DE102013019147A1 - Process for obtaining at least one oxygen product in an air separation plant and air separation plant - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Gewinnung zumindest eines Sauerstoffprodukts in einer Luftzerlegungsanlage (100) mit einem Destinationssäulensystem mit einer Niederdrucksäule (32, 33), die auf zumindest einem ersten Druckniveau betrieben wird, und einer Hochdrucksäule (31), die auf einem zweiten Druckniveau oberhalb des ersten Druckniveaus betrieben wird, vorgeschlagen. Die Hochdrucksäule (31) weist einen Sumpfverdampfer auf. Das Verfahren umfasst, zumindest einen ersten Druckluftstrom (a) auf dem ersten Druckniveau, einen zweiten Druckluftstrom (b) auf dem zweiten Druckniveau sowie einen dritten Druckluftstrom (c) auf einem dritten Druckniveau oberhalb des zweiten Druckniveaus bereitzustellen. Ferner umfasst das Verfahren, Luft des ersten Druckluftstroms (a) in die Niederdrucksäule (32, 33) einzuspeisen, Luft des zweiten Druckluftstroms (a) in die Hochdrucksäule (31) einzuspeisen und Luft des dritten Druckluftstroms (c) durch den Sumpfverdampfer (35) der Hochdrucksäule (31) zu führen. In der Hochdrucksäule (31) wird zumindest aus der in diese eingespeisten Luft des zweiten Druckluftstroms (b) ein sauerstoffangereichertes Kondensat sowie ein stickstoffangereichertes Evaporat gewonnen und jeweils teilweise in die Niederdrucksäule (32, 33) überführt. In der Niederdrucksäule (32, 33) wird zumindest ein sauerstoffreicher Strom (o) mit einem Gehalt von 60 bis 99% Sauerstoff gewonnen und als das Sauerstoffprodukt aus der Luftzerlegungsanlage (100) ausgeleitet. Zumindest der erste Druckluftstrom (a) wird unter Verwendung eines ersten Verdichters (11) bereit gestellt, mit dem der erste Druckluftstrom (a) ausgehend von einem Ausgangsdruckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus nur auf das erste Druckniveau verdichtet wird.The invention relates to a method for obtaining at least one oxygen product in an air separation plant (100) with a destination column system having a low pressure column (32, 33) operating at at least a first pressure level and a high pressure column (31) operating at a second pressure level above first pressure levels is proposed. The high-pressure column (31) has a bottom evaporator. The method comprises providing at least a first compressed air flow (a) at the first pressure level, a second compressed air flow (b) at the second pressure level, and a third compressed air flow (c) at a third pressure level above the second pressure level. Furthermore, the method comprises feeding air of the first compressed air flow (a) into the low pressure column (32, 33), feeding air of the second compressed air flow (a) into the high pressure column (31) and air of the third compressed air flow (c) through the bottom evaporator (35). the high-pressure column (31) to lead. In the high-pressure column (31), an oxygen-enriched condensate and a nitrogen-enriched evaporate are recovered, at least from the air fed into the second compressed air stream (b), and in each case partially transferred to the low-pressure column (32, 33). In the low-pressure column (32, 33) at least one oxygen-rich stream (o) is obtained with a content of 60 to 99% oxygen and discharged as the oxygen product from the air separation plant (100). At least the first compressed air flow (a) is provided using a first compressor (11) with which the first compressed air flow (a) is compressed from an initial pressure level below the first pressure level only to the first pressure level.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung zumindest eines Sauerstoffprodukts in einer Luftzerlegungsanlage und eine Luftzerlegungsanlage gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to a method for obtaining at least one oxygen product in an air separation plant and an air separation plant according to the preambles of the independent claims.
Stand der TechnikState of the art
Die Herstellung von Luftprodukten in flüssigem oder gasförmigem Zustand durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in Luftzerlegungsanlagen ist bekannt. Derartige Luftzerlegungsanlagen weisen Destillationssäulensysteme auf, die beispielsweise als Zweisäulensysteme, insbesondere als klassische Linde-Doppelsäulensysteme, aber auch als Drei- oder Mehrsäulensysteme ausgebildet sein können. Ferner können Vorrichtungen zur Gewinnung weiterer Luftkomponenten, insbesondere der Edelgase Krypton, Xenon und/oder Argon, vorgesehen sein (siehe hierzu beispielsweise
Die Destillationssäulensysteme werden bei unterschiedlichen Betriebsdrücken in ihren jeweiligen Trennsäulen betrieben. Bekannte Doppelsäulensysteme weisen beispielsweise eine sogenannte Hochdrucksäule und eine sogenannte Niederdrucksäule auf. Der Betriebsdruck der Hochdrucksäule beträgt beispielsweise 4,3 bis 6,9 bar, vorzugsweise etwa 5,0 bar. Die Niederdrucksäule wird bei einem Betriebsdruck von beispielsweise 1,3 bis 1,7 bar, vorzugsweise etwa 1,5 bar betrieben. Bei den hier und im Folgenden angegebenen Drücken handelt es sich um Absolutdrücke.The distillation column systems are operated at different operating pressures in their respective separation columns. Known double column systems have, for example, a so-called high-pressure column and a so-called low-pressure column. The operating pressure of the high-pressure column is, for example, 4.3 to 6.9 bar, preferably about 5.0 bar. The low-pressure column is operated at an operating pressure of, for example, 1.3 to 1.7 bar, preferably about 1.5 bar. The pressures given here and below are absolute pressures.
Luftzerlegungsanlagen können mit sogenannter Innenverdichtung betrieben werden. Bei der Innenverdichtung wird dem Destillationssäulensystem ein flüssiger Strom entnommen und zumindest zum Teil flüssig auf Druck gebracht. Der flüssig auf Druck gebrachte Strom wird in einem Hauptwärmetauscher der Luftzerlegungsanlage gegen einen Wärmeträger erwärmt und verdampft. Bei dem flüssigen Strom kann es sich insbesondere um flüssigen Sauerstoff, jedoch auch um Stickstoff oder Argon handeln. Die Innenverdichtung wird damit zur Gewinnung entsprechender gasförmiger Druckprodukte eingesetzt. Der Vorteil an Innenverdichtungsverfahren ist unter anderem, dass entsprechende Fluide nicht außerhalb der Luftzerlegungsanlage in gasförmigem Zustand verdichtet werden müssen, was sich häufig als sehr aufwendig erweist und/oder aufwendige Sicherheitsmaßnahmen erfordert.Air separation plants can be operated with so-called internal compression. In the internal compression, a liquid stream is taken from the distillation column system and at least partially brought to liquid pressure. The liquid brought to pressure is heated in a main heat exchanger of the air separation plant against a heat transfer medium and evaporated. The liquid stream may in particular be liquid oxygen, but also nitrogen or argon. The internal compression is thus used to obtain appropriate gaseous printed products. Among other things, the advantage of internal compression processes is that corresponding fluids do not have to be compressed outside the air separation plant in a gaseous state, which often proves to be very complicated and / or requires expensive safety measures.
Der Begriff ”Verdampfen” schließt, wie auch nachfolgend noch erläutert, bei der Innenverdichtung Fälle ein, bei denen ein überkritischer Druck herrscht und daher kein Phasenübergang im eigentlichen Sinne stattfindet. Der flüssig auf Druck gebrachte Strom wird dann ”pseudoverdampft”. Gegen einen (pseudo-)verdampfenden Strom wird ein Wärmeträger verflüssigt (bzw. pseudoverflüssigt, wenn er unter überkritischem Druck steht). Der Wärmeträger wird dabei üblicherweise durch einen Teil der der Luftzerlegungsanlage zugeführten Luft gebildet.The term "evaporation" includes, as also explained below, in the internal compression cases in which there is a supercritical pressure and therefore no phase transition takes place in the true sense. The liquid pressurized stream is then "pseudo-evaporated". A heat transfer medium is liquefied (or pseudo-liquefied if it is under supercritical pressure) against a (pseudo) vaporising stream. The heat carrier is usually formed by a part of the air separation plant supplied air.
Um den flüssig auf Druck gebrachten Strom erwärmen und verdampfen zu können, muss dieser Wärmeträger aufgrund thermodynamischer Gegebenheiten einen höheren Druck als der flüssig auf Druck gebrachte Strom haben. Daher muss ein entsprechend hoch verdichteter Strom bereitgestellt werden.In order to heat and vaporize the stream which has been brought to liquid pressure, this heat transfer medium must have a higher pressure than the liquid which has been pressurized due to thermodynamic conditions. Therefore, a correspondingly high-density power must be provided.
Entsprechend dem in einer Luftzerlegungsanlage hauptsächlich zu produzierenden Produkt, dessen gewünschtem Aggregatzustand und/oder seiner benötigten Reinheit können Luftzerlegungsanlagen baulich und/oder betrieblich optimiert werden, um beispielsweise besonders geringe Erstellungs- und Betriebskosten zu ermöglichen.According to the product to be mainly produced in an air separation plant, its desired state of aggregation and / or its required purity, air separation plants can be structurally and / or operationally optimized in order, for example, to allow particularly low production and operating costs.
Insbesondere Verfahren zur Gewinnung von sogenanntem unreinem Niederdrucksauerstoff, also Sauerstoff mit einer Reinheit von beispielsweise weniger als 98%, der zusätzlich bei einem Druck von weniger als 2 bar bereitgestellt wird, eröffnen Optimierungsmöglichkeiten. In derartigen Verfahren können auch andere typische Luftprodukte in Form von innenverdichteten, flüssigen oder gasförmigen Strömen gewonnen werden. Typischerweise werden derartige Verfahren zur Versorgung von Kraftwerksprozessen mit sauerstoffunterstützter Verbrennung, sogenannte Oxyfuel-Prozesse, eingesetzt.In particular, methods for obtaining so-called impure low-pressure oxygen, ie oxygen with a purity of, for example, less than 98%, which is additionally provided at a pressure of less than 2 bar, open up optimization possibilities. In such processes, other typical air products in the form of internally compressed, liquid or gaseous streams can be obtained. Typically, such methods are used to supply power plant processes with oxygen-assisted combustion, so-called oxyfuel processes.
Die Anforderungen an die Effizienz der hier verwendeten Luftzerlegungsanlagen werden zunehmend höher. Insbesondere ist beispielsweise ein spezifischer Energieverbrauch von weniger als 0,3 kWh pro Normkubikmeter Luft gefordert.The efficiency requirements of the air separation plants used here are becoming increasingly higher. In particular, for example, a specific energy consumption of less than 0.3 kWh per standard cubic meter air is required.
Eine Einhaltung derartiger Anforderungen erweist sich mit herkömmlichen Luftzerlegungsverfahren jedoch als schwierig. Es besteht daher der Bedarf nach energieeffizienteren Verfahren zur Bereitstellung entsprechender Produkte.Compliance with such requirements, however, proves difficult with conventional air separation processes. There is therefore a need for more energy-efficient methods for providing corresponding products.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Gewinnung zumindest eines Sauerstoffprodukts in einer Luftzerlegungsanlage und eine Luftzerlegungsanlage mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor. Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, the present invention proposes a method for obtaining at least one oxygen product in an air separation plant and an air separation plant with the features of the independent claims. Preferred embodiments are the subject of Subclaims and the following description.
Vor der Erläuterung der Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deren Grundlagen und die verwendeten Begriffe erläutert.Before explaining the features and advantages of the present invention, its principles and the terms used will be explained.
Eine ”Luftzerlegungsanlage” wird mit ggf. getrockneter und aufgereinigter Luft beschickt, die herkömmlicherweise zumindest mittels eines ”Hauptverdichters” in Form zumindest eines Druckluftstroms bereitgestellt wird. Eine Luftzerlegungsanlage weist, wie erwähnt, ein Destillationssäulensystem zur Zerlegung der Luft, insbesondere in Stickstoff und Sauerstoff, in einer ”Zerlegungseinheit” auf. Hierzu wird die Luft in die Nähe ihres Taupunkts abgekühlt und in das Destillationssäulensystem eingeleitet, wie zuvor erläutert. Im Gegensatz hierzu umfasst eine reine ”Luftverflüssigungsanlage” kein Destillationssäulensystem, also keine Zerlegungseinheit, sondern nur eine kryogene Verflüssigungseinheit. Im Übrigen kann ihr Aufbau jenem einer Luftzerlegungsanlage entsprechen.An "air separation plant" is charged with optionally dried and purified air, which is conventionally provided at least by means of a "main compressor" in the form of at least one compressed air flow. As mentioned, an air separation plant has a distillation column system for separating the air, in particular into nitrogen and oxygen, in a "separation unit". For this purpose, the air is cooled to near its dew point and introduced into the distillation column system, as explained above. In contrast to this, a pure "air liquefaction plant" does not comprise a distillation column system, ie no decomposition unit, but only a cryogenic liquefaction unit. Incidentally, their construction can correspond to that of an air separation plant.
Ein ”Luftprodukt” ist jedes Produkt, das zumindest durch Verdichten und Abkühlen von Luft und insbesondere, jedoch nicht notwendigerweise, durch eine anschließende Tieftemperaturrektifikation hergestellt werden kann. Insbesondere kann es sich hierbei um flüssigen oder gasförmigen Sauerstoff (LOX, GOX), flüssigen oder gasförmigen Stickstoff (LIN, GAN), flüssiges oder gasförmiges Argon (LAR, GAR), flüssiges oder gasförmiges Xenon, flüssiges oder gasförmiges Krypton, flüssiges oder gasförmiges Neon, flüssiges oder gasförmiges Helium usw. handeln, aber auch beispielsweise um Flüssigluft (LAIR). Die Begriffe ”Sauerstoff”, ”Stickstoff” usw. bezeichnen dabei jeweils auch ”unreine” tiefkalte Flüssigkeiten oder Gase, die die jeweils genannte Luftkomponente in einer Menge aufweisen, die oberhalb jener atmosphärischer Luft liegt. Es muss sich also nicht um reine Flüssigkeiten oder Gase mit hohen Gehalten handeln. Insbesondere bezeichnet im Rahmen dieser Anmeldung der Begriff ”unreiner Sauerstoff” ein Gemisch aus Luftkomponenten, das zumindest 80, 85, 90, 95 oder 98 und höchstens 99% Sauerstoff enthält.An "air product" is any product that can be produced, at least by compressing and cooling air, and in particular, but not necessarily, by subsequent cryogenic rectification. In particular, these may be liquid or gaseous oxygen (LOX, GOX), liquid or gaseous nitrogen (LIN, GAN), liquid or gaseous argon (LAR, GAR), liquid or gaseous xenon, liquid or gaseous krypton, liquid or gaseous neon , liquid or gaseous helium, etc. but also, for example, liquid air (LAIR). The terms "oxygen", "nitrogen", etc., in each case also designate "impure" cryogenic liquids or gases which have the respective air component in an amount which is above that of atmospheric air. It does not have to be pure liquids or gases with high contents. In particular, in the context of this application the term "impure oxygen" denotes a mixture of air components which contains at least 80, 85, 90, 95 or 98 and at most 99% oxygen.
Flüssige und gasförmige Ströme können im hier verwendeten Sprachgebrauch reich oder arm an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei ”reich” für einen Gehalt von wenigstens 90%, 95%, 99%, 99,5%, 99,9%, 99,99% oder 99,999% und ”arm” für einen Gehalt von höchstens 10%, 5%, 1%, 0,1%, 0,01% oder 0,001% auf molarer, Gewichts- oder Volumenbasis stehen kann. Flüssige und gasförmige Ströme können im hier verwendeten Sprachgebrauch ferner angereichert oder abgereichert an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei sich diese Begriffe auf einen entsprechenden Gehalt in einem Ausgangsgemisch beziehen, aus dem der flüssige oder gasförmige Strom erhalten wurde. Der flüssige oder gasförmige Strom ist ”angereichert”, wenn dieser zumindest den 1,1-fachen, 1,5-fachen, 2-fachen, 5-fachen, 10-fachen 100-fachen oder 1.000-fachen Gehalt, ”abgereichert”, wenn er höchstens den 0,9-fachen, 0,5-fachen, 0,1-fachen, 0,01-fachen oder 0,001-fachen Gehalt einer entsprechenden Komponente, bezogen auf das Ausgangsgemisch, enthält.Liquid and gaseous streams may be rich or poor in one or more components as used herein, with "rich" for a content of at least 90%, 95%, 99%, 99.5%, 99.9%, 99.99 % or 99.999% and "poor" for a content of at most 10%, 5%, 1%, 0.1%, 0.01% or 0.001% on a molar, weight or volume basis. Liquid and gaseous streams may also be enriched or depleted in one or more components as used herein, which terms refer to a corresponding level in a starting mixture from which the liquid or gaseous stream was obtained. The liquid or gaseous stream is "enriched" if it is at least 1.1 times, 1.5 times, 2 times, 5 times, 10
Ein entsprechendes Fluid, das bei einer Temperatur oberhalb der kritischen Temperatur und einem Druck oberhalb des kritischen Drucks vorliegt, befindet sich im überkritischen Zustand. Wird die Temperatur bis auf einen Wert unterhalb der kritischen Temperatur abgesenkt, geht das zuvor im überkritischen Zustand vorliegende Fluid in einen flüssigen Zustand über. Da jedoch im überkritischen Zustand nicht zwischen flüssiger und gasförmiger Phase unterschieden werden kann, handelt es sich hierbei nicht um eine ”Verflüssigung” im eigentlichen Sinn, das Fluid wird ”pseudoverflüssigt”. Dennoch soll auch eine derartige ”Pseudoverflüssigung” im Rahmen dieser Anmeldung unter den Begriff ”Verflüssigung” fallen. Eine Verflüssigung liegt also immer dann vor, wenn ein Fluid ausgehend von einem nicht oder nicht eindeutig flüssigen Zustand in den flüssigen Zustand übergeht. Entsprechendes gilt für den Begriff ”Verdampfung”, der auch eine ”Pseudoverdampfung”, also den Übergang vom flüssigen in den überkritischen Zustand einschließt.A corresponding fluid, which is at a temperature above the critical temperature and a pressure above the critical pressure, is in the supercritical state. If the temperature is lowered to a value below the critical temperature, the fluid previously present in the supercritical state changes to a liquid state. However, since it is not possible to distinguish between liquid and gaseous phases in the supercritical state, this is not a matter of "liquefaction" in the strict sense, the fluid is "pseudo-liquefied". Nevertheless, such a "pseudo-liquefaction" in the context of this application should also fall under the term "liquefaction". A liquefaction is therefore always present when a fluid, starting from a not or not clearly liquid state in the liquid state passes. The same applies to the term "evaporation", which also includes a "pseudo-vaporization", ie the transition from the liquid to the supercritical state.
Ein ”Verdichter” ist eine Vorrichtung, die zum Verdichten wenigstens eines gasförmigen Stroms von wenigstens einem Eingangsdruck, bei dem dieser dem Verdichter zugeführt wird, auf wenigstens einen Enddruck, bei dem dieser dem Verdichter entnommen wird, eingerichtet ist. Ein Verdichter bildet eine bauliche Einheit, die jedoch mehrere ”Verdichterstufen” in Form von Kolben-, Schrauben- und/oder Schaufelrad- bzw. Turbinenanordnungen (also Axial- oder Radialverdichterstufen) aufweisen kann. Dies gilt auch insbesondere für den ”Haupt(luft)verdichter” einer Luftbehandlungsanlage, der sich dadurch auszeichnet, dass durch diesen die gesamte oder der überwiegende Anteil der in die Luftbehandlungsanlage eingespeisten Luftmenge, also der Einsatzluftstrom, verdichtet wird. Ein ”Nachverdichter”, in dem typischerweise ein Teil der im Hauptverdichter verdichteten Luftmenge auf einen nochmals höheren Druck gebracht wird, ist häufig ebenfalls mehrstufig ausgebildet. Insbesondere werden entsprechende Verdichterstufen mittels eines gemeinsamen Antriebs, beispielsweise über eine gemeinsame Welle, angetrieben.A "compressor" is a device designed to compress at least one gaseous stream from at least one inlet pressure at which it is fed to the compressor to at least one final pressure at which it is taken from the compressor. A compressor forms a structural unit, which, however, can have a plurality of "compressor stages" in the form of piston, screw and / or Schaufelrad- or turbine assemblies (ie axial or radial compressor stages). This also applies in particular to the "main (air) compressor" of an air treatment plant, which is characterized in that the total or the majority of the amount of air fed into the air treatment plant, ie the feed air flow, is compressed by this. A "secondary compressor", in which typically a part of the air quantity compressed in the main compressor is brought to an even higher pressure, is often likewise of multi-stage design. In particular, corresponding compressor stages are driven by means of a common drive, for example via a common shaft.
