DE19803437A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung eines Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung eines Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von LuftInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung eines Druckprodukts durch
Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Rektifiziersystem, das eine Drucksäule
und eine Niederdrucksäule aufweist, wobei dieses Verfahren die im Patentanspruch 1
aufgeführten Schritte a bis e umfaßt.
Das Rektifiziersystem der Erfindung kann als klassisches Doppelsäulensystem
ausgebildet sein, aber auch als Drei- oder Mehrsäulensystem. Es kann zusätzlich zu
den Kolonnen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung weitere Vorrichtungen zur
Gewinnung anderer Luftkomponenten, insbesondere von Edelgasen aufweisen.
Die sauerstoffreiche Fraktion, die als Einsatz für die Mischsäule verwendet wird, weist
eine Sauerstoffkonzentration auf, die höher als diejenige von Luft ist und
beispielsweise bei 70 bis 99,5 mol%, vorzugsweise bei 90 bis 98 mol% liegt. Unter
Mischsäule wird eine Gegenstromkontaktkolonne verstanden, in der eine
leichterflüchtige gasförmige Fraktion einer schwererflüchtigen Flüssigkeit
entgegengeschickt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Gewinnung von gasförmigem
Drucksauerstoff und/oder gasförmigem Druckstickstoff, insbesondere zur Erzeugung
von gasförmigem unreinem Sauerstoff unter Druck. Als unreiner Sauerstoff wird hier
ein Gemisch mit einem Sauerstoffgehalt von 99,5 mol% oder weniger, inbesondere
von 70 bis 99,5 mol% verstanden. Die Produktdrücke liegen beispielsweise bei 3 bis
16 bar, vorzugsweise bei 4 bis 12 bar. Selbstverständlich kann das Druckprodukt bei
Bedarf in gasförmigem Zustand weiter verdichtet werden.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der EP 531182 A1 bekannt. Hier
wird flüssiger Sauerstoff gepumpt und auf die Mischsäule aufgegeben, in deren
Sumpf Luft eingeblasen wird. Das gasförmige Kopfprodukt der Mischsäule wird gegen
Luft angewärmt und als Druckprodukt abgeführt. Damit kann das Produkt unter dem
Druck der Mischsäule gewonnen werden.
Der Prozeß hat jedoch den Nachteil, daß auf eine wesentlich höhere Reinheit als die
im Druckprodukt benötigte rektifiziert werden muß, weil die Mischsäule eine
Rückvermischung und damit eine Verdünnung des Produkts bewirkt. Das bekannte
Verfahren und die entsprechende Vorrichtung sind daher hinsichtlich ihres
apparativen Aufwands und ihres Energieverbrauchs nicht vollständig
zufriedenstellend.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art und eine entsprechende Vorrichtung zu entwickeln, die einen relativ
geringen apparativen Aufwand bei günstigem Energiebedarf aufweisen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Produktfraktion aus dem
Rektifiziersystem entnommen, flüssig auf Druck gebracht, in einem Kondensator-
Verdampfer verdampft und als Druckprodukt abgezogen wird und das gasförmige
Kopfprodukt der Mischsäule in den Verflüssigungsraum des Kondensator-
Verdampfers eingeleitet und dort in indirektem Wärmeaustausch gegen die
verdampfende Produktfraktion kondensiert.
Diejenige Fraktion, die das gasförmige Druckprodukt bildet, wird also außerhalb der
Mischsäule durch indirekten Wärmeaustausch in einem Kondensator-Verdampfer
verdampft. Die Zusammensetzung, in der sie aus dem Rektifiziersystem entnommen
wird, bleibt daher unverändert erhalten. Bei gleichbleibender Reinheit im Endprodukt
braucht damit gegenüber der Produktentnahme aus der Mischsäule weniger Aufwand
bei der Rektifikation betrieben zu werden. Als Heizmittel, das die für die
Produktverdampfung unter Druck benötigte Wärme liefert, wird das Kopfprodukt der
Mischsäule eingesetzt. Die Mischsäule wird unter einem Druck betrieben, der
ausreicht, um die Produktfraktion unter dem gewünschten Druck gegen das
kondensierende Kopfgas der Mischsäule zu verdampfen, beispielsweise unter 5 bis
17 bar, vorzugsweise unter 5 bis 13 bar. Der Druck der Drucksäule liegt bei der
Erfindung im Bereich von beispielsweise 5 bis 15 bar, vorzugsweise 5 bis 12 bar,
derjenige der Niederdrucksäule bei beispielsweise 1,3 bis 6 bar, vorzugsweise 1,3 bis
4 bar.
