DE10332862A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Krypton und/oder Xenon durch Tieftemperaturzerlegung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Krypton und/oder Xenon durch Tieftemperaturzerlegung Download PDF

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    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
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Abstract

Das Verfahren und die Vorrichtung dienen zur Gewinnung von Krypton und/oder Xenon durch Tieftemperaturzerlegung. Eine flüssige krypton- und xenonhaltige Fraktion (121) wird einer Methan-Ausschleussäule (24) unterhalb des Kopfes zugeleitet. Auf den Kopf der Methan-Ausschleussäule (24) wird eine flüssige Sauerstofffraktion (23) aufgegeben, die eine sehr geringe Krypton- und Xenon-Konzentration aufweist. Aus dem unteren Bereich der Methan-Ausschleussäule (24) wird ein Krypton-Xenon-Konzentrat (125) entnommen. Aus dem oberen Bereich der Methan-Ausschleussäule (24) wird ein methanhaltiger Dampf (30) abgeführt. Die krypton- und xenonhaltige Fraktion (121) wird mindestens zum Teil und mindestens zeitweise an einer Zwischenstelle in die Methan-Ausschleussäule (24) eingeleitet (201), die mindestens einen theoretischen oder praktischen Boden oberhalb des Sumpfs angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Krypton und Xenon werden im Allgemeinen im Anschluss an eine Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Rektifiziersystem zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung gewonnen.
  • Die Grundlagen der Tieftemperaturzerlegung von Luft im Allgemeinen sowie der Aufbau von Rektifiziersystemen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung im Speziellen sind in der Monografie "Tieftemperaturtechnik" von Hausen/Linde (2. Auflage, 1985) und in einem Aufsatz von Latimer in Chemical Engineering Progress (Vol. 63, No. 2, 1967, Seite 35) beschrieben. Die Erfindung kann im Zusammenhang mit einem Einzelsäulen-Verfahren oder einem Zwei- oder Mehr-Säulen-Verfahren zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung eingesetzt werden. Bei einem Zwei-Säulen-Verfahren wird beispielsweise eine Hochdrucksäule unter einem höheren Druck als eine Niederdrucksäule betrieben; die beiden Säulen stehen vorzugsweise in Wärmeaustauschbeziehung zueinander, beispielsweise über einen Hauptkondensator, in dem Kopfgas der Hochdrucksäule gegen verdampfende Sumpfflüssigkeit der Niederdrucksäule verflüssigt wird. Das Rektifiziersystem zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung kann als klassisches Doppelsäulensystem ausgebildet sein, aber auch als Drei- oder Mehr-Säulensystem. Zusätzlich zu den Kolonnen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung können weitere Vorrichtungen zur Gewinnung anderer Luftkomponenten, insbesondere von Edelgasen aufweisen, beispielsweise eine Argongewinnung. Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Krypton-/Xenon-Gewinnung auch unabhängig von einer Luftzerlegungsanlage betrieben werden.
  • Bei den bisher bekannten Methoden zur Krypton-/Xenon-Gewinnung wird zum Beispiel eine Sumpffraktion der Niederdrucksäule oder der Hochdrucksäule eines Zwei-Säulen-Systems zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung – gegebenenfalls nach Durchlaufen von Zwischenschritten – in eine Methan-Ausschleussäule eingeleitet, auf deren Kopf Krypton-/Xenon-armer Flüssigsauerstoff aufgegeben wird. Damit kann das Methan, das sich im Sumpf der Niederdrucksäule ansammelt mit dem gasförmigen Kopfprodukt der Methan-Ausschleussäule aus dem Verfahren entfernt werden. Das Sumpfprodukt der Methan-Ausschleussäule enthält nur noch äußerst geringe Mengen an Methan und ist an Krypton und Xenon angereichert. Es kann entweder direkt aus der Methan-Ausschleussäule als Krypton-/Xenon-Vorkonzentrat abgezogen oder in die Niederdrucksäule zurückgeleitet und von dort als Vorkonzentrat abgezogen werden. Diese Verfahrensweise ist an sich bekannt und beispielsweise in Hausen/Linde, Tieftemperaturtechnik, 2. Auflage, 1985, Seiten 337 ff., in DE 4332870 A1 , EP 1006326 A1 (= US 6301929 B1 ) und EP 1308680 A1 (= US 2003110795 A1 ) beschrieben. Die Methan-Ausschleussäule bewirkt immer auch eine Aufkonzentrierung von Krypton und Xenon im Sumpfprodukt und wird deshalb auch häufig als Krypton-Xenon-Anreicherungssäule bezeichnet.