Eine ”Entspannungsturbine” bzw. ”Entspannungsmaschine”, die über eine gemeinsame Welle mit weiteren Entspannungsturbinen oder Energiewandlern wie Ölbremsen, Generatoren oder Verdichtern gekoppelt sein kann, ist zur Entspannung eines gasförmigen oder zumindest teilweise flüssigen Stroms eingerichtet. Insbesondere können Entspannungsturbinen zum Einsatz in der vorliegenden Erfindung als Turboexpander ausgebildet sein. Wird ein Verdichter mit einer oder mehreren Entspannungsturbinen angetrieben, jedoch ohne extern, beispielsweise mittels eines Elektromotors, zugeführte Energie, wird der Begriff ”turbinengetriebener” Verdichter oder alternativ ”Booster” verwendet. Anordnungen aus turbinengetriebenen Verdichtern und Entspannungsturbinen werden auch als ”Boosterturbinen” bezeichnet.A "relaxation turbine" or "relaxation machine", which has a common shaft with other expansion turbines or energy converters such as oil brakes, generators or Compressors can be coupled, is set up to relax a gaseous or at least partially liquid stream. In particular, expansion turbines may be designed for use in the present invention as a turboexpander. If a compressor is driven by one or more expansion turbines, but without externally, for example by means of an electric motor, supplied energy, the term "turbine-driven" compressor or alternatively "booster" is used. Arrangements of turbine-driven compressors and expansion turbines are also referred to as "booster turbines".
Ein ”Wärmetauscher” dient zur indirekten Übertragung von Wärme zwischen zumindest zwei z. B. im Gegenstrom zueinander geführten Strömen, beispielsweise einem warmen Druckluftstrom und einem oder mehreren kalten Strömen oder einem tiefkalten flüssigen Luftprodukt und einem oder mehreren warmen Strömen. Ein Wärmetauscher kann aus einem einzelnen oder mehreren parallel und/oder seriell verbundenen Wärmetauscherabschnitten gebildet sein, z. B. aus einem oder mehreren Plattenwärmetauscherblöcken. Ein Wärmetauscher, beispielsweise auch der in einer Luftbehandlungsanlage eingesetzte ”Hauptwärmetauscher”, der sich dadurch auszeichnet, dass durch ihn der Hauptanteil der abzukühlenden bzw. zu erwärmenden Ströme abgekühlt bzw. erwärmt wird, weist ”Passagen” auf, die als voneinander getrennte Fluidkanäle mit Wärmeaustauschflächen ausgebildet sind.A "heat exchanger" is used for the indirect transfer of heat between at least two z. B. countercurrently guided to each other streams, such as a warm compressed air stream and one or more cold streams or a cryogenic liquid air product and one or more hot streams. A heat exchanger may be formed of a single or multiple heat exchanger sections connected in parallel and / or in series, e.g. B. from one or more plate heat exchanger blocks. A heat exchanger, for example, the "main heat exchanger" used in an air treatment plant, which is characterized in that it is cooled or heated by the majority of the streams to be cooled or heated, has "passages" as separate fluid channels with heat exchange surfaces are formed.
Die Destillationssäulen von Destillationssäulensystemen bei Luftzerlegungsanlagen sind zumindest teilweise mit einem ”Kopfkondensator” ausgestattet. Dies gilt zumindest für die Hochdrucksäule klassischer Doppelsäulensysteme. Der Kopfkondensator, der beispielsweise als Kondensatorverdampfer ausgebildet ist, wird hier üblicherweise auch als ”Hauptkondensator” bezeichnet. In einem Kondensatorverdampfer wird eine zu verdampfende Flüssigkeit (”Kühlmedium”) in einem Verdampfungsraum zumindest teilweise gegen ein gasförmiges Fluid in einem Verflüssigungsraum verdampft. Das gasförmige Fluid verflüssigt sich hierdurch zumindest teilweise. Bei herkömmlichen Luftzerlegungsanlagen wird im Hauptkondensator ein gasförmiges Kopfprodukt (sogenannter Kopfstickstoff) der Hochdrucksäule verflüssigt und ein Sumpfprodukt der Niederdrucksäule, die oberhalb der Hochdrucksäule angeordnet ist, verdampft. Ein derartiger Hauptkondensator wird häufig innerhalb der Niederdrucksäule angeordnet (innenliegender Hauptkondensator), alternativ kann er in einem separaten Behälter außerhalb der Niederdrucksäule untergebracht und über Leitungen mit der Niederdrucksäule verbunden werden (außenliegender Hauptkondensator).The distillation columns of distillation column systems in air separation plants are at least partially equipped with a "top condenser". This applies at least to the high-pressure column of classic double-column systems. The top condenser, which is designed, for example, as a condenser evaporator, is usually also referred to here as a "main condenser". In a condenser evaporator, a liquid to be evaporated ("cooling medium") in an evaporation space is at least partially vaporized against a gaseous fluid in a liquefaction space. The gaseous fluid liquefies thereby at least partially. In conventional air separation plants, a gaseous top product (so-called head nitrogen) of the high-pressure column is liquefied in the main condenser and a bottom product of the low-pressure column, which is arranged above the high-pressure column, evaporates. Such a main capacitor is often arranged within the low pressure column (internal main condenser), alternatively it can be housed in a separate container outside the low pressure column and connected via lines to the low pressure column (external main capacitor).
Ein ”Kondensatorverdampfer” weist einen Verflüssigungsraum und einen Verdampfungsraum auf. Verdampfungs- und Verflüssigungsraum werden jeweils durch Gruppen von Passagen (Verflüssigungs- bzw. Verdampfungspassagen) gebildet, die untereinander in fluidischer Verbindung stehen. In dem Verflüssigungsraum wird die Kondensation eines ersten Fluidstroms durchgeführt, in dem Verdampfungsraum die Verdampfung eines zweiten Fluidstroms. Die beiden Fluidströme stehen dabei in indirektem Wärmetausch. Entsprechende Verdampfer werden auch als Badverdampfer bzw. Badkondensatoren bezeichnet.A "condenser evaporator" has a liquefaction space and an evaporation space. Evaporation and liquefaction space are each formed by groups of passages (liquefaction or evaporation passages), which are in fluid communication with each other. In the liquefaction space, the condensation of a first fluid flow is performed, in the evaporation space, the evaporation of a second fluid flow. The two fluid streams are in indirect heat exchange. Corresponding evaporators are also referred to as bath evaporators or bath condensers.