Vorzugsweise wird das Kopfprodukt der Mischsäule stromabwärts der Kondensation,
die im Kondensator-Verdampfer stattfindet, entspannt und in die Niederdrucksäule
zurückgeleitet. Es werden dort insbesondere einige theoretische Böden (zum Beispiel ein
bis zehn theoretische Böden) oberhalb der Entnahme der sauerstoffreichen Fraktion
eingespeist. Zwischen Kondensator-Verdampfer und Entspannung wird sie
gegebenenfalls abgekühlt, beispielsweise durch indirekten Wärmeaustausch mit der
Produktfraktion und/oder der sauerstoffreichen Fraktion.
Falls das Druckprodukt Sauerstoff ist, wird die Produktfraktion aus der
Niederdrucksäule entnommen. Die Produktfraktion und die sauerstoffreiche Fraktion
für die Mischsäule können dann gemeinsam aus der Niederdrucksäule abgezogen
und/oder gemeinsam flüssig auf Druck gebracht werden, was apparativ besonders
einfach ist. Alternativ dazu können die Produktfraktion und die sauerstoffreiche
Fraktion an verschiedenen Stellen der Niederdrucksäule entnommen werden. Dabei
wird die sauerstoffreiche Fraktion vorzugsweise mindestens einen theoretischen oder
praktischen Boden oberhalb der Entnahmestelle der Produktfraktion aus der
Niederdrucksäule abgezogen.
Alternativ oder zusätzlich zum Drucksauerstoff kann Stickstoff als Druckprodukt
gewonnen werden. Die (zusätzliche) Produktfraktion wird dann aus der Drucksäule
entnommen, falls notwendig beispielsweise im Kopfkondensator der Drucksäule
verflüssigt, getrennt von der sauerstoffreichen Fraktion flüssig auf Druck gebracht und
in den Verdampfungsraum des Kondensator-Verdampfers eingeleitet. Für den Fall
zweier Druckprodukte müssen zwei Kondensator-Verdampfer vorhanden sein oder
ein Kondensator-Verdampfer mit zwei Verdampfungsräumen.
Nach der Druckerhöhung im flüssigen Zustand weist die Flüssigkeit in der Regel eine
spürbar unter ihrem Verdampfungspunkt liegende Temperatur auf. Um diese
Unterkühlung zu entfernen, ist es günstig, wenn eine oder die Produktfraktionen vor
ihrer Verdampfung und/oder die sauerstoffreiche Fraktion vor ihrer Einleitung in die
Mischsäule angewärmt wird/werden. Dies geschieht insbesondere in indirektem
Wärmeaustausch mit einer oder mehreren Flüssigfraktionen, die dabei unterkühlt
werden. Alternativ oder zusätzlich ist ein indirekter Wärmeaustausch gegen das
Abgas einer Entspannungsmaschine möglich, beispielsweise gegen Turbinenluft vor
deren Einspeisung in eine der Säulen des Rektfiziersystems.
Im unteren Bereich wird der Mischsäule eine flüssige Fraktion, beispielsweise
Sumpfflüssigkeit, entnommen, entspannt und in die Drucksäule oder in die
Niederdrucksäule eingeleitet. Im Falle der Einleitung in die Niederdrucksäule liegt die
Einspeisestelle vorzugsweise oberhalb der Entnahme der sauerstoffreichen Fraktion
und der Rückspeisung der Kopffraktion aus der Mischsäule, vorzugsweise ein bis
zwanzig theoretische Böden oberhalb der Einführung der Kopffraktion der
Mischsäule. Vor der Entspannung wird die flüssige Fraktion aus der Mischsäule
gegebenenfalls abgekühlt, beispielsweise durch indirekten Wärmeaustausch mit der
Produktfraktion und/oder der sauerstoffreichen Fraktion.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Gewinnung eines Druckprodukts
durch Tieftemperaturzerlegung von Luft gemäß Patentanspruch 9.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand
von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher
erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 bis 3 drei Varianten einer ersten Ausführungsform der Erfindung
zur Gewinnung von unreinem Drucksauerstoff,
Fig. 4 eine zweite Ausführungsform zur Gewinnung von
Drucksauerstoff etwas höherer Reinheit,
Fig. 5 eine dritte Ausführungsform zur gleichzeitigen Gewinnung
von Drucksauerstoff und Druckstickstoff,
Fig. 6 eine vierte Ausführungsform mit Stickstoffturbine und
Fig. 7 und 8 eine fünfte und eine sechste Ausführungsform mit
Verstärkungskreislauf.
Für übereinstimmende oder einander entsprechende Verfahrensