims (9)

Verfahren zur Gewinnung von Argon durch Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei dem – Einsatzluft (1) verdichtet (3) und in ein Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung (13, 14) eingeleitet wird, – dem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung ein argonhaltiger Strom (72) entnommen wird, – der argonhaltige Strom (72) einer Rohargonsäule (25) zugeleitet wird, – die Rohargonsäule (25) einen Kopfkondensator (24) aufweist, in dem ein Kopfgas aus der Rohargonsäule (25) mindestens teilweise kondensiert wird, und mindestens ein Teil des dabei gewonnenen Kondensats als Rücklaufflüssigkeit auf die Rohargonsäule (25) aufgegeben wird, – der Rohargonsäule (25) oder dem Kopfkondensator (24) ein Rohargonstrom (76, 176, 276a, 276b) entnommen wird, – der Rohargonstrom (76, 176, 276a, 276b) einer Reinargonsäule (20) zugeleitet wird und – der Reinargonsäule (20) ein Reinargonproduktstrom (81) entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfkondensator (24) der Rohargonsäule (25) als Rücklaufkondensator ausgebildet ist und Kopfgas der Rohargonsäule in die Rücklaufpassagen des Rücklaufkondensators eingeleitet wird.Process for recovering argon by cryogenic separation of air, in which - feed air ( 1 ) ( 3 ) and in a distillation column system for nitrogen-oxygen separation ( 13 . 14 ), - the argon-containing stream of the distillation-column system for nitrogen-oxygen separation ( 72 ), - the argon-containing stream ( 72 ) of a crude argon column ( 25 ), - the crude argon column ( 25 ) a head capacitor ( 24 ), in which a top gas from the crude argon column ( 25 ) is at least partially condensed, and at least a portion of the condensate obtained as reflux liquid to the crude argon column ( 25 ), - the crude argon column ( 25 ) or the head capacitor ( 24 ) a crude argon stream ( 76 . 176 . 276a . 276b ), - the crude argon stream ( 76 . 176 . 276a . 276b ) of a pure argon column ( 20 ) and - the pure argon column ( 20 ) a pure argon product stream ( 81 ), characterized in that the top condenser ( 24 ) of the crude argon column ( 25 ) is formed as a reflux condenser and top gas of the crude argon column is introduced into the return passages of the reflux condenser. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohargonstrom (76, 276b) aus dem oberen Bereich der Rücklaufpassagen abgezogen wird.Method according to claim 1, characterized in that the crude argon stream ( 76 . 276b ) is withdrawn from the upper region of the return passages. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem oberen Bereich der Rohargonsäule (25) und aus den Rücklaufpassagen kein Restgasstrom abgezogen wird.Process according to claim 1 or 2, characterized in that from the upper region of the crude argon column ( 25 ) and from the return passages no residual gas stream is withdrawn. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohargonstrom (276b) der Rohargonsäule oder dem Kopfkondensator (24) in Gasform entnommen und stromaufwärts seiner Einleitung (282) in die Reinargonsäule (20) in einem Zusatzkondensator (227) mindestens teilweise kondensiert wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the Rohargonstrom ( 276b ) of the crude argon column or the top condenser ( 24 ) in gaseous form and upstream of its introduction ( 282 ) into the pure argon column ( 20 ) in an additional capacitor ( 227 ) is at least partially condensed. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfkondensator (24) und der Zusatzkondensator (227) als Kondensator-Verdampfer ausgebildet sind, wobei beider Verdampfungspassagen mit demselben Kühlfluid (23) gespeist werden.Method according to claim 4, characterized in that the head capacitor ( 24 ) and the additional capacitor ( 227 ) are formed as a condenser-evaporator, wherein both evaporation passages with the same cooling fluid ( 23 ) are fed. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfkondensator (24) und der Zusatzkondensator (227) als Flüssigkeitsbadverdampfer ausgebildet und in demselben Flüssigkeitsbad angeordnet sind.Method according to claim 5, characterized in that the head capacitor ( 24 ) and the additional capacitor ( 227 ) are formed as a liquid bath evaporator and are arranged in the same liquid bath. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohargonstrom (176, 282) in flüssigem Zustand auf den Kopf der Reinargonsäule (20) aufgegeben wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the Rohargonstrom ( 176 . 282 ) in the liquid state on the head of the pure argon column ( 20 ) is abandoned. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vom Kopf der Reinargonsäule (20) oder aus dem oberen Bereich der Rücklaufpassagen ein Restgasstrom (78, 178, 278) abgezogen und der Einsatzluft, insbesondere vor deren Verdichtung (3), zugemischt wird.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that from the head of the pure argon column ( 20 ) or from the upper region of the return passages, a residual gas stream ( 78 . 178 . 278 ) and the feed air, in particular before their compression ( 3 ) is mixed. Vorrichtung zur Gewinnung von Argon durch Tieftemperaturzerlegung von Luft mit – einem Luftverdichter (3) zur Verdichtung von Einsatzluft (1), – Mitteln zur Einführung der verdichteten Einsatzluft (8, 10, 12) in ein Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung (13, 14), – Mitteln zur Entnahme eines argonhaltigen Stroms (72) aus dem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, – Mitteln zur Einführung des argonhaltigen Stroms (72) in eine Rohargonsäule (25), – wobei die Rohargonsäule (25) einen Kopfkondensator (24) zur mindestens teilweisen Kondensation eines Kopfgases aus der Rohargonsäule (25), – Mitteln zum Aufgeben mindestens eines Teils des im Kopfkondensator (24) gewonnenen Kondensats als Rücklaufflüssigkeit auf die Rohargonsäule (25), – Mitteln zum Entnehmen eines Rohargonstroms (76, 176, 276a, 276b) aus der Rohargonsäule (25) oder dem Kopfkondensator (24), – Mitteln zum Einleiten des Rohargonstrom (76, 176, 276a, 276b) in eine Reinargonsäule (20), – Mitteln zum Entnehmen eines Reinargonproduktstrom (81) aus der Reinargonsäule (20), dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfkondensator (24) der Rohargonsäule (25) als Rücklaufkondensator ausgebildet ist und Mittel zum Einleiten von Kopfgas der Rohargonsäule in die Rücklaufpassagen des Rücklaufkondensators aufweist.Apparatus for recovering argon by cryogenic separation of air with - an air compressor ( 3 ) for the compression of feed air ( 1 ), - means for introducing the compressed feed air ( 8th . 10 . 12 ) in a distillation column system for nitrogen-oxygen separation ( 13 . 14 ), - means for taking an argon-containing stream ( 72 ) from the distillation column system for nitrogen-oxygen separation, - means for introducing the argon-containing stream ( 72 ) into a crude argon column ( 25 ), - the crude argon column ( 25 ) a head capacitor ( 24 ) for the at least partial condensation of a head gas from the crude argon column ( 25 ), Means for giving up at least part of the in the top condenser ( 24 ) recovered condensate as reflux liquid on the crude argon column ( 25 ), Means for extracting a crude argon stream ( 76 . 176 . 276a . 276b ) from the crude argon column ( 25 ) or the head capacitor ( 24 ), - means for introducing the crude argon stream ( 76 . 176 . 276a . 276b ) in a pure argon column ( 20 ), - means for withdrawing a pure argon product stream ( 81 ) from the pure argon column ( 20 ), characterized in that the head capacitor ( 24 ) of the crude argon column ( 25 ) is formed as a reflux condenser and has means for introducing head gas of the crude argon column into the return passages of the reflux condenser.
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