DE102011113671A1 - Method for cryogenic separation of air in distillation column system for nitrogen-oxygen separation, involves using portion of overhead gas of high pressure column as heating fluid in low pressure column bottom reboiler - Google Patents

Method for cryogenic separation of air in distillation column system for nitrogen-oxygen separation, involves using portion of overhead gas of high pressure column as heating fluid in low pressure column bottom reboiler Download PDF

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Thomas Rathbone
Dimitri Goloubev
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Linde GmbH
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Abstract

A non-vaporized portion (67) of bottom liquid (29) of the low pressure columns (25,26) of a sub-capacitor is partially vaporized. The portion of the vaporized fluid in the sub-capacitor is recovered as a gaseous oxygen product (69). The feeding air stream (35) in the main heat exchangers (20,21) is cooled, and is supplied into a high pressure column (24) by initiating second pressure which is higher than the first pressure. The portion of the overhead gas (58) of the high pressure column is used as a heating fluid in a low pressure column bottom reboiler (28). An independent claim is included for a device for cryogenic separation of air in distillation column system for nitrogen-oxygen separation.

Description

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

Als ”Kondensator-Verdampfer” wird ein Wärmetauscher bezeichnet, in dem ein erster kondensierender Fluidstrom in indirekten Wärmeaustausch mit einem zweiten verdampfenden Fluidstrom tritt. Jeder Kondensator-Verdampfer weist einen Verflüssigungsraum und einen Verdampfungsraum auf, die aus Verflüssigungspassagen beziehungsweise Verdampfungspassagen bestehen. In dem Verflüssigungsraum wird die Kondensation (Verflüssigung) eines ersten Fluidstroms durchgeführt, in dem Verdampfungsraum die Verdampfung eines zweiten Fluidstroms. Verdampfungs- und Verflüssigungsraum werden durch Gruppen von Passagen gebildet, die untereinander in Wärmeaustauschbeziehung stehen.The term "condenser-evaporator" refers to a heat exchanger in which a first condensing fluid stream undergoes indirect heat exchange with a second evaporating fluid stream. Each condenser-evaporator has a liquefaction space and an evaporation space, which consist of liquefaction passages or evaporation passages. In the liquefaction space, the condensation (liquefaction) of a first fluid flow is performed, in the evaporation space the evaporation of a second fluid flow. Evaporation and liquefaction space are formed by groups of passages that are in heat exchange relationship with each other.

Ein Kondensator-Verdampfer kann beispielsweise als Fallfilm- oder Badverdampfer ausgebildet sein. Bei einem ”Fallfilmverdampfer” strömt das zu verdampfende Fluid von oben nach unten durch den Verdampfungsraum und wird dabei teilweise verdampft. Bei einem ”Badverdampfer” (gelegentlich auch ”Umlaufverdampfer” oder Thermosiphon-Verdampfer” genannt) steht der Wärmetauscherblock in einem Flüssigkeitsbad des zu verdampfenden Fluids. Dieses strömt mittels des Thermosiphon-Effekts von unten nach oben durch die Verdampfungspassagen und tritt oben als Zwei-Phasen-Gemisch wieder aus. Die verbleibende Flüssigkeit strömt außerhalb des Wärmetauscherblocks in das Flüssigkeitsbad zurück. (Bei einem Badverdampfer kann der Verdampfungsraum sowohl die Verdampfungspassagen als auch den Außenraum um den Wärmetauscherblock umfassen.)A condenser-evaporator may be formed, for example, as a falling film or bath evaporator. In a "falling-film evaporator", the fluid to be evaporated flows from top to bottom through the evaporation space and is partially evaporated. In a "bath evaporator" (sometimes called "circulation evaporator" or thermosiphon evaporator "), the heat exchanger block is in a liquid bath of the fluid to be evaporated. This flows by means of the thermosiphon effect from bottom to top through the evaporation passages and exits the top again as a two-phase mixture. The remaining liquid flows outside the heat exchanger block back into the liquid bath. (In a bath evaporator, the evaporation space may include both the evaporation passages and the outside space around the heat exchanger block.)

Die Kondensator-Verdampfer für die Niederdrucksäule (der Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer und der Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer) können im Inneren der Niederdrucksäule angeordnet sein oder einem oder mehreren separaten Behältern.The condenser-evaporators for the low-pressure column (the low-pressure column intermediate evaporator and the low-pressure column bottom evaporator) may be arranged in the interior of the low-pressure column or one or more separate containers.

Die Hochdrucksäule und die Niederdrucksäule bilden jeweils eine Trennsäule im verfahrenstechnischen Sinne. Sie sind regelmäßig in jeweils einem Behälter angeordnet. Alternativ kann jede Säule auf zwei oder mehrere Behälter verteilt angeordnet sein, die entsprechend verbunden sind (zum Beispiel ”geteilte Niederdrucksäule” wie aus DE 1000997 d P bekannt).The high-pressure column and the low-pressure column each form a separation column in the process engineering sense. They are regularly arranged in a container. Alternatively, each column may be arranged distributed on two or more containers, which are respectively connected (for example, "divided low-pressure column" as off DE 1000997 d P known).

Der Einsatz für den Nebenkondensator wird entweder durch einen Teil der Sumpfflüssigkeit der Niederdrucksäule gebildet, die auch in den Verdampfungsraum des Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer eintritt; diese Verfahrensführung wird regelmäßig gewählt, wenn der Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer als Badverdampfer ausgebildet ist. Alternativ wird – zum Beispiel beim Einsatz eines Fallfilmverdampfers – die Sumpfflüssigkeit der Niederdrucksäule, die von dem untersten Stoffaustauschelement abläuft, in den Fallfilmverdampfer eingeführt, und der nicht verdampfte Anteil der Niederdrucksäulen-Sumpfflüssigkeit, der unten aus dem Niederdrucksäule austritt, wird mindestens teilweise dem Nebenkondensator zugeführt.The insert for the secondary condenser is formed either by a part of the bottom liquid of the low-pressure column, which also enters the evaporation chamber of the low-pressure column bottom evaporator; This procedure is chosen regularly when the low-pressure column bottom evaporator is designed as a bath evaporator. Alternatively, for example when employing a falling film evaporator, the bottom liquid of the low pressure column draining from the bottom mass transfer element is introduced into the falling film evaporator, and the unvaporized portion of the low pressure column bottom liquid exiting the bottom of the low pressure column is at least partially fed to the side condenser ,

Bei einem klassischen Verfahren mit zwei Kondensator-Verdampfern für die Niederdrucksäule wird der Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer mit einem Luftstrom beheizt; dies ist ungünstig für die Trennleistung, weil ein Teil der Luft vorverflüssigt wird und deshalb nicht mehr an der Vortrennung in der Hochdrucksäule teilnimmt. Aus US 2008115531 A1 ist ein Nebenkondensator-Verfahren der eingangs genannten Art mit zwei Kondensator-Verdampfern für die Niederdrucksäule bekannt, bei dem eine solcher Luftstrom unter erhöhtem Druck nicht benötigt wird. Stattdessen wird Stickstoff aus der Hochdrucksäule in einem Kaltverdichter auf einen erhöhten Druck gebracht und als Heizmedium im Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer (und im Nebenkondensator) eingesetzt. Der Einsatz eines Kaltverdichters ist jedoch immer mit einem Wärmeeintrag auf niedrigem Temperaturniveau verbunden, der grundsätzlich. energetisch ungünstig ist.In a classical process with two condenser-evaporators for the low-pressure column, the low-pressure column bottom evaporator is heated with an air stream; this is unfavorable for the separation efficiency because part of the air is pre-liquefied and therefore no longer participates in the pre-separation in the high-pressure column. Out US 2008115531 A1 is a secondary condenser method of the type mentioned with two condenser evaporators for the low pressure column is known in which such air flow under elevated pressure is not needed. Instead, nitrogen is brought from the high pressure column in a cold compressor to an elevated pressure and used as a heating medium in the low-pressure column bottom evaporator (and in the secondary condenser). However, the use of a cold compressor is always associated with a heat input at a low temperature level, which in principle. energetically unfavorable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung so zu gestalten, dass sie energetisch besonders günstig zu betrieben sind.The invention has for its object to make such a method and a corresponding device so that they are operated energetically particularly favorable.

Diese Aufgabe wird dadurch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. This object is achieved by the characterizing features of claim 1.

Bei dem Verfahren der Erfindung kann auf einen Kaltverdichter verzichtet werden und es wird auch keine Luft im Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer vorverflüssigt. Der Verflüssigungsraum des Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfers wird dabei unter etwa dem Druck des Kopfs der zweiten Hochdrucksäule betrieben; jedenfalls wird das Kopfgas der zweiten Hochdrucksäule vor der Einleitung in den Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer nicht verdichtet, sondern tritt vorzugsweise unter seinem natürlichen Druck in dessen Verflüssigungsraum ein.In the method of the invention can be dispensed with a cold compressor and it is also no air in the low-pressure column bottom evaporator pre-liquefied. The liquefaction chamber of the low-pressure column bottom evaporator is operated at about the pressure of the head of the second high-pressure column; In any case, the top gas of the second high-pressure column is not compressed before being introduced into the low-pressure column bottom evaporator, but preferably enters its liquefaction space under its natural pressure.

Nun erscheint es auf den ersten Blick widersinnig zu sein, einen solchen Aufwand zu betreiben, der im Vergleich zum Einsatz eines Kaltverdichters sehr hoch zu sein scheint, nämlich eine zusätzliche Trennkolonne einzusetzen – die zweite Hochdrucksäule – und außerdem einen Teil der Luft auf höheren Druck zu verdichten. Im Rahmen der Erfindung hat sich jedoch herausgestellt, dass die Energieseinsparung überraschend hoch ist und sich tatsächlich ein erheblicher Vorteil ergibt, der den zusätzlichen Aufwand rechtfertigt.Now it seems at first glance to be absurd to operate such an effort, which seems to be very high compared to the use of a cold compressor, namely to use an additional separation column - the second high-pressure column - and also a part of the air to higher pressure compacted. In the context of the invention, however, it has been found that the Energy saving is surprisingly high and actually results in a significant advantage that justifies the extra effort.

Vorzugsweise wird in dem Nebenkondensator Luft als Heizmedium eingesetzt, indem in dem Nebenkondensator ein dritter Einsatzluftstrom mindestens teilweise kondensiert wird, der insbesondere unter einem dritten Druck steht, der höher ist als der erste Druck. Beispielsweise ist der dritte Druck gleich dem zweiten Druck und der zweite und der dritte Einsatzluftstrom werden aus einem gemeinsamen Luftteilstrom abgezweigt, der vorher auf einen entsprechend erhöhten Druck gebracht worden ist.Preferably, air is used as the heating medium in the secondary condenser by at least partially condensing a third feed air stream in the secondary condenser, which is in particular below a third pressure which is higher than the first pressure. For example, the third pressure is equal to the second pressure and the second and the third feed air stream are diverted from a common partial air flow, which has previously been brought to a correspondingly increased pressure.

Drücke werden hier als ”gleich” bezeichnet, wenn der Druckunterschied zwischen den entsprechenden Stellen nicht größer als die natürlichen Leitungsverluste sind, die durch Druckverluste in Rohrleitungen, Wärmetauschern, Kühlern, Adsorbern etc. sind.Pressures are referred to herein as "equal" when the pressure differential between the respective locations is not greater than the natural conduction losses due to pressure losses in piping, heat exchangers, coolers, adsorbers, etc.

Im Rahmen der Erfindung ist es günstig, wenn der erste Einsatzluftstrom lediglich auf den ersten Druck (plus Leitungsverlusten) verdichtet und nur der zweite (gegebenenfalls gemeinsam mit dem dritten) Einsatzluftstrom auf den entsprechend höheren zweiten Druck (plus Leitungsverlusten) verdichtet beziehungsweise nachverdichtet wird. Dies wird besonders vorteilhaft durch die Merkmale des Patentanspruchs 3 bewerkstelligt.In the context of the invention, it is favorable if the first feed air stream is compressed only to the first pressure (plus line losses) and only the second (optionally together with the third) feed air stream is compressed or recompressed to the correspondingly higher second pressure (plus line losses). This is accomplished particularly advantageously by the features of patent claim 3.

Grundsätzlich können die Einsatzluftströme gemeinsam und dem niedrigeren Druckniveau einer gemeinsamen Luftreinigung zugeführt werden. In vielen Fällen ist es aber günstiger, zwei getrennte Reinigungsvorrichtungen vorzusehen, die unter den beiden unterschiedlichen Drücken betrieben werden, wie es an sich aus EP 342436 Es ist günstig, wenn auch der dritte Einsatzluftstrom durch mindestens einen Teil des abgekühlten zweiten Luftteilstroms gebildet wird. Zweiter und dritter Einsatzluftstrom werden also gemeinsam auf einen erhöhten Druck (beispielsweise den zweiten beziehungsweise dritten Druck plus Leitungsverlusten) gebracht und anschließend getrennt voneinander in die zweite Hochdrucksäule beziehungsweise den Nebenkondensator geleitet. Alternativ kann der gesamte zweite Luftteilstrom als zweiter Einsatzluftstrom durch den Nebenkondensator geführt, dort nur zu einem geringen Teil partiell kondensiert und anschließend als erster Einsatzluftstrom in die zweite Hochdrucksäule geleitet werden.In principle, the feed air streams can be supplied together and at the lower pressure level to a common air purification. In many cases, it is better to provide two separate cleaning devices that are operated under the two different pressures, as it is in itself EP 342436 It is favorable if the third feed air stream is formed by at least part of the cooled second partial air stream. Second and third feed air stream are thus brought together to an increased pressure (for example the second or third pressure plus line losses) and then conducted separately from one another into the second high-pressure column or the secondary condenser. Alternatively, the entire second partial air stream can be passed as a second feed air stream through the secondary condenser, there partially condensed only to a small extent and then passed as the first feed air stream into the second high-pressure column.

Vorzugsweise ist der dritte Druck (im Verflüssigungsraum des Nebenkondensators) gleich dem zweiten Druck (beim Eintritt des zweiten Einsatzluftstroms in die zweite Hochdrucksäule).Preferably, the third pressure (in the liquefaction space of the secondary condenser) is equal to the second pressure (when the second feed air flow enters the second high-pressure column).

Verfahrenskälte für den Ausgleich von Austausch- und Isolierungsverlusten und gegebenenfalls für die Produktverflüssigung kann bei dem Verfahren beispielsweise durch eine Einblaseturbine gewonnen werden, indem ein vierter Einsatzluftstrom arbeitsleistend entspannt und in die Niederdrucksäule eingeleitet wird. Der vierte Einsatzluftstrom kann beispielsweise auf dasselbe Druckniveau wie der erste Einsatzluftstrom für die erste Hochdrucksäule verdichtet und etwa unter dem ersten Druck der entsprechenden Entspannungsmaschine zugeleitet werden.Process cooling for the compensation of exchange and insulation losses and optionally for the product liquefaction can be obtained in the process, for example, by a Einblaseturbine by a fourth feed air stream is working expanded and introduced into the low pressure column. The fourth feed air stream can, for example, be compressed to the same pressure level as the first feed air stream for the first high-pressure column and fed to the corresponding expansion machine at approximately the first pressure.

Zusätzlich oder vorzugsweise alternativ kann Kälte durch eine Druckstickstoff-Turbine gewonnen werden, indem ein stickstoffangereicherter Strom aus einer Hochdrucksäule des Destilliersäulen-Systems zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung arbeitsleistend entspannt und der arbeitsleistend entspannte stickstoffangereicherte Strom in dem Hauptwärmetauscher angewärmt wird. Der stickstoffangereicherte Strom stammt vorzugsweise aus der ersten Hochdrucksäule und wird insbesondere ohne Maßnahmen zur Druckänderung zu der entsprechenden Entspannungsmaschine geführt; deren Eintrittsdruck ist also gleich dem Betriebsdruck der ersten Hochdrucksäule (minus Leitungsverlusten).Additionally or preferably alternatively, cold can be obtained by a pressurized nitrogen turbine by performing a nitrogen-enriched stream from a high pressure column of the distillation column nitrogen-oxygen separation system and warming the work-expanded nitrogen-enriched stream in the main heat exchanger. The nitrogen-enriched stream preferably originates from the first high-pressure column and is conducted to the corresponding expansion machine, in particular without measures for changing the pressure; their inlet pressure is therefore equal to the operating pressure of the first high-pressure column (minus line losses).

Dabei ist es günstig, wenn mindestens ein Teil des angewärmten stickstoffangereicherten Stroms als Regeneriergas in einer Reinigungseinrichtung für Einsatzluft eingesetzt wird. Dies stellt nicht nur eine nutzbringende Verwendung des arbeitsleistend entspannten Stroms dar, sondern entkoppelt auch den Niederdrucksäulendruck von dem Druckverlust, den das Regeneriergas in der Reinigungseinrichtung erfährt. Weil das Regeneriergas nicht wie sonst üblich aus der Niederdrucksäule entnommen wird, kann der Niederdrucksäulendruck entsprechend niedriger sein, und damit das gesamte Druckniveau abgesenkt werden. Dies erhöht die energetische Effizienz des Prozesses weiter.It is advantageous if at least a portion of the warmed nitrogen-enriched stream is used as a regeneration gas in a cleaning device for feed air. This not only constitutes a beneficial use of the work-stream decompressed stream, but also decouples the low-pressure column pressure from the pressure loss experienced by the regeneration gas in the purifier. Because the regeneration gas is not taken from the low-pressure column as usual, the low-pressure column pressure can be correspondingly lower, and thus the entire pressure level can be lowered. This further increases the energy efficiency of the process.

Weiter Energie gespart werden kann durch Einsatz von Fallfilmverdampfers als Kondensator-Verdampfer der Niederdrucksäule. Insbesondere der Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer und/oder Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer können als Fallfilmverdampfer ausgestaltet sein. Der Nebenkondensator kann dagegen als Badverdampfer ausgestaltet werden.Further energy can be saved by using falling film evaporator as a condenser-evaporator of the low pressure column. In particular, the low-pressure column intermediate evaporator and / or low-pressure column bottom evaporator can be designed as a falling film evaporator. By contrast, the secondary condenser can be designed as a bath evaporator.

Bei dem Verfahren der Erfindung kann zusätzlich eine dritte Hochdrucksäule eingesetzt werden, die unter höherem Druck als die zweite Hochdrucksäule betrieben wird, Ihr Kopfgas wird dann als Heizmittel für den Nebenkondensator eingesetzt. Entsprechend geringer wird die Vorverflüssigung von Luft.In addition, in the method of the invention, a third high-pressure column operated at a higher pressure than the second high-pressure column can be used, and its head gas is then used as a heating medium for the secondary condenser. The pre-liquefaction of air is correspondingly lower.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 11. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann durch Vorrichtungsmerkmale ergänzt werden, die den Merkmalen der abhängigen Verfahrensansprüche entsprechen. The invention also relates to a device according to claim 11. The device according to the invention can be supplemented by device features which correspond to the features of the dependent method claims.

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 explained below with reference to embodiments schematically illustrated in the drawings. Hereby show:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Druckstickstoff-Turbine und zwei Reinigungseinrichtungen unter verschiedenem Druckniveau, 1 a first embodiment of the invention with pressure nitrogen turbine and two cleaning devices under different pressure level,

2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit Einblaseturbine und einer gemeinsamen Reinigungseinrichtung und 2 a second embodiment with injection turbine and a common cleaning device and

3 ein drittes Ausführungsbeispiel mit drei Hochdrucksäulen. 3 a third embodiment with three high-pressure columns.

Atmosphärische Luft 1 wird in 1 von einem Hauptluftverdichter 3 mit Nachkühler 4 über ein Filter 2 angesaugt und dort auf einen ersten Gesamtluftdruck von 3,1 bar verdichtet. Der Hauptluftverdichter kann zwei oder mehr Stufen mit Zwischenkühlung aufweisen; er ist aus Redundanzgründen vorzugsweise zweisträngig ausgebildet (beides in der Zeichnung nicht dargestellt). Der Gesamtluftstrom 5 wird unter dem ersten Gesamtluftdruck und einer Temperatur von 295 K einem ersten Direktkontaktkühler 6 zugeführt und dort in direktem Wärmeaustausch mit Kühlwasser 7 aus einem Verdunstungskühler 8 weiter auf 283 K abgekühlt. Der abgekühlte Gesamtluftstrom 9 wird in einen ersten Luftteilstrom 10 und einen zweiten Luftteilstrom 11 aufgeteilt.Atmospheric air 1 is in 1 from a main air compressor 3 with aftercooler 4 over a filter 2 sucked and compressed there to a first total air pressure of 3.1 bar. The main air compressor may have two or more stages with intercooling; it is preferably designed for redundancy reasons two-stranded (both not shown in the drawing). The total airflow 5 is under the first total air pressure and a temperature of 295 K a first direct contact cooler 6 fed and there in direct heat exchange with cooling water 7 from an evaporative cooler 8th further cooled to 283 K The cooled total air flow 9 is in a first partial air flow 10 and a second partial air flow 11 divided up.

Der zweite Luftteilstrom 11 wird in einem Nachverdichter 12 mit Nachkühler 13 von dem ersten Gesamtluftdruck (minus Druckverlusten) auf einen zweiten Gesamtluftdruck von 4,9 bar verdichtet. Der Nachverdichter kann zwei oder mehr Stufen mit Zwischenkühlung aufweisen; er ist aus Redundanzgründen vorzugsweise zweisträngig ausgebildet (beides in der Zeichnung nicht dargestellt). Je ein Strang des Hauptluftverdichters und des Nachverdichters können als eine Maschine mit gemeinsamem Antrieb ausgebildet sein, insbesondere als Getriebeverdichter. Der zweite Luftteilstrom 14 wird anschließend in einem zweiten Direktkontaktkühler 15 von 295 K auf 290 K abgekühlt, und zwar in direktem Wärmeaustausch mit einem wärmeren Kühlwasserstrom 16.The second partial air flow 11 will be in a post-compressor 12 with aftercooler 13 from the first total air pressure (minus pressure drops) to a second total air pressure of 4.9 bar. The booster may have two or more intermediate cooling stages; it is preferably designed for redundancy reasons two-stranded (both not shown in the drawing). Depending on a strand of the main air compressor and the Nachverdichters may be designed as a machine with a common drive, in particular as a transmission compressor. The second partial air flow 14 is then in a second direct contact cooler 15 cooled from 295 K to 290 K, in direct heat exchange with a warmer cooling water stream 16 ,

Der erste Luftteilstrom wird in einer ersten Reinigungseinrichtung 18, die unter dem ersten Gesamtluftdruck betrieben wird, gereinigt und anschließend über Leitung 19 unter diesem Druck dem warmen Ende eines Hauptwärmetauschers zugeleitet, der in dem Ausführungsbeispiel durch zwei parallel geschaltete Blöcke 20, 21 gebildet wird. Die auf etwa Taupunkt abgekühlte Luft bildet einen ”ersten Einsatzluftstrom”, der einer ersten Hochdrucksäule 23 zugeführt wird.The first partial air stream is in a first cleaning device 18 , which is operated under the first total air pressure, cleaned and then over line 19 supplied under this pressure to the warm end of a main heat exchanger, which in the embodiment by two parallel blocks 20 . 21 is formed. The cooled to about dew point air forms a "first feed air stream", the first high-pressure column 23 is supplied.

Die erste Hochdrucksäule 23 ist Teil eines Destilliersäulen-Systems zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, das außerdem eine zweite Hochdrucksäule 24, eine Niederdrucksäule, bestehend aus zwei Anschnitten 25, 26, einen Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer 27, einen Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer 28 und einen Nebenkondensator 29 aufweist. Der Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer 27 und der Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer 28 sind als Fallfilmverdampfer ausgebildet, der Nebenkondensator 29 als Badverdampfer.The first high pressure column 23 is part of a distillation column system for nitrogen-oxygen separation, which also has a second high-pressure column 24 , a low pressure column consisting of two gates 25 . 26 , a low-pressure column intermediate evaporator 27 , a low-pressure column bottom evaporator 28 and a secondary capacitor 29 having. The low-pressure column intermediate evaporator 27 and the low pressure column bottom evaporator 28 are designed as falling film evaporator, the secondary capacitor 29 as a bath evaporator.

Der vorgekühlte zweite Luftteilstrom 17 wird in einer zweiten Reinigungseinrichtung 30, die unter dem zweiten Gesamtluftdruck betrieben wird, gereinigt. Aus dem gereinigten zweite Luftteilstrom kann über Leitung 32 ein kleiner Teil entnommen werden, der als Instrumentenluft oder für zwecke außerhalb der Luftzerlegung eingesetzt wird. Der Rest strömt über Leitung 33 zum Hauptwärmetauscher 20 und wird dort abgekühlt. Der abgekühlte zweite Luftteilstrom 34 wird aufgeteilt in einen ”zweiten Einsatzluftstrom” 35, der in die zweite Hochdrucksäule 24 eingeleitet wird, und in einen ”dritten Einsatzluftstrom” 36, welcher dem Verflüssigungsraum des Nebenkondensators 29 zugeleitet wird.The pre-cooled second partial air flow 17 is in a second cleaning device 30 , which is operated under the second total air pressure, cleaned. From the purified second partial air stream can via line 32 a small part, which is used as instrument air or for purposes outside the air separation. The rest flows over line 33 to the main heat exchanger 20 and is cooled down there. The cooled second partial air stream 34 is divided into a "second feed air stream" 35 in the second high-pressure column 24 introduced into a "third feed air stream" 36 , which is the liquefaction space of the secondary condenser 29 is forwarded.

Der mindestens teilweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig kondensierte dritte Teilstrom 37 wird in einen Abscheider (Phasentrenner) 38 eingeleitet. Der flüssige Anteil 39 wird zu einem ersten Teil 40 der ersten Hochdrucksäule 23 zugeleitet. Zu einem zweiten Teil 41 wird er über einen Unterkühlungs-Gegenströmer 42 und Leitung 43 in die Niederdrucksäule 26 eingespeist.The at least partially, preferably substantially completely condensed, third substream 37 gets into a separator (phase separator) 38 initiated. The liquid portion 39 becomes a first part 40 the first high-pressure column 23 fed. To a second part 41 he gets over a subcooling countercurrent 42 and direction 43 in the low pressure column 26 fed.

Stickstoffreiches Kopfgas 44 der ersten Hochdrucksäule 23 wird zu einem ersten Teil in dem Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer 27 kondensiert. Dabei gewonnener flüssiger Stickstoff 46 wird zu einem ersten Teil 47 als Rücklauf auf den Kopf der ersten Hochdrucksäule 23 aufgegeben. Ein zweiter Teil 48 wird in dem Unterkühlungs-Gegenströmer 42 abgekühlt und über Leitung 49 als Rücklauf auf den Kopf der Niederdrucksäule 26 aufgegeben. Ein Teil 50 der unterkühlten Flüssigkeit kann bei Bedarf als Flüssigprodukt (LIN) gewonnen werden.Nitrogen-rich head gas 44 the first high-pressure column 23 becomes a first part in the low pressure column intermediate evaporator 27 condensed. In the process, recovered liquid nitrogen 46 becomes a first part 47 as reflux to the head of the first high-pressure column 23 given up. A second part 48 is in the subcooling countercurrent 42 cooled and over line 49 as reflux to the top of the low-pressure column 26 given up. A part 50 the supercooled liquid can be recovered as needed as a liquid product (LIN).

Ein zweiter Teil 51 des stickstoffreichen Kopfgases 44 der ersten Hochdrucksäule 23 wird in dem Hauptwärmetauscher 20 auf eine Zwischentemperatur angewärmt. Der angewärmte Druckstickstoff 52 wird in einer generatorgebremsten Druckstickstoff-Turbine 53 von 2,7 bar auf 1,25 bar arbeitsleistend entspannt. Der Austrittsdruck der Turbine reicht gerade aus, um den arbeitsleistend entspannten Strom 54 durch den Hauptwärmetauscher 20 und über die Leitungen 55, 56, 57 als Regeneriergas durch die erste und die zweite Reinigungseinrichtung 18, 30 zu drücken.A second part 51 of the nitrogen-rich overhead gas 44 the first high-pressure column 23 is in the main heat exchanger 20 warmed to an intermediate temperature. The warmed up pressure nitrogen 52 is used in a generator-inhibited pressurized nitrogen turbine 53 from 2.7 bar to 1.25 bar performing work relaxed. The outlet pressure of the turbine is just sufficient to the work-performing relaxed flow 54 through the main heat exchanger 20 and over the wires 55 . 56 . 57 as a regeneration gas through the first and the second cleaning device 18 . 30 to press.

Stickstoffreiches Kopfgas 58 der zweiten Hochdrucksäule 24 wird in dem Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer 28 kondensiert. Dabei gewonnener flüssiger Stickstoff 59 wird zu einem ersten Teil 60' als Rücklauf auf den Kopf der zweiten Hochdrucksäule 24 aufgegeben. Ein zweiter Teil 61 wird in dem Unterkühlungs-Gegenströmer 42 abgekühlt und über Leitung 62 als Rücklauf auf den Kopf der Niederdrucksäule 26 aufgegeben.Nitrogen-rich head gas 58 the second high pressure column 24 is in the low-pressure column bottom evaporator 28 condensed. In the process, recovered liquid nitrogen 59 becomes a first part 60 ' as reflux to the head of the second high-pressure column 24 given up. A second part 61 is in the subcooling countercurrent 42 cooled and over line 62 as reflux to the top of the low-pressure column 26 given up.

Die Sumpfflüssigkeiten 63, 64 der beiden Hochdrucksäulen 23, 24 werden zusammengeführt, über Leitung 65, den Unterkühlungs-Gegenströmer 42 und Leitung 66 in die Niederdrucksäule 26 eingespeist.The bottoms 63 . 64 the two high-pressure columns 23 . 24 are merged, via wire 65 , the subcooling countercurrent 42 and direction 66 in the low pressure column 26 fed.

Die Sumpfflüssigkeit 66 der Niederdrucksäule 25 wird in den Verdampfungsraum des Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfers 28 eingeleitet und dort teilweise verdampft. Der flüssig verbliebene Anteil 67 strömt in den Verdampfungsraum des Nebenkondensators 29 und wird dort teilweise verdampft. Der verdampfte Anteil 68 wird zum kalten Ende des Hauptwärmetauscher-Blocks 20 geleitet, auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt und schließlich über Leitung 69 als gasförmiges Sauerstoffprodukt (GOX) einer Reinheit von 95 mol-% gewonnen. Der flüssig verbliebene Anteil wird zu einem Teil 70 in einer Pumpe 71 auf einen Druck von 6 bar, in dem Hauptwärmetauscher-Block 21 verdampft und angewärmt und schließlich dem gasförmigen Sauerstoffprodukt 69 zugemischt. Ein anderer Teil 72 kann über den Unterkühlungs-Gegenströmer 42, Pumpe 73 und Leitung 74 als Flüssigsauerstoffprodukt (LOX) gewonnen werden.The bottoms liquid 66 the low pressure column 25 is in the evaporation chamber of the low-pressure column bottom evaporator 28 initiated and partially evaporated there. The liquid remaining proportion 67 flows into the evaporation space of the secondary condenser 29 and is partially evaporated there. The vaporized portion 68 goes to the cold end of the main heat exchanger block 20 passed, warmed to about ambient temperature and finally via line 69 recovered as a gaseous oxygen product (GOX) of a purity of 95 mol%. The remaining liquid part becomes a part 70 in a pump 71 to a pressure of 6 bar, in the main heat exchanger block 21 vaporized and warmed and finally the gaseous oxygen product 69 admixed. Another part 72 can via the subcooling countercurrent 42 , Pump 73 and direction 74 be obtained as a liquid oxygen product (LOX).

Eine flüssige Zwischenfraktion 75, die am unteren Ende des zweiten Niederdrucksäulenabschnitts 26 anfällt wird mittels einer Pumpe 76 in den Verdampfungsraum des Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfers 27 gefördert und dort teilweise verdampft. Dabei erzeugter Dampf wird gemeinsam mit dem am Kopf des ersten Niederdrucksäulenabschnitts 25 anfallenden Dampf über die Leitungen 77 und 79 in den zweiten Niederdrucksäulenabschnitt 26 geleitet, gegebenenfalls gemeinsam mit umlaufender Spülflüssigkeit 78. Der Rest der flüssig verbliebenen Zwischenfraktion dient als Rücklaufflüssigkeit im ersten Niederdrucksäulenabschnitt 25.A liquid intermediate fraction 75 at the lower end of the second low-pressure column section 26 is obtained by means of a pump 76 in the evaporation chamber of the low-pressure column intermediate evaporator 27 promoted and partially evaporated there. In this case generated steam is shared with the head of the first low-pressure column section 25 accumulating steam over the lines 77 and 79 in the second low-pressure column section 26 directed, optionally together with circulating flushing liquid 78 , The remainder of the liquid remaining intermediate fraction serves as reflux liquid in the first low-pressure column section 25 ,

Am Kopf der Niederdrucksäule 26 wird stickstoffreiches Restgas 80 unter einem Druck von 1,26 bar abgezogen und nach Anwärmung in Unterkühlungs-Gegenströmer 42 und Hauptwärmetauscher 20 über Leitung 81 praktisch drucklos als trockenes Gas in den Verdunstungskühler 8 eingespeist und dort zur Abkühlung von Kühlwasser 82 genutzt.At the top of the low-pressure column 26 becomes nitrogen-rich residual gas 80 withdrawn under a pressure of 1.26 bar and after heating in subcooling countercurrent 42 and main heat exchanger 20 via wire 81 virtually depressurized as dry gas in the evaporative cooler 8th fed and there for cooling of cooling water 82 used.

2 unterscheidet sich hinsichtlich zweier Verfahrensabschnitte von 1, nämlich der Kälteerzeugung sowie der Luftverdichtung mit Vorkühlung und Reinigung. Im Folgenden werden nur die abweichenden Aspekte näher erläutert, die beide unabhängig voneinander mit den übrigen Verfahrensabschnitten kombiniert werden können. 2 differs from two procedural sections of 1 namely, refrigeration and air compression with pre-cooling and cleaning. In the following, only the deviating aspects will be explained in more detail, which can both be combined independently with the other procedural sections.

Kälte wird hier nicht durch eine Druckstickstoff-Turbine, sondern durch eine Einblaseturbine 153 erzeugt. Diese wird mit einem ”vierten Einsatzluftstrom” 151, 152 betrieben, der aus dem ersten Luftteilstrom 119 unter dem niedrigeren ersten Gesamtluftdruck abgezweigt und in dem Hauptwärmetauscher 20 auf eine Zwischentemperatur abgekühlt wurde. Der arbeitsleistend entspannte vierte Einsatzluftstrom 154 wird der Niederdrucksäule 26 an einer geeigneten Zwischenstelle zugeführt.Cold is not caused by a pressurized nitrogen turbine, but by an injection turbine 153 generated. This is done with a "fourth feed air stream" 151 . 152 operated from the first partial air stream 119 branched off at the lower first total air pressure and in the main heat exchanger 20 was cooled to an intermediate temperature. The work-performing relaxed fourth feed air flow 154 becomes the low pressure column 26 supplied at a suitable intermediate point.

Die Luftverdichtung ist hier einfacher ausgeführt als in Figur und weist insbesondere nur eine einzige Reinigungseinrichtung 118 auf, in der die Gesamtluft 105, 110 unter dem ersten Gesamtluftdruck gereinigt wird. Es wird auch nur ein Direktkontaktkühler 106 eingesetzt.The air compression is carried out here simpler than in Figure and in particular has only a single cleaning device 118 on, in which the total air 105 . 110 is cleaned under the first total air pressure. It is also just a direct contact cooler 106 used.