  • Das erzeugte Krypton-Xenon-Konzentrat kann an Ort und Stelle in weiteren Verfahrensschritten zu reinem Krypton und/oder Xenon getrennt werden. Alternativ wird es gespeichert, zum Beispiel in einem Flüssigtank, und an einem anderen Ort weiterverarbeitet.
  • Die bekannte Verfahrensweise ist für streng stationären Betrieb optimal, kann aber bei Störungen oder Schwankungen der Betriebsbedingungen Probleme aufwerfen. Insbesondere können Krypton und Xenon gelegentlich zum Kopf der Methan-Ausschleussäule durchbrechen und gehen dann für die Produktion verloren.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches eine konstant hohe Ausbeute an Krypton und/oder Xenon ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die krypton- und xenonhaltige Fraktion mindestens zum Teil und mindestens zeitweise an einer Zwischenstelle in die Methan-Ausschleussäule eingeleitet wird, die mindestens einen theoretischen oder praktischen Boden oberhalb des Sumpfs angeordnet ist.
  • Es befindet sich also auch unterhalb der Zuspeisung der Einsatzfraktion ein Stoffaustauschabschnitt. Dieser weist ein erheblich höheres Rücklaufverhältnis als der obere Bereich der Methan-Ausschleussäule auf. Krypton, Xenon und andere schwerer als Sauerstoff flüchtige Komponenten werden dadurch höchst wirksam im Sumpf der Methan-Ausschleussäule zurückgehalten, insbesondere auch bei leicht schwankenden Betriebsbedingungen.
  • Für den Fall, dass in dem betreffenden Abschnitt ausschließlich praktische Böden als Stoffaustauschelemente verwendet werden, gelten oben und im Folgenden die Angaben in praktischen Bodenzahlen; falls Packung, Füllkörper oder Kombinationen verschiedener Typen von Stoffaustauschelementen eingesetzt werden, sind die Angaben in theoretischen Bodenzahlen anzuwenden.
  • Es ist günstig, wenn die Zwischenstelle 1 bis 5 theoretische beziehungsweise praktische Böden, insbesondere 2 bis 3 theoretische beziehungsweise praktische Böden oberhalb des Sumpfs der Methan-Ausschleussäule angeordnet ist. Im Allgemeinen genügen 2 bis 3 praktische Böden.
  • Im Normalbetrieb wird vorzugsweise die gesamte krypton- und xenonhaltige Fraktion an der Zwischenstelle der Methan-Ausschleussäule eingespeist. Falls zeitweise ein relativ hoher Gehalt an Schwererflüchtigen an der Quelle der krypton- und xenonhaltigen Fraktion auftritt (insbesondere im Hauptkondensator eines Rektifiziersystems zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung), ist es jedoch günstig, wenn die krypton- und xenonhaltige Fraktion mindestens zum Teil und mindestens zeitweise an einer Stelle in die Methan-Ausschleussäule eingeleitet wird, die mindestens einen theoretischen oder praktischen Boden unterhalb der Zwischenstelle, insbesondere unmittelbar am Sumpf der Methan-Ausschleussäule angeordnet ist. Für die Zeit der Einspeisung in den Sumpf muss man zwar eine geringfügig verringerte Ausbeute an Krypton und/oder Xenon in Kauf nehmen; dafür wird die erhöhte Konzentration an Schwererflüchtigen besonders schnell abgebaut, was den Betrieb der Anlage besonders sicher macht. Die Anlage weist dazu eine entsprechende Regeleinrichtung auf, welche die Einspeisung bei Bedarf zwischen den beiden Möglichkeiten umschaltet beziehungsweise aufteilt.
  • Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Gewinnung von Krypton und/oder Xenon durch Tieftemperaturzerlegung gemäß den Patentansprüchen 4 bis 7.
  • Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen:
  • 1 ein Rektifiziersystem zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung mit angeschlossener Argongewinnung und mit einer Krypton-Xenon-Gewinnung gemäß der Erfindung und
  • 2 eine Methan-Ausschleussäule im Detail.
  • Über Leitung 101 von 1 strömt verdichtete und gereinigte Luft (AIR) ein und wird in den drei Blöcken 105a, 105b, 105c des Hauptwärmetauscher-Systems auf etwa Taupunkt abgekühlt. Die kalte Luft 102 strömt schließlich zu einem ersten Teil 1 gasförmig in die Hochdrucksäule 2 eines Rektifiziersystems zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung ein, das außerdem eine Niederdrucksäule 3 und einen Hauptkondensator ("zweiter Kondensator-Verdampfer") 4 aufweist, der in dem Beispiel als Fallfilmverdampfer ausgebildet ist. Gasförmiger Stickstoff 5 vom Kopf der Hochdrucksäule wird zu einem ersten Teil 6 dem Kondensationsraum des Hauptkondensators 4 zugeleitet. Das dort gebildete Kondensat 7 wird zu einem ersten Teil 8 der Hochdrucksäule als Rücklauf aufgegeben. Ein zweiter Teil 9 wird in einem Unterkühlungs-Gegenströmer 10 unterkühlt und über Leitung 107 und Drosselventil 108 in einen Abscheider (Phasentrenner) 109 eingespeist. Mindestens ein Teil der Flüssigphase des Abscheiders 109 wird über Leitung 11 und Ventil 12 der Niederdrucksäule 3 am Kopf zugeführt. Ein anderer Teil dieser Flüssigkeit kann über Leitung 92 als flüssiges Stickstoffprodukt (LIN) gewonnen werden. Ein weiterer Teil 164 des gasförmigen Stickstoffs 5 wird zum Hauptwärmetauscher 105a geführt und dort teilweise auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt. Ein Teil des warmen Druckstickstoffs 139 kann unmittelbar als Druckprodukt (PGAN) abgezogen werden. Ein Zweigstrom 153 wird bei einer Zwischentemperatur aus dem Hauptwärmetauscher 105a entnommen und in einer ersten Stickstoff-Turbine 154 arbeitsleistend auf etwa Niederdrucksäulen-Druck entspannt. Der entspannte Stickstoff 155 wird gemeinsam mit dem Kopfstickstoff 32 der Niederdrucksäule 3 im Hauptwärmetauscher-Block 105c angewärmt.
  • Die sauerstoffangereicherte Sumpfflüssigkeit 13 der Hochdrucksäule 2 wird ebenfalls im Unterkühlungs-Gegenströmer 10 und weiter (Leitung 14) in einem Reinargon- Verdampfer 63 abgekühlt. Die unterkühlte sauerstoffangereicherte Flüssigkeit 15 wird in zwei Teilströmen weitergeführt. Der erste Teilstrom 16 wird in den Verdampfungsraum eines "ersten Kondensator-Verdampfers" 17 eingeleitet, der den Kopfkondensator einer Rohargonrektifikation 18/19 darstellt. Ein zweiter Teilstrom 20 wird in den Verdampfungsraum eines Kopfkondensators 21 einer Reinargonsäule 22 eingespeist.
  • Der erste Kondensator-Verdampfer 17 ist als Umlaufverdampfer ausgebildet, das heißt der Verdampfungsraum enthält ein Flüssigkeitsbad, in das ein Wärmetauscherblock zum Beispiel teilweise eingetaucht ist. (Vorzugsweise ist der Wärmetauscherblock – abweichend von der zeichnerischen Darstellung – vollständig in das Flüssigkeitsbad eingetaucht.) Flüssigkeit wird durch den Thermosiphon-Effekt am unteren Ende der Verdampfungspassagen angesaugt. An deren oberem Ende tritt ein Gemisch aus Dampf und unverdampfter Flüssigkeit aus, wobei letztere in das Flüssigkeitsbad zurückströmt. Im ersten Kondensator-Verdampfer 17 wird die krypton- und xenonhaltige Fraktion 16 partiell verdampft; beispielsweise 0,01 bis 10 mol-%, vorzugsweise 0,1 bis 0,5 mol-% der eingeführten Flüssigkeit 16 werden flüssig als Spülflüssigkeit 26 aus dem Verdampfungsraum des ersten Kondensator-Verdampfers 17 abgezogen. Durch diese partielle Verdampfung wird die Konzentration von schwererflüchtigen Komponenten, insbesondere von Krypton und Xenon, in der Flüssigkeit erhöht und im Dampf vermindert (jeweils im Vergleich zur Zusammensetzung der krypton- und xenonhaltigen Fraktion 16). Der bei der partiellen Verdampfung erzeugte Dampf wird als gasförmiger Strom 25 aus dem Verdampfungsraum des ersten Kondensator-Verdampfers 17 abgezogen.
  • Verbleibende Flüssigkeit wird als "Spülflüssigkeit" 26 aus dem Flüssigkeitsbad abgeführt und einer Zusatzsäule 120 zugeleitet, die in dem Beispiel fünf praktische Böden (Siebböden) aufweist. In der Zusatzsäule 120 wird der Stickstoffgehalt der Spülflüssigkeit beispielsweise von 30 mol-% auf 0,1 mol-% reduziert. Die gereinigte Spülflüssigkeit 121 wird als "krypton- und xenonhaltige Fraktion" einer Krypton-Xenon-Anreicherungssäule (Methan-Ausschleussäule) 24 einige Böden oberhalb des Sumpfs zugeleitet. In dem Beispiel befinden sich zwischen Sumpf und Einspeisung zwei bis drei praktische Böden (Siebböden). Vom Kopf der Zusatzsäule 120 wird ein stickstoffhaltiges Gas 165 abgezogen und über Leitung 166 an geeigneter Stelle der Niederdrucksäule 3 zugeführt.
  • Die Krypton-Xenon-Anreicherungssäule 24 weist einen Sumpfverdampfer 27 auf, der mit jeder geeigneten Fraktion beheizt werden kann. In dem Ausführungsbeispiel wird ein Teil 28 der kalten Einsatzluft 102 als Heizmittel verwendet. (Alternativ dazu könnte jede andere Fraktion aus der Hochdrucksäule, zum Beispiel Druckstickstoff vom Kopf der Hochdrucksäule 2 eingesetzt werden.) Die in dem Sumpfverdampfer 27 verflüssigte Luft 29 wird einige Böden oberhalb der gasförmigen Luft 1 in die Hochdrucksäule eingeleitet. Als Rücklaufflüssigkeit wird ein Teilstrom 23 flüssigen Sauerstoffs 135 von einer einige Böden oberhalb des Sumpfs angeordneten Zwischenstelle der Niederdrucksäule 3 eingesetzt, der mittels einer Pumpe 136 auf Druck gebracht wurde. Der aus dem Sumpfverdampfer 27 aufsteigende Dampf tritt in der Krypton-Xenon-Anreicherungssäule in Gegenstrom-Stoffaustausch mit der Flüssigkeit 23, die ärmer an Krypton und Xenon ist. Dadurch werden diese Komponenten in den Sumpf gewaschen, wogegen Methan zum größten Teil mit dem Kopfgas 30 ausgeschleust wird. Letzteres wird in dem Ausführungsbeispiel der Niederdrucksäule 3 zu einem ersten Teil 123 am Sumpf zugespeist. Dies ist möglich, weil es praktisch stickstofffrei ist. Ein zweiter Teil 124 des Kopfgases 30 der Krypton-Xenon-Anreicherungssäule 24 wird als "stickstoffarmes Gas" in die Zusatzsäule 120 geleitet und treibt den in der ungereinigten Spülflüssigkeit enthaltenen Stickstoff zum Kopf der Zusatzsäule.
  • Vom Sumpf der Krypton-Xenon-Anreicherungssäule 24 wird ein Krypton-Xenon-Konzentrat 125 in flüssiger Form entnommen (Roh-Kr-Xe), das beispielsweise einen Krypton-Gehalt von etwa 4000 ppm und einen Xenon-Gehalt von etwa 400 ppm enthält: Im Übrigen besteht das Konzentrat 125 hauptsächlich aus Sauerstoff und enthält weniger als 1 ppm Stickstoff. Das Konzentrat 125 kann in einem Flüssigtank gespeichert oder direkt einer Weiterverarbeitung zur Gewinnung von reinem Krypton und/oder Xenon zugeführt werden.
  • Von der Niederdrucksäule 3 werden reiner gasförmiger Stickstoff 32 am Kopf, Unreinstickstoff 33 ebenfalls in Gasform sowie Sauerstoff 135 in flüssiger Form (oberhalb dreier Sperrböden) mindestens teilweise als Produkte abgezogen. Die gasförmigen Produkte 32, 33 werden im Unterkühlungs-Gegenströmer 10 und weiter im Hauptwärmetauscher-System 105a, 105b, 105c angewärmt. Der warme Reinstickstoff 156 kann zu einem ersten Teil 157 in einem Verdunstungskühler zur Abkühlung von Kühlwasser für die nicht dargestellte Vorkühlung der Einsatzluft 101 verwendet werden. Ein weiterer Teil 158 kann mittels eines Stickstoff-Verdichters 159 mit Nachkühler 160 auf Druck gebracht und als Druckprodukt (GAN) abgeführt werden. Der angewärmte Unreinstickstoff 161 kann als Regeneriergas in der ebenfalls nicht dargestellten Einrichtung zur Reinigung der Einsatzluft eingesetzt werden.
  • Der flüssige Sauerstoff 135 wird mittels einer Pumpe 136 über Leitung 137 – gegebenenfalls nach Unterkühlung 10 – in einen nicht dargestellten Flüssigspeicher (LOX zum Tank) gefördert, soweit er nicht als Rücklaufflüssigkeit 23 in die Krypton-Xenon-Anreicherungssäule 24 strömt. Der in den Flüssigtank geführte Sauerstoff kann als Flüssigprodukt oder mittels der unten beschriebenen Innenverdichtung als gasförmiges Druckprodukt aus dem Verfahren abgeführt werden. Eine weitere flüssige Sauerstofffraktion 35 wird vom am Sumpf der Niederdrucksäule 3 abgezogen und mittels einer weiteren Pumpe 36 über Leitung 37 zum Verdampfungsraum des Hauptkondensators 4 gefördert und dort teilweise verdampft. Das dabei gebildete Dampf-Flüssigkeitsgemisch 38 fließt teilweise zum Sumpf der Niederdrucksäule 3 zurück. Ein anderer Teil wird über Leitung 138 als zusätzlicher Einsatz in die Krypton-Xenon-Anreicherungssäule 24 geleitet und transportiert in dem Beispiel etwas weniger als die Hälfte des dort verarbeiteten Kryptons und Xenons in die Krypton-Xenon-Anreicherungssäule.
  • Mindestens ein Teil 139 des flüssigen Sauerstoffs aus dem Flüssigspeicher wird über Leitung 34 einer Innenverdichtung (internal compression) unterzogen, indem er in einer Pumpe 42 auf den gewünschten Produktdruck gebracht und über Leitung 43 (GOX – IC) einem oder mehreren Wärmetauschern zugeführt wird – hier dem Block 105a des Hauptwärmetauscher-Systems –, in dem oder denen er verdampft (beziehungsweise – bei überkritischem Produktdruck – pseudo-verdampft) und auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt wird.
  • Verdampfung und Anwärmung können beispielsweise in indirektem Wärmeaustausch mit einem Hochdruckluftstrom durchgeführt werden. Im Ausführungsbeispiel wird dazu jedoch ein Stickstoff-Kreislauf eingesetzt, der gleichzeitig zur Erzeugung von Verfahrenskälte zum Ausgleich von Austausch- und Isolationsverlusten sowie zur Produktverflüssigung dient. Hierbei ist das Linde-VARIPOX®-Verfahren realisiert, das die Erzeugung variabler Mengen an Drucksauerstoff bei stationärem Betrieb des Rektifiziersystems erlaubt. Dieser Prozess ist in EP 842385 B1 im Einzelnen beschrieben. Im Rahmen dieses Wechselspeicher-Verfahrens wird zeitweise flüssiger Sauerstoff beziehungsweise flüssiger Stickstoff mittels der Pumpen 162 beziehungsweise 163 über die Leitungen 137 beziehungsweise 92 in die Niederdrucksäule 3 eingeführt.
  • Der Kreislauf wird durch einen Teil 140 des gasförmigen Stickstoffs 138–139 aus der Hochdrucksäule 2 beschickt. Dieser wird in einem Kreislaufverdichter 141 mit Nachkühler 142 auf deutlich über Hochdrucksäulen-Druck gebracht und über Leitung 143 zum warmen Ende des Hauptwärmetauscher-Blocks 105a geleitet. Dort tritt er in indirekten Wärmeaustausch mit dem Drucksauerstoffprodukt. Ein Teil des Hochdruckstickstoffs strömt bis zum kalten Ende des Hauptwärmetauscher-Systems und wird dabei verflüssigt (beziehungsweise – im Falle überkritischen Drucks – pseudo-verflüssigt). Der kalte Hochdruckstickstoff 144 wird in einem Drosselventil 145 auf Hochdrucksäulen-Druck entspannt und der Hochdrucksäule 2 am Kopf zugeführt (Leitung 146).
  • Ein zweiter Teil 147 des Hochdruckstickstoffs 143 wird bei einer Zwischentemperatur aus dem Hauptwärmetauscher 105a abgezogen und in einer zweiten Stickstoff-Turbine 148 arbeitsleistend auf etwa Hochdrucksäulen-Druck entspannt. Der entspannte Stickstoff 149, 150 wird nach Drosselung 151 dem Kopf der Niederdrucksäule 3 zugeleitet beziehungsweise über Leitung 152 zum Kreislaufverdichter 141 zurückgeführt.
  • Über eine Argonübergangs-Leitung 48 wird eine argonhaltige Fraktion aus der Niederdrucksäule 3 in eine Rohargonrektifikation geleitet, die in dem Beispiel in zwei seriell verbundenen Rohargonsäulen 18 und 19 durchgeführt wird. Die argonhaltige Fraktion 48 wird der ersten Rohargonsäule 18 ummittelbar über dem Sumpf gasförmig zugeleitet. Der aufsteigende Dampf reichert sich an Argon an. Das Kopfgas der ersten Rohargonsäule 18 strömt über Leitung 49 weiter zum Sumpf der zweiten Rohargonsäule 19.
  • Am Kopf der zweiten Rohargonsäule 19 wird argonangereicherter Dampf (Rohargon) 50 erzeugt und in dem ersten Kondensator-Verdampfer 17 zum großen Teil kondensiert. Die dabei erzeugte Flüssigkeit 51 wird als Rücklaufflüssigkeit auf die zweite Rohargonsäule 19 aufgegeben. Die im Sumpf der zweiten Rohargonsäule 19 anfallende Flüssigkeit 52 wird mittels einer Pumpe 53 über Leitung 54 zum Kopf der ersten Rohargonsäule 18 gefördert. Sumpfflüssigkeit 55 der ersten Rohargonsäule 18 strömt über ein weitere Pumpe 56 und Leitung 57 in die Niederdrucksäule 3 zurück.
  • Gasförmig verbliebenen Rohargon 58 aus dem Verflüssigungsraum des ersten Kondensator-Verdampfers 17 wird in der Reinargonsäule 22 weiter zerlegt, insbesondere von leichterflüchtigen Bestandteilen wie Stickstoff befreit. Reinargonprodukt (LAR) wird über die Leitungen 59 und 60 in flüssiger Form abgezogen. Ein anderer Teil 61 der Sumpfflüssigkeit wird in einem Reinargon-Verdampfer 63 und über Leitung 64 als aufsteigender Dampf in die Reinargonsäule 22 zurückgeleitet. Der Reinargon-Verdampfer 63 wird durch indirekten Wärmeaustausch mit mindestens einem Teil der Sumpfflüssigkeit 14 der Hochdrucksäule 2 beheizt, die bei dem Wärmeaustausch unterkühlt wird. Der Kopfkondensator 21 der Reinargonsäule wird wie bereits beschrieben mit einem Teil 20 dieser unterkühlten Flüssigkeit gekühlt. Aus dem Verdampfungsraum des Kopfkondensators 21 werden Dampf 66 und verbliebene Flüssigkeit 23 abgezogen und an geeigneten Zwischenstellen in die Niederdrucksäule 3 eingespeist. Im Verflüssigungsraum kondensiert Kopfgas 67 der Reinargonsäule 22 partiell. Dabei erzeugte Rücklaufflüssigkeit 68 wird auf die Reinargonsäule aufgegeben. Restdampf 69 wird in die Atmosphäre abgeblasen.
  • Zwischen den Blöcken 105a, 105b, 105c des Hauptwärmetauscher-Systems sind Ausgleichsströme 167, 168 vorgesehen.
  • In 2 ist eine Methan-Ausschleussäule 24 dargestellt, welche eine Umschaltung beziehungsweise Aufteilung der Einspeisung der Einsatzfraktion 121 erlaubt. Diese Methan-Ausschleussäule kann ohne Weiteres in das in 1 dargestellte Verfahren integriert werden. Alternativ kann die krypton- und xenonhaltige Fraktion 121 aus jeder anderen möglichen Quelle stammen, zum Beispiel direkt aus dem Verdampfungsraum eine Kopfkondensators einer Rohargonfraktion (wie zum Beispiel in EP 1308680 A1 ) und/oder direkt aus dem Sumpf der Niederdrucksäule oder Hochdrucksäule eines Zwei- oder Mehr-Säulen-Systems zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung.
  • Über Leitung 121 wird eine krypton- und xenonhaltige Fraktion in flüssigem Zustand herangeführt und über eine oder beide der Leitungen 201, 202 in die Methan-Ausschleussäule 24 eingespeist. Auf den Kopf der Methan-Ausschleussäule 24 wird eine flüssige Sauerstofffraktion 23 aufgegeben, die eine sehr geringe Krypton- und Xenon-Konzentration aufweist, insbesondere einen geringeren Gehalt an diesen Komponenten als die Einsatzfraktion 121. Am Sumpf der Methan-Ausschleussäule 24 wird ein Krypton-Xenon-Konzentrat 125 abgezogen, am Kopf eine gasförmige Fraktion 30. Der Kopfdampf 30 besteht im Wesentlichen aus Sauerstoff und schleust außerdem praktisch das gesamte Methan aus, das mit der Fraktion 121 in die Methan-Ausschleussäule eingeleitet wird. Er kann beispielsweise direkt als gasförmiges Sauerstoffprodukt (GOX) gewonnen werden.
  • Im Sumpfverdampfer 27 wird durch indirekten Wärmeaustausch mit einem gasförmigen Heizmedium 28 aufsteigender Dampf erzeugt. Das Heizmedium kondensiert dabei mindestens teilweise und wird über Leitung 29 abgeführt. Als Heizmedium kann beispielsweise ein Teilstrom der Einsatzluft eines Rektifiziersystems zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung oder gasförmiger Stickstoff aus einer der Säulen eines Rektifiziersystems zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, insbesondere aus der Hochdrucksäule eines Zwei- oder Mehr-Säulen-Systems eingesetzt werden. Die kondensierte Flüssigkeit kann in das Rektifiziersystems zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung zurückgeleitet werden.
  • Die erste Einsatzleitung 201 mündet einige Böden oberhalb des Sumpfs der Methan-Ausschleussäule 24. In dem Beispiel sind drei Siebböden unterhalb der Einsatzleitung 201 angeordnet. Die zweite Einsatzleitung 202 führt dagegen unmittelbar in den Sumpf der Methan-Ausschleussäule 24. Die beiden Ventile 203, 204 erlauben, zwischen den beiden Einspeisestellen umzuschalten beziehungsweise die Einsatzfraktion 121 in jedem gewünschten Verhältnis auf die beiden Einsatzleitungen 201, 202 aufzuteilen.