Die vorliegende Anmeldung verwendet zur Charakterisierung von Drücken und Temperaturen die Begriffe ”Druckniveau” und ”Temperaturniveau”, wodurch zum Ausdruck gebracht werden soll, dass entsprechende Drücke und Temperaturen in einer entsprechenden Anlage nicht in Form exakter Druck- bzw. Temperaturwerte verwendet werden müssen, um das erfinderische Konzept zu verwirklichen. Jedoch bewegen sich derartige Drücke und Temperaturen typischerweise in bestimmten Bereichen, die beispielsweise ±1%, 5%, 10%, 20% oder sogar 50% um einen Mittelwert liegen. Entsprechende Druckniveaus und Temperaturniveaus können dabei in disjunkten Bereichen liegen oder in Bereichen, die einander überlappen. Insbesondere schließen beispielsweise Druckniveaus unvermeidliche oder zu erwartende Druckverluste, beispielsweise aufgrund von Abkühlungseffekten, ein. Entsprechendes gilt für Temperaturniveaus. Bei den hier in bar angegebenen Druckniveaus handelt es sich um Absolutdrücke.The present application uses the terms "pressure level" and "temperature level" to characterize pressures and temperatures, thereby indicating that corresponding pressures and temperatures in a given plant need not be used in the form of exact pressure or temperature values to realize the innovative concept. However, such pressures and temperatures typically range in certain ranges that are, for example, ± 1%, 5%, 10%, 20% or even 50% about an average. Corresponding pressure levels and temperature levels can be in disjoint areas or in areas that overlap one another. In particular, for example, pressure levels include unavoidable or expected pressure drops, for example, due to cooling effects. The same applies to temperature levels. The pressure levels indicated here in bar are absolute pressures.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die vorliegende Erfindung geht von einem an sich bekannten Verfahren zur Gewinnung zumindest eines Sauerstoffprodukts in einer Luftzerlegungsanlage aus. Bei dem Sauerstoffprodukt handelt es sich insbesondere um den erwähnten ”unreinen Niederdrucksauerstoff”, also Sauerstoff, dessen Reinheitsgrad beispielsweise 60 bis 99% und dessen Druck beispielsweise 1 bis 2 bar beträgt. Unreiner Niederdrucksauerstoff eignet sich, wie erwähnt, besonders zur Verwendung in Verfahren zur sauerstoffangereicherten Verbrennung (sogenannten Oxyfuel-Verfahren) und in der Metallurgie. Die in diesen Anwendungen geforderten vergleichsweise geringen Sauerstoffgehalte ermöglichen eine Erstellung sehr effizienter Luftzerlegungsanlagen gemäß den eingangs erwähnten Anforderungen.The present invention is based on a known per se method for obtaining at least one oxygen product in an air separation plant. The oxygen product is in particular the mentioned "impure low-pressure oxygen", ie oxygen whose purity is, for example, 60 to 99% and whose pressure is, for example, 1 to 2 bar. Impure low-pressure oxygen is, as mentioned, particularly suitable for use in processes for oxygen-enriched combustion (so-called oxyfuel process) and in metallurgy. The comparatively low oxygen contents required in these applications make it possible to produce very efficient air separation plants in accordance with the requirements mentioned above.
Die vorliegende Erfindung, wie sie auch nachfolgend noch erläutert wird, geht insbesondere von bekannten ”Dual Reboiler”-Verfahren aus, wie sie beispielsweise in der
Dabei wird eine Luftzerlegungsanlage mit einem Destillationssäulensystem verwendet, das eine Niederdrucksäule, die auf zumindest einem ersten Druckniveau betrieben wird, und eine Hochdrucksäule, die auf einem zweiten Druckniveau oberhalb des ersten Druckniveaus betrieben wird, aufweist. Die Hochdrucksäule weist einen Sumpfverdampfer auf. Ein derartiger Sumpfverdampfer ist zum Aufheizen eines in der Hochdrucksäule abgeschiedenen Kondensats vorgesehen. Auch die Niederdrucksäule weist zumindest einen Sumpfverdampfer auf; hierbei handelt es sich um den eingangs erläuterten Hauptkondensator, der in der Niederdrucksäule erhaltenes Kondensat aufheizt. Insbesondere stehen die Hochdrucksäule und die Niederdrucksäule oder ein Teil einer solchen Niederdrucksäule in wärmetauschender Verbindung, wobei der Hauptkondensator diese wärmetauschende Verbindung herstellt. In this case, an air separation plant is used with a distillation column system, which has a low-pressure column, which is operated at least a first pressure level, and a high-pressure column, which is operated at a second pressure level above the first pressure level. The high-pressure column has a bottom evaporator. Such a bottom evaporator is provided for heating a condensate deposited in the high-pressure column. The low-pressure column also has at least one bottom evaporator; this is the main condenser explained at the beginning, which heats the condensate obtained in the low-pressure column. In particular, the high-pressure column and the low-pressure column or a part of such a low-pressure column are in heat-exchanging connection, wherein the main capacitor produces this heat-exchanging compound.
Ferner wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zumindest ein erster Druckluftstrom auf dem ersten Druckniveau, ein zweiter Druckluftstrom auf dem zweiten Druckniveau sowie ein dritter Druckluftstrom auf einem dritten Druckniveau oberhalb des zweiten Druckniveaus bereitgestellt. Das erste Druckniveau kann im Rahmen der vorliegenden Anmeldung insbesondere einen Bereich von 1,4 bis 1,7 bar, das zweite Druckniveau einen Bereich von 4 bis 6 bar und das dritte Druckniveau einen Bereich von 7 bis 10 bar umfassen.Furthermore, at least one first compressed air flow at the first pressure level, a second compressed air flow at the second pressure level, and a third compressed air flow at a third pressure level above the second pressure level are provided within the scope of the method according to the invention. In the context of the present application, the first pressure level may in particular comprise a range of 1.4 to 1.7 bar, the second pressure level a range of 4 to 6 bar and the third pressure level a range of 7 to 10 bar.
Luft des ersten Druckluftstroms, d. h. die gesamte oder nur ein Teil der in Form des ersten Druckluftstroms bereitgestellten Luft, wird in die Niederdrucksäule eingespeist. Luft des zweiten Druckluftstroms, d. h. die gesamte oder nur ein Teil der Luft des zweiten Druckluftstroms, wird in die Hochdrucksäule eingespeist. Luft des dritten Druckluftstroms, d. h. die gesamte Luft oder nur ein Teil der Luft des dritten Druckluftstroms, wird durch den Sumpfverdampfer der Hochdrucksäule geführt. Die Luft des dritten Druckluftstroms wird damit zum Aufheizen des Kondensats der Hochdrucksäule verwendet.Air of the first compressed air flow, d. H. all or part of the air provided in the form of the first compressed air flow is fed into the low-pressure column. Air of the second compressed air stream, d. H. all or part of the air from the second compressed air stream is fed into the high-pressure column. Air of the third compressed air stream, d. H. All or part of the air of the third compressed air stream is passed through the sump evaporator to the high pressure column. The air of the third compressed air flow is thus used to heat the condensate of the high pressure column.