Die Aufteilung in den ersten Luftteilstrom 119 und den zweiten Luftteilstrom 111 wird hier stromabwärts der Reinigungseinrichtung 118 vorgenommen. Der Nachverdichter 112 ist wie in 1 aufgebaut, weist jedoch nur einen üblichen Nachkühler 113 auf und die Luft wird nicht in einem Direktkontaktkühler weiter abgekühlt. Über Leitung 119 wird dann der zweite Luftteilstrom analog zu Leitung 19 in 1 geführt.The division into the first partial air flow 119 and the second partial air stream 111 is here downstream of the cleaning device 118 performed. The re-compressor 112 is like in 1 constructed, but has only a conventional aftercooler 113 and the air is not cooled further in a direct contact cooler. Via wire 119 then the second partial air stream is analogous to line 19 in 1 guided.

3 entspricht weitgehend 1. Der warme Abschnitt des Verfahrens ist nicht dargestellt und kann wie in 1 oder wie in 2 ausgebildet sein. 3 corresponds largely 1 , The warm section of the procedure is not pictured and may be as in 1 or as in 2 be educated.

Neben dem ersten Luftteilstrom 19 unter dem ersten Druck und dem zweiten Luftteilstrom wird ein Hochdruck-Einsatzluftstrom 233 in den Hauptwärmetauscher 20 eingeleitet. Der kalte Hochdruck-Einsatzluftstrom 235 tritt unter einem dritten Druck von 5,3 bar in eine dritte Hochdrucksäule 224 ein. Das stickstoffreiche Kopfgas 258 wird als Heizmittel in dem Nebenkondensator 228 eingesetzt und dort im Wesentlichen vollständig kondensiert. Dabei gewonnener flüssiger Stickstoff 259 wird zu einem ersten Teil 260 als Rücklauf auf den Kopf der zweiten Hochdrucksäule 24 aufgegeben. Ein zweiter Teil 261 wird in dem Unterkühlungs-Gegenströmer 42 abgekühlt und über Leitung 262 als Rücklauf auf den Kopf der Niederdrucksäule 26 aufgegeben.In addition to the first partial air flow 19 below the first pressure and the second partial air stream becomes a high pressure feed air stream 233 in the main heat exchanger 20 initiated. The cold high pressure feed air stream 235 occurs under a third pressure of 5.3 bar in a third high-pressure column 224 one. The nitrogen-rich head gas 258 is used as a heating medium in the secondary condenser 228 used and there essentially completely condensed. In the process, recovered liquid nitrogen 259 becomes a first part 260 as reflux to the head of the second high-pressure column 24 given up. A second part 261 is in the subcooling countercurrent 42 chilled and via wire 262 as reflux to the top of the low-pressure column 26 given up.

Der Nebenkondensator 228 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als mehrstöckiger Badverdampfer ausgeführt, insbesondere als Kaskadenverdampfer, bei dem die einzelnen Stockwerke verdampfungsseitig seriell und verflüssigungsseitig parallel verbunden sind. Hierbei kann jede entsprechende Ausführungsform eines Kaskadenverdampfers eingesetzt werden, insbesondere diejenigen, die im Einzelnen in EP 1077356 A1 , WO 0192798 A2 = US 2005028554 A1 , WO 01092799 A1 = US 2003159810 A1 , WO 03012352 A2 oder DE 10 2007 003 437 A1 beschrieben werden.The secondary capacitor 228 is executed in this embodiment as a multi-storey bath evaporator, in particular as a cascade evaporator, in which the individual floors are connected in parallel on the evaporation side seriell and liquefaction side. In this case, any corresponding embodiment of a cascade evaporator can be used, in particular those which are described in detail in FIG EP 1077356 A1 . WO 0192798 A2 = US 2005028554 A1 . WO 01092799 A1 = US 2003159810 A1 . WO 03012352 A2 or DE 10 2007 003 437 A1 to be discribed.

Statt der Druckstickstoff-Turbine 53 kann in dem Verfahren von 3 auch eine Einblaseturbine eingesetzt werden.Instead of the pressurized nitrogen turbine 53 can in the process of 3 also a Einblaseturbine be used.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 1000997 [0005] DE 1000997 [0005]
  • US 2008115531 A1 [0007] US 2008115531 A1 [0007]
  • EP 342436 [0015] EP 342436 [0015]
  • EP 1077356 A1 [0046] EP 1077356 A1 [0046]
  • WO 0192798 A2 [0046] WO 0192798 A2 [0046]
  • US 2005028554 A1 [0046] US 2005028554 A1 [0046]
  • WO 01092799 A1 [0046] WO 01092799 A1 [0046]
  • US 2003159810 A1 [0046] US 2003159810 A1 [0046]
  • WO 03012352 A2 [0046] WO 03012352 A2 [0046]
  • DE 102007003437 A1 [0046] DE 102007003437 A1 [0046]

Claims (11)

Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, das eine erste Hochdrucksäule (23) und eine Niederdrucksäule (25, 26) aufweist sowie drei Kondensator-Verdampfer, nämlich einen Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer (27), einen Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer (28) und einen Nebenkondensator (29; 228), wobei bei dem Verfahren – ein erster Einsatzluftstrom in einem Hauptwärmetauscher (20, 21) abgekühlt wird, – der abgekühlte erste Einsatzluftstrom (22) unter einem ersten Druck in die erste Hochdrucksäule (23) eingeführt wird, – in dem Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer (27) gasförmiger Kopfstickstoff (44, 45) aus der ersten Hochdrucksäule (23) kondensiert und eine flüssige Zwischenfraktion (75) aus der Niederdrucksäule (25, 26) verdampft wird, – mindestens ein Teil (47) des in dem Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer (27) kondensierten Kopfstickstoffs (46) als Rücklaufflüssigkeit auf die erste Hochdrucksäule (23) aufgegeben wird, – mindestens ein Teil der in dem Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer (27) verdampften Zwischenfraktion als aufsteigendes Gas in die Niederdrucksäule, (25, 26) eingeleitet (77, 79) wird, – ein Teil der Sumpfflüssigkeit (66) der Niederdrucksäule (25, 26) in dem Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer (28) in indirektem Wärmeaustausch mit einem kondensierenden Heizfluid (58) verdampft wird, – ein nicht verdampfter Teil (67) der Sumpfflüssigkeit (66) der Niederdrucksäule (25, 26) in dem Nebenkondensator (29; 228) mindestens teilweise verdampft wird und – mindestens ein Teil der in dem Nebenkondensator (29; 228) verdampften Flüssigkeit (68) als gasförmiges Sauerstoffprodukt (69) gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, dass – das Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung außerdem eine zweite Hochdrucksäule (24) aufweist, – ein zweiter Einsatzluftstrom in dem Hauptwärmetauscher (20, 21) abgekühlt wird, – der abgekühlte zweite Einsatzluftstrom (35) unter einem zweiten Druck, der höher ist als der erste Druck, in die zweite Hochdrucksäule (24) eingeleitet wird und – mindestens ein Teil des Kopfgases (58) der zweiten Hochdrucksäule (24) als Heizfluid in dem Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer (28) eingesetzt wird.Process for the cryogenic separation of air in a distillation column system for nitrogen-oxygen separation, comprising a first high-pressure column ( 23 ) and a low pressure column ( 25 . 26 ) and three condenser-evaporators, namely a low-pressure column intermediate evaporator ( 27 ), a low-pressure column bottom evaporator ( 28 ) and a secondary capacitor ( 29 ; 228 ), wherein in the process - a first feed air stream in a main heat exchanger ( 20 . 21 ), - the cooled first feed air stream ( 22 ) under a first pressure in the first high-pressure column ( 23 ), in the low-pressure column intermediate evaporator ( 27 ) gaseous head nitrogen ( 44 . 45 ) from the first high-pressure column ( 23 ) and a liquid intermediate fraction ( 75 ) from the low-pressure column ( 25 . 26 ) is evaporated, - at least one part ( 47 ) in the low-pressure column intermediate evaporator ( 27 ) condensed head nitrogen ( 46 ) as reflux liquid to the first high-pressure column ( 23 ), - at least a portion of the in the low-pressure column intermediate evaporator ( 27 ) evaporated intermediate fraction as ascending gas in the low-pressure column, ( 25 . 26 ) ( 77 . 79 ), - part of the bottoms liquid ( 66 ) of the low-pressure column ( 25 . 26 ) in the low-pressure column bottom evaporator ( 28 ) in indirect heat exchange with a condensing heating fluid ( 58 ) is vaporized, - a non-evaporated part ( 67 ) of the bottoms liquid ( 66 ) of the low-pressure column ( 25 . 26 ) in the secondary capacitor ( 29 ; 228 ) is at least partially vaporized and - at least a portion of the in the secondary condenser ( 29 ; 228 ) evaporated liquid ( 68 ) as a gaseous oxygen product ( 69 ), characterized in that - the distillation column system for nitrogen-oxygen separation also has a second high-pressure column ( 24 ), - a second feed air stream in the main heat exchanger ( 20 . 21 ), - the cooled second feed air stream ( 35 ) under a second pressure, which is higher than the first pressure, in the second high-pressure column ( 24 ) is introduced and - at least a portion of the head gas ( 58 ) of the second high-pressure column ( 24 ) as heating fluid in the low-pressure column bottom evaporator ( 28 ) is used. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Einsatzluftstrom in dem Hauptwärmetauscher (20, 21) abgekühlt wird und der abgekühlte dritte Einsatzluftstrom (36) in dem Nebenkondensator (29) mindestens teilweise kondensiert wird, wobei insbesondere der dritte Einsatzluftstrom (36) bei der Einleitung in den Nebenkondensator (29) unter einem dritten Druck steht, der höher ist als der erste Druck.A method according to claim 1, characterized in that a third feed air stream in the main heat exchanger ( 20 . 21 ) and the cooled third feed air stream ( 36 ) in the secondary capacitor ( 29 ) is at least partially condensed, wherein in particular the third feed air stream ( 36 ) when introducing into the secondary capacitor ( 29 ) is below a third pressure higher than the first pressure. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Gesamtluftstrom (1) auf einen ersten Gesamtluftdruck verdichtet wird, der höher als der ersten Druck, aber niedriger als der zweite Druck ist, – der Gesamtluftstrom (5, 9) unter dem ersten Gesamtluftdruck in einen ersten Luftteilstrom (10) und einen zweiten Luftteilstrom (11) aufgeteilt wird, – der erste Luftteilstrom (10, 19) unter etwa dem ersten Gesamtluftdruck in den Hauptwärmetauscher (20, 21) eingeleitet und dort abgekühlt wird, – der erste Einsatzluftstrom (22) für die erste Hochdrucksäule (23) durch mindestens einen Teil des abgekühlten ersten Luftteilstroms gebildet wird, – der zweite Luftteilstrom (11) auf einen Druck nachverdichtet (12) wird, der höher als der erste Gesamtluftdruck ist, – der nachverdichtete zweite Luftteilstrom (14, 17, 33) in den Hauptwärmetauscher (20, 21) eingeleitet und dort abgekühlt wird und – der zweite Einsatzluftstrom (35) für die zweite Hochdrucksäule (24) durch mindestens einen Teil des abgekühlten zweiten Luftteilstroms (34) gebildet wird.Method according to claim 1 or 2, characterized in that - a total air flow ( 1 ) is compressed to a first total air pressure which is higher than the first pressure but lower than the second pressure, - the total air flow ( 5 . 9 ) under the first total air pressure into a first partial air flow ( 10 ) and a second partial air flow ( 11 ), - the first partial air flow ( 10 . 19 ) below about the first total air pressure in the main heat exchanger ( 20 . 21 ) is introduced and cooled there, - the first feed air stream ( 22 ) for the first high-pressure column ( 23 ) is formed by at least part of the cooled first partial air flow, - the second partial air flow ( 11 ) is recompressed to a pressure (12) which is higher than the first total air pressure, - the recompressed second partial air flow ( 14 . 17 . 33 ) into the main heat exchanger ( 20 . 21 ) is introduced and cooled there and - the second feed air stream ( 35 ) for the second high-pressure column ( 24 ) by at least a part of the cooled second partial air stream ( 34 ) is formed. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Einsatzluftstrom (36) für den Nebenkondensator (29) durch mindestens einen Teil des abgekühlten zweiten Luftteilstroms (34) gebildet wird.Method according to claim 2 and 3, characterized in that the third feed air stream ( 36 ) for the secondary capacitor ( 29 ) by at least a part of the cooled second partial air stream ( 34 ) is formed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Druck gleich dem zweiten Druck ist.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the third pressure is equal to the second pressure. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein vierter Einsatzluftstrom (151, 152) arbeitsleistend entspannt (153) und in die Niederdrucksäule (25, 26) eingeleitet (154) wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that a fourth feed air stream ( 151 . 152 ) performing work (relaxed) 153 ) and in the low-pressure column ( 25 . 26 ) ( 154 ) becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein stickstoffangereicherter Strom (51, 52) aus einer Hochdrucksäule (23) des Destilliersäulen-Systems zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung arbeitsleistend entspannt (53) und der arbeitsleistend entspannte stickstoffangereicherte Strom (54) in dem Hauptwärmetauscher (20, 21) angewärmt wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that a nitrogen-enriched stream ( 51 . 