  • In dem folgenden beispielhaften Szenario bildet der Verdampfungsraum des Hauptkondensators eines Rektifiziersystem zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung die Quelle der Einsatzfraktion 121. Im Normalbetrieb der Anlage wird die gesamte Einsatzfraktion über die erste Einsatzleitung 201 geführt, das Ventil 204 ist geschlossen. Für den Fall. dass im Hauptkondensator eine unerwünscht hohe Konzentration an schwererflüchtigen Komponenten gemessen wird, führt man mindestens einen Teil der Einsatzfraktion 121 über die zweite Einsatzleitung 202 direkt in den Sumpf der Methan-Ausschleussäule 24. Dadurch werden die Schwererflüchtigen besonders schnell mit der Krypton-Xenon-Konzentrat 125 herausgeführt. Dieser Effekt wirkt auf Kosten der Krypton-Xenon-Ausbeute und ist am stärksten, wenn die gesamte Fraktion 121 über die zweite Einsatzleitung 202 geführt wird, das Ventil 203 also geschlossen ist.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Gewinnung von Krypton und/oder Xenon durch Tieftemperaturzerlegung, bei dem – eine flüssige krypton- und xenonhaltige Fraktion (13, 14, 15, 16, 26, 121) einer Methan-Ausschleussäule (24) unterhalb des Kopfes zugeleitet wird, – auf den Kopf der Methan-Ausschleussäule (24) eine flüssige Sauerstofffraktion (23) aufgegeben wird, die eine sehr geringe Krypton- und Xenon-Konzentration aufweist, und – aus dem unteren Bereich der Methan-Ausschleussäule (24) ein Krypton-Xenon-Konzentrat (125) und – aus dem oberen Bereich der Methan-Ausschleussäule (24) ein methanhaltiger Dampf (30) entnommen werden, dadurch gekennzeichnet, dass – die krypton- und xenonhaltige Fraktion (13, 14, 15, 16, 26, 121) mindestens zum Teil und mindestens zeitweise an einer Zwischenstelle in die Methan-Ausschleussäule (24) eingeleitet (201) wird, die mindestens einen theoretischen oder praktischen Boden oberhalb des Sumpfs angeordnet ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenstelle 1 bis 5 theoretische beziehungsweise praktische Böden, insbesondere 2 bis 3 theoretische beziehungsweise praktische Böden oberhalb des Sumpfs der Methan-Ausschleussäule (24) angeordnet ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die krypton- und xenonhaltige Fraktion (13, 14, 15, 16, 26, 121) mindestens zum Teil und mindestens zeitweise an einer Stelle in die Methan-Ausschleussäule (24) eingeleitet (202) wird, die mindestens einen theoretischen oder praktischen Boden unterhalb der Zwischenstelle, insbesondere unmittelbar am Sumpf der Methan-Ausschleussäule (24) angeordnet ist.
  4. Vorrichtung zur Gewinnung von Krypton und/oder Xenon durch Tieftemperaturzerlegung, mit – einer ersten Einsatzleitung (201) zum Einleiten einer krypton- und xenonhaltigen Fraktion (13, 14, 15, 16, 26, 121) in eine Methan-Ausschleussäule (24) unterhalb des Kopfes, – einer Rücklaufleitung (23) zum Aufgeben einer flüssige Sauerstofffraktion, die eine sehr geringe Krypton- und Xenon-Konzentration aufweist, auf den Kopf der Methan-Ausschleussäule (24), – einer Produktleitung (125) zum Entnehmen eines Krypton-Xenon-Konzentrats aus dem unteren Bereich der Methan-Ausschleussäule (24) und – einer Kopfgasleitung (30) zum Entnehmen eines methanhaltigen Dampfes aus dem oberen Bereich der Methan-Ausschleussäule (24), dadurch gekennzeichnet, dass – die erste Einsatzleitung (201) mit einer Zwischenstelle der Methan-Ausschleussäule (24) verbunden ist, die mindestens einen theoretischen oder praktischen Boden oberhalb des Sumpfs angeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenstelle 1 bis 10 theoretische beziehungsweise praktische Böden, insbesondere 2 bis 5 theoretische beziehungsweise praktische Böden oberhalb des Sumpfs der Methan-Ausschleussäule (24) angeordnet ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine zweite Einsatzleitung (202) zum Einleiten der krypton- und xenonhaltigen Fraktion (13, 14, 15, 16, 26, 121) in die Methan-Ausschleussäule (24), wobei die zweite Einsatzleitung (202) mindestens einen theoretischen oder praktischen Boden unterhalb der Zwischenstelle, insbesondere unmittelbar am Sumpf, mit der Methan-Ausschleussäule (24) verbunden ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Regelvorrichtung, welche zwischen der ersten und der zweiten Einsatzleitung umschaltet beziehungsweise die Aufteilung zwischen der ersten und der zweiten Einsatzleitung krypton- und xenonhaltigen Fraktion (13, 14, 15, 16, 26, 121) einstellt.
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