In der Hochdrucksäule werden zumindest aus der in diese eingespeisten Luft des zweiten Druckluftstroms ein sauerstoffangereichertes Kondensat sowie ein stickstoffangereichertes Evaporat gewonnen. Die Gewinnung erfolgt auf an sich bekannte Weise durch die Wirkung der in der Hochdrucksäule bereitgestellten Einbauten, Böden usw. Ein Kondensat wird auch als Sumpffraktion bzw. Sumpfflüssigkeit, ein Evaporat auch als Kopffraktion bzw. Kopfgas bezeichnet. Das sauerstoffangereicherte Kondensat sowie das stickstoffangereicherte Evaporat werden jeweils teilweise in die Niederdrucksäule überführt.In the high-pressure column, an oxygen-enriched condensate and a nitrogen-enriched evaporate are obtained at least from the air fed into this second compressed air stream. The recovery is carried out in a manner known per se by the action of the internals provided in the high-pressure column, soils, etc. A condensate is also referred to as bottoms fraction or bottoms liquid, an evaporate also as top fraction or top gas. The oxygen-enriched condensate and the nitrogen-enriched evaporate are each partially transferred to the low-pressure column.
In der Niederdrucksäule wird zumindest ein sauerstoffreicher Strom mit einem Gehalt von 60 bis 99% Sauerstoff gewonnen und als das erwähnte Sauerstoffprodukt aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet. Die erfindungsgemäße Anlage kann dabei auch die Gewinnung unterschiedlicher sauerstoffreicher Ströme umfassen, wie im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Beispielsweise kann ein erster Teil gasförmig oberhalb eines Sumpfs der Niederdrucksäule entnommen und ein zweiter Teil in Form eines Teilstroms des Kondensats aus der Niederdrucksäule entnommen werden. Die vorliegende Erfindung kann insbesondere auch im Zusammenhang mit Innenverdichtungsverfahren zum Einsatz kommen, wie sie zuvor erläutert wurden.In the low pressure column at least one oxygen-rich stream is obtained with a content of 60 to 99% oxygen and discharged as the mentioned oxygen product from the air separation plant. The plant according to the invention can also comprise the recovery of different oxygen-rich streams, as explained in detail with reference to the accompanying figures. For example, a first part can be taken off in gaseous form above a sump of the low-pressure column and a second part in the form of a partial stream of the condensate can be removed from the low-pressure column. The present invention can also be used in particular in connection with internal compression methods, as explained above.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, zumindest den ersten Druckluftstrom unter Verwendung eines ersten Verdichters bereitzustellen. Mit dem ersten Verdichter wird der erste Druckluftstrom ausgehend von einem Ausgangsdruckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus, beispielsweise ausgehend von Atmosphärendruck, nur auf das erste Druckniveau verdichtet. Dass der erste Verdichter den ersten Druckluftstrom ausgehend von dem Ausgangsdruckniveau ”nur auf das erste Druckniveau” verdichtet, bedeutet, dass in einem derartigen Verdichter der Maximaldruck des in diesem verdichteten Stroms dem ersten Druckniveau entspricht. Es handelt sich also hierbei insbesondere nicht um einen mehrstufigen Verdichter, dem der erste Druckluftstrom etwa bei einem Zwischendruck, der dem ersten Druckniveau entspricht, entnommen würde. Das Ausgangsdruckniveau kann insbesondere Atmosphärendruck entsprechen oder leicht unter Atmosphärendruck liegen. Letzterer Druck stellt sich insbesondere dann ein, wenn ein Einsatzluftstrom mittels des ersten Verdichters über ein Filter angesaugt wird. Der erste Verdichter kann insbesondere als Gebläse (sogenannter Blower) bereitgestellt sein, was eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung und geringe Wartungsanfälligkeit ermöglicht.According to the invention it is provided to provide at least the first compressed air flow using a first compressor. With the first compressor, the first compressed air flow is compressed from an initial pressure level below the first pressure level, for example, starting from atmospheric pressure, only to the first pressure level. The fact that the first compressor compresses the first compressed air flow starting from the initial pressure level "only to the first pressure level" means that in such a compressor the maximum pressure of the compressed stream in this compressor corresponds to the first pressure level. It is therefore in particular not a multi-stage compressor, the first compressed air flow at about an intermediate pressure corresponding to the first pressure level would be removed. The output pressure level may in particular correspond to atmospheric pressure or be slightly below atmospheric pressure. The latter pressure arises in particular when an air feed stream is sucked by means of the first compressor via a filter. The first compressor can be provided in particular as a blower (so-called blower), which enables a particularly simple and cost-effective production and low maintenance susceptibility.
Mit anderen Worten schlägt die vorliegende Erfindung vor, Luft, die in der Luftzerlegungsanlage verwendet wird, zumindest teilweise nur auf den Druck der Niederdrucksäule, d. h. das ”erste” Druckniveau, zu verdichten. Hierdurch wird eine beträchtliche Menge Verdichterleistung eingespart. Die in die Niederdrucksäule eingespeiste Luft wird also nicht zuvor auf ein höheres Druckniveau, z. B. das zweite oder dritte Druckniveau, verdichtet und danach auf das erste Druckniveau entspannt, vielmehr erfolgt die Verdichtung von Anfang an nur auf das erste Druckniveau. Wie erwähnt, ermöglicht dies die Verwendung kostengünstiger Verdichter (Gebläse).In other words, the present invention proposes to use at least in part only air at the pressure of the low pressure column, that is, air used in the air separation plant. H. the "first" pressure level to condense. This saves a considerable amount of compressor power. The fed into the low pressure column air is therefore not previously to a higher pressure level, z. B. the second or third pressure level, compressed and then relaxed to the first pressure level, rather, the compression takes place from the beginning only to the first pressure level. As mentioned, this allows the use of low cost compressors (blowers).
Ein derartiges Verfahren ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil, wie erwähnt, ein Sumpfverdampfer im Sumpf der Hochdrucksäule vorgesehen ist. Die Effizienz der Zerlegung der Luft in der Hochdrucksäule, d. h. die jeweiligen Anreicherungsgrade in dem sauerstoffangereicherten Kondensat sowie dem stickstoffangereicherten Evaporat, wird hierdurch verstärkt. Hierdurch kann eine deutlich höhere Menge von Luft aus dem ersten Druckniveau in die Niederdrucksäule eingespeist werden. Entsprechende in die Niederdrucksäule eingespeiste Luft ist zwar grundsätzlich der Reinheit der in der Niederdrucksäule gewonnenen Produkte abträglich, erhöht aber die Gesamteffizienz. Durch die verbesserte Trennung in der Hochdrucksäule können die negativen Effekte auf die Reinheit der in der Niederdrucksäule gewonnenen Produkte ausgeglichen werden, zumal vorliegend ohnehin bevorzugt ”unreiner” Sauerstoff gewonnen werden soll.Such a method is particularly advantageous because, as mentioned, a bottom evaporator is provided in the bottom of the high-pressure column. The efficiency of the decomposition of the air in the high-pressure column, ie the respective Enrichment levels in the oxygen-enriched condensate and the nitrogen-enriched evaporate are thereby enhanced. As a result, a significantly higher amount of air from the first pressure level can be fed into the low-pressure column. Corresponding air fed into the low-pressure column is basically detrimental to the purity of the products obtained in the low-pressure column, but increases the overall efficiency. As a result of the improved separation in the high-pressure column, the negative effects on the purity of the products obtained in the low-pressure column can be compensated, especially since "impure" oxygen should be obtained in any case in this case.
Zumindest der zweite Druckluftstrom wird vorteilhafterweise unter Verwendung eines zweiten Verdichters bereitgestellt, mit dem der zweite Druckluftstrom ausgehend von dem erwähnten Ausgangsdruckniveau, oder aber ausgehend von dem ersten Druckniveau, nur auf das zweite Druckniveau verdichtet wird. Mit anderen Worten kann zur Bildung des zweiten Druckluftstroms ein Teil des ersten Druckluftstroms verwendet werden oder der zweite Verdichter kann ”frische” Einsatzluft ausgehend von dem Ausgangsdruckniveau verdichten.At least the second compressed air stream is advantageously provided by using a second compressor, with which the second compressed air stream is compressed from the mentioned initial pressure level, or else, starting from the first pressure level, only to the second pressure level. In other words, a portion of the first compressed air flow may be used to form the second compressed air flow, or the second compressor may compress "fresh" feed air from the output pressure level.
Zumindest der dritte Druckluftstrom wird vorteilhafterweise unter Verwendung eines Nachverdichters bereitgestellt, mit dem der dritte Druckluftstrom ausgehend von dem zweiten Druckniveau auf das dritte Druckniveau nachverdichtet wird. Zur Bildung des dritten Druckluftstroms wird also vorteilhafterweise ein Teil des zweiten Druckluftstroms auf dem zweiten Druckniveau nachverdichtet.At least the third compressed air stream is advantageously provided by using a secondary compressor with which the third compressed air stream is recompressed from the second pressure level to the third pressure level. For the formation of the third compressed air flow so advantageously a part of the second compressed air stream is recompressed at the second pressure level.
Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass eine Luftmenge der in die Niederdrucksäule eingespeisten Luft des ersten Druckluftstroms zumindest 25 bis 50%, insbesondere 35 bis 45% einer insgesamt in das Destillationssäulensystem eingespeisten Luftmenge umfasst. Mit anderen Worten wird nur ein Teil, beispielsweise die Hälfte oder etwas mehr als die Hälfte der gesamten Luftmenge auf die üblichen Drücke von 5 bar und mehr (hier das zweite und das dritte Druckniveau) verdichtet. Eine relativ große Luftmenge wird hingegen nur auf das erste Druckniveau unterhalb von 2 bar verdichtet, so dass der Energieverbrauch des Gesamtprozesses hierdurch deutlich reduziert wird.An essential feature of the present invention is that an air quantity of the air fed into the low-pressure column of the first compressed air flow at least 25 to 50%, in particular 35 to 45% of a total amount of air fed into the distillation column system. In other words, only a part, for example, half or a little more than half of the total amount of air to the usual pressures of 5 bar and more (here the second and the third pressure level) is compressed. By contrast, a relatively large amount of air is only compressed to the first pressure level below 2 bar, so that the energy consumption of the overall process is thereby significantly reduced.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird vorteilhafterweise die durch den Sumpfverdampfer geführte Luft des dritten Druckluftstroms danach zumindest teilweise in die Niederdrucksäule eingespeist.In the context of the present invention, the air of the third compressed air stream guided through the bottom evaporator is advantageously then at least partially fed into the low pressure column.
Luft des dritten Druckluftstroms wird vorteilhafterweise zu einem ersten Teil durch den Sumpfverdampfer geführt und zu einem zweiten Teil mittels einer Entspannungsturbine entspannt und in die Niederdrucksäule eingespeist. Die Entspannung mittels der Entspannungsturbine, welche mit einem Generator und/oder generatorgetriebenen Verdichter gekoppelt sein kann, ermöglicht eine zusätzliche Gewinnung von Kälte.Air of the third compressed air stream is advantageously passed to a first part through the bottom evaporator and expanded to a second part by means of an expansion turbine and fed into the low pressure column. The relaxation by means of the expansion turbine, which may be coupled to a generator and / or generator-driven compressor, allows additional recovery of cold.
Vorteilhafterweise wird ferner Luft des zweiten Druckluftstroms zu einem ersten Teil in die Hochdrucksäule eingespeist und zu einem zweiten Teil mittels einer Entspannungsturbine entspannt und in die Niederdrucksäule eingespeist. Dies kann alternativ zu der Entspannung der Luft des dritten Druckluftstroms oder zusätzlich hierzu erfolgen. Auch dies ermöglicht eine flexible Gewinnung von Kälte.Advantageously, further air of the second compressed air stream is fed to a first part in the high pressure column and expanded to a second part by means of an expansion turbine and fed into the low pressure column. This can be done alternatively to the relaxation of the air of the third compressed air flow or in addition thereto. This also allows a flexible extraction of cold.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden ferner das sauerstoffangereicherte Kondensat sowie das stickstoffangereicherte Evaporat aus der Hochdrucksäule jeweils zumindest teilweise abgekühlt und/oder verflüssigt und in die Niederdrucksäule überführt, wie insoweit bekannt.In the method according to the invention, the oxygen-enriched condensate and the nitrogen-enriched evaporate from the high-pressure column are further at least partially cooled and / or liquefied and transferred to the low-pressure column, as far as known.
In der Niederdrucksäule wird aus den in diese eingespeisten Strömen bzw. Fraktionen ebenfalls zumindest ein sauerstoffangereichertes Kondensat sowie zumindest ein stickstoffangereichertes Evaporat gewonnen.In the low-pressure column, at least one oxygen-enriched condensate and at least one nitrogen-enriched evaporate are also recovered from the streams or fractions fed into these.
Besondere Vorteile werden erzielt, wenn eine zweigeteilte Niederdrucksäule verwendet wird, die einen ersten Säulenteil und einen zweiten Säulenteil umfasst, wobei in dem ersten Säulenteil und dem zweiten Säulenteil jeweils ein flüssiges, sauerstoffangereichertes Kondensat und ein stickstoffangereichertes Evaporat gewonnen wird. Diese Anordnung ermöglicht, wie noch erläutert, ein besonders effizientes und bedarfsangepasstes Betreiben einer entsprechenden Anlage.Particular advantages are achieved when a two-part low-pressure column is used which comprises a first column part and a second column part, wherein in the first column part and the second column part in each case a liquid, oxygen-enriched condensate and a nitrogen-enriched evaporate is obtained. This arrangement allows, as explained, a particularly efficient and demand-driven operation of a corresponding system.
Die Säulenteile einer entsprechenden zweigeteilten Niederdrucksäule werden insbesondere dadurch miteinander gekoppelt, dass zumindest ein Teil des in dem zweiten Säulenteil gewonnenen Kondensats in den ersten Säulenteil überführt wird.The column parts of a corresponding two-part low-pressure column are in particular coupled to one another in that at least part of the condensate obtained in the second column part is transferred into the first column part.
Die erläuterten Vorteile ergeben sich insbesondere dadurch, dass der erste Säulenteil und der zweite Säulenteil einer zweigeteilten Niederdrucksäule auf unterschiedlichen Druckniveaus betrieben werden. Zumindest eines dieser Druckniveaus entspricht dabei dem mehrfach erwähnten ersten Druckniveau. Dies ermöglicht insbesondere eine bedarfsangepasste Bereitstellung von Produkten aus entsprechenden Säulenteilen, beispielsweise zur Bereitstellung von Gas zur Regeneration von Molekularsiebabsorbern in Reinigungseinrichtungen entsprechender Luftzerlegungsanlagen sowie von Reststickstoff, der in einem Verdunstungskühler verwendet wird. Entsprechende Fraktionen können mit den in den genannten Einrichtungen jeweils erforderlichen Druckniveaus bereitgestellt werden (die den Betriebsdrücken der jeweiligen Säulenteile der zweigeteilten Niederdrucksäule entsprechen) und müssen daher keinen energieaufwendigen, druckbeeinflussenden Maßnahmen mehr unterworfen werden.The explained advantages result in particular in that the first column part and the second column part of a two-part low-pressure column are operated at different pressure levels. At least one of these pressure levels corresponds to the first-mentioned pressure level mentioned several times. In particular, this makes it possible to provide products from corresponding column parts, as required, for example, to provide gas for the regeneration of molecular sieve absorbers in cleaning devices of corresponding air separation plants and of residual nitrogen which is used in an evaporative cooler. Appropriate fractions can with the in each case the required pressure levels are provided in the said devices (corresponding to the operating pressures of the respective column parts of the two-part low-pressure column) and therefore no longer have to be subjected to energy-intensive, pressure-influencing measures.
In einer entsprechenden zweigeteilten Niederdrucksäule wird vorteilhafterweise der sauerstoffreiche Strom, der als das Sauerstoffprodukt aus der Luftzerlegungsanlage ausgeleitet wird, dem ersten Säulenteil entnommen. Der erste Säulenteil ist dabei der Säulenteil, in den das sauerstoffangereicherte Kondensat aus dem anderen (zweiten) Säulenteil überführt wird, und in der sich ein Sumpfverdampfer befindet, durch den ein Evaporat der Hochdrucksäule zur Verflüssigung geführt wird.In a corresponding two-part low-pressure column, the oxygen-rich stream, which is discharged as the oxygen product from the air separation plant, is advantageously taken from the first column part. The first column part is the column part into which the oxygen-enriched condensate is transferred from the other (second) column part, and in which there is a bottom evaporator, through which an evaporate of the high-pressure column is led to liquefaction.
Wie erwähnt werden, beispielsweise zur Versorgung von Reinigungseinrichtungen und/oder Verdunstungskühlern dem ersten Säulenteil und dem zweiten Säulenteil der zweigeteilten Niederdrucksäule jeweils Teile des stickstoffangereicherten Evaporats entnommen und aus dem Destillationssäulensystem ausgeleitet.As mentioned, for example for supplying cleaning devices and / or evaporative coolers, parts of the nitrogen-enriched evaporate are taken from the first column part and the second column part of the two-part low-pressure column and discharged from the distillation column system.
Eine erfindungsgemäß ebenfalls vorgesehene Luftzerlegungsanlage profitiert von den zuvor erläuterten Vorteilen. Eine derartige Luftzerlegungsanlage umfasst insbesondere sämtliche Mittel, die sie dazu befähigen, das zuvor erläuterte Verfahren durchzuführen. Insbesondere ist eine derartige Luftzerlegungsanlage mit Mitteln ausgestattet, die dafür eingerichtet sind, zumindest den ersten Druckluftstrom unter Verwendung eines ersten Verdichters bereitzustellen, der dafür eingerichtet ist, den ersten Druckluftstrom ausgehend von einem Ausgangsdruckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus nur auf das erste Druckniveau zu verdichten.An air separation plant also provided according to the invention benefits from the advantages explained above. In particular, such an air separation plant comprises all means which enable it to carry out the method explained above. In particular, such an air separation plant is equipped with means which are adapted to provide at least the first compressed air flow using a first compressor which is adapted to compress the first compressed air flow from an initial pressure level below the first pressure level only to the first pressure level.
Die Erfindung und Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.The invention and embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
In den Figuren tragen einander entsprechende Elemente identische Bezugszeichen und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert.In the figures, corresponding elements carry identical reference numerals and will not be explained repeatedly for the sake of clarity.
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
In
Der erste Anlagenteil
Zur Erzeugung des ersten Druckluftstroms a wird Umgebungsluft (AIR) über ein erstes Filter
Der zweite Druckluftstrom b wird in dem ersten Anlagenteil
Der zweite Anlagenteil
Der dritte Anlagenteil
Der dritte Druckluftstrom c wird dabei zunächst am warmen Ende in den ersten Wärmetauscher
Der verflüssigte Strom e wird durch den Unterkühlungsgegenströmer
Nicht zur Bildung des dritten Druckluftstroms c verwendete Anteile des zweiten Druckluftstroms b werden im dargestellten Beispiel getrennt voneinander durch den ersten Wärmetauscher
Aus der Luft der Ströme g und h wird in der Hochdrucksäule
Im dargestellten Beispiel können der erste Säulenteil
In den zweiten Säulenteil
In den ersten Säulenteil
Man erkennt aus
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Erneut werden damit – vom Kopf des ersten Säulenteils
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Eine Alternative hierzu, die in
Gemäß einer weiteren Alternative, die in
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 1259363 B [0024] DE 1259363 B [0024]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- F. G. Kerry, Industrial Gas Handbook: Gas Separation and Purification, Boca Raton: CRC Press, 2006; Kapitel 3: Air Separation Technology [0002] FG Kerry, Industrial Gas Handbook: Gas Separation and Purification, Boca Raton: CRC Press, 2006; Chapter 3: Air Separation Technology [0002]
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