52 ) from a high pressure column ( 23 ) of the distillation column system for nitrogen-oxygen separation performs work ( 53 ) and the work-performing expanded nitrogen-enriched stream ( 54 ) in the main heat exchanger ( 20 . 21 ) is warmed up. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des angewärmten stickstoffangereicherten Stroms (55) als Regeneriergas (56, 57) in einer Reinigungseinrichtung (18, 30; 118) für Einsatzluft eingesetzt wird.A method according to claim 7, characterized in that at least a portion of the warmed nitrogen-enriched stream ( 55 ) as regeneration gas ( 56 . 57 ) in a cleaning device ( 18 . 30 ; 118 ) is used for feed air. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer (27) und/oder Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer (28) als Fallfilmverdampfer ausgestaltet sind und insbesondere der Nebenkondensator (29; 228) als Badverdampfer ausgestaltet ist. Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the low-pressure column intermediate evaporator ( 27 ) and / or low-pressure column bottom evaporator ( 28 ) are designed as a falling film evaporator and in particular the secondary capacitor ( 29 ; 228 ) is designed as a bath evaporator. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass – das Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung außerdem eine dritte Hochdrucksäule (224) aufweist, – ein Hochdruck-Einsatzluftstrom (233) in dem Hauptwärmetauscher (20, 21) abgekühlt wird, – der abgekühlte Hochdruck-Einsatzluftstrom (235) unter einem dritten Druck, der höher ist als der zweite Druck, in die dritte Hochdrucksäule (224) eingeleitet wird und – mindestens ein Teil des Kopfgases (158) der dritten Hochdrucksäule (224) in den Nebenkondensator (228) eingeleitet und dort mindestens teilweise kondensiert wird.Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that - the distillation column system for nitrogen-oxygen separation also a third high-pressure column ( 224 ), - a high-pressure feed air stream ( 233 ) in the main heat exchanger ( 20 . 21 ), - the cooled high pressure feed air stream ( 235 ) under a third pressure, which is higher than the second pressure, in the third high-pressure column ( 224 ) is introduced and - at least a portion of the head gas ( 158 ) of the third high-pressure column ( 224 ) in the secondary capacitor ( 228 ) is introduced and condensed there at least partially. Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung mit einem Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, das eine erste Hochdrucksäule (23) und eine Niederdrucksäule (25, 26) aufweist sowie drei Kondensator-Verdampfer, nämlich einen Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer (27), einen Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer (28) und einen Nebenkondensator (29; 228), und mit – einem Hauptwärmetauscher (20, 21) zum Abkühlen eines ersten Einsatzluftstroms, – Mitteln zum Einführen des abgekühlten ersten Einsatzluftstroms (22) unter einem ersten Druck in die erste Hochdrucksäule (23), – Mitteln zum Einführen von ) gasförmigem Kopfstickstoff (44, 45) aus der ersten Hochdrucksäule (23) in den Verflüssigungsraum des Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfers (27), – Mitteln zum Einführen einer flüssigen Zwischenfraktion (75) aus der Niederdrucksäule (25, 26) in den Verdampfungsraum des Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfers (27), – Mitteln zum Aufgeben mindestens eines Teils (47) des in dem Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer (27) kondensierten Kopfstickstoffs (46) als Rücklaufflüssigkeit auf die erste Hochdrucksäule (23), – Mitteln zum Einleiten (77, 79) mindestens eines Teils der in dem Niederdrucksäulen-Zwischenverdampfer (27) verdampften Zwischenfraktion als aufsteigendes Gas in die Niederdrucksäule (25, 26), – Mitteln zum Einleiten mindestens eines Teils der Sumpfflüssigkeit (66) der Niederdrucksäule (25, 26) in den Verdampfungsraum des Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfers (28), – Mitteln zum Einleiten eines Heizfluid (58) in den Verflüssigungsraum des Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfers (28), – Mitteln zum Einleiten eines nicht verdampften Teils (67) der Sumpfflüssigkeit (66) der Niederdrucksäule (25, 26) in den Verdampfungsraum des Nebenkondensators (29; 228) und mit – Mitteln zum Gewinnen mindestens eines Teils der in dem Nebenkondensator (29; 228) verdampften Flüssigkeit (68) als gasförmiges Sauerstoffprodukt (69), dadurch gekennzeichnet, dass – das Destilliersäulen-System zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung außerdem eine zweite Hochdrucksäule (24) aufweist, und das die Vorrichtung ferner – Mittel zum Einleiten eines ein zweiten Einsatzluftstroms in dem Hauptwärmetauscher (20, 21), – Mittel zum Einleiten des im Hauptwärmetauscher abgekühlten zweiten Einsatzluftstroms (35) in die zweite Hochdrucksäule (24), und – Mittel zum Einleiten mindestens eines Teils des Kopfgases (58) der zweiten Hochdrucksäule (24) als Heizfluid in den Verflüssigungsraum der Niederdrucksäulen-Sumpfverdampfer (28) aufweist, wobei – insbesondere Regelungsmittel vorgesehen sind, die bewirken, dass der zweite Einsatzluftstrom (35) unter einem zweiten Druck, der höher ist als der erste Druck, in die zweite Hochdrucksäule (24) eingeleitet wird.Apparatus for the cryogenic separation of air in a distillation column system for nitrogen-oxygen separation with a distillation column system for nitrogen-oxygen separation, comprising a first high-pressure column ( 23 ) and a low pressure column ( 25 . 26 ) and three condenser-evaporators, namely a low-pressure column intermediate evaporator ( 27 ), a low-pressure column bottom evaporator ( 28 ) and a secondary capacitor ( 29 ; 228 ), and with - a main heat exchanger ( 20 . 21 ) for cooling a first feed air stream, - means for introducing the cooled first feed air stream ( 22 ) under a first pressure in the first high-pressure column ( 23 ), - means for introducing gaseous head nitrogen ( 44 . 45 ) from the first high-pressure column ( 23 ) into the liquefaction space of the low-pressure column intermediate evaporator ( 27 ), - means for introducing a liquid intermediate fraction ( 75 ) from the low-pressure column ( 25 . 26 ) into the evaporation space of the low-pressure column intermediate evaporator ( 27 ), - funds for giving up at least part ( 47 ) in the low-pressure column intermediate evaporator ( 27 ) condensed head nitrogen ( 46 ) as reflux liquid to the first high-pressure column ( 23 ), - means of initiation ( 77 . 79 ) at least a portion of the in the low pressure column intermediate evaporator ( 27 ) evaporated intermediate fraction as ascending gas in the low-pressure column ( 25 . 26 ), Means for introducing at least part of the bottoms liquid ( 66 ) of the low-pressure column ( 25 . 26 ) in the evaporation chamber of the low-pressure column bottom evaporator ( 28 ), - means for introducing a heating fluid ( 58 ) into the liquefaction space of the low-pressure column bottom evaporator ( 28 ), Means for introducing a non-evaporated part ( 67 ) of the bottoms liquid ( 66 ) of the low-pressure column ( 25 . 26 ) in the evaporation space of the secondary capacitor ( 29 ; 228 ) and means for obtaining at least part of the in the secondary capacitor ( 29 ; 228 ) evaporated liquid ( 68 ) as a gaseous oxygen product ( 69 ), characterized in that - the distillation column system for nitrogen-oxygen separation also has a second high-pressure column ( 24 ), and the device further comprises - means for introducing a second feed air stream in the main heat exchanger ( 20 . 21 ), - means for introducing the cooled in the main heat exchanger second feed air stream ( 35 ) in the second high-pressure column ( 24 ), and - means for introducing at least a portion of the head gas ( 58 ) of the second high-pressure column ( 24 ) as heating fluid in the liquefaction space of the low-pressure column bottom evaporator ( 28 ), wherein - in particular control means are provided which cause the second feed air stream ( 35 ) under a second pressure, which is higher than the first pressure, in the second high-pressure column ( 24 ) is initiated.
DE201110113671 2011-09-20 2011-09-20 Method for cryogenic separation of air in distillation column system for nitrogen-oxygen separation, involves using portion of overhead gas of high pressure column as heating fluid in low pressure column bottom reboiler Withdrawn DE102011113671A1 (en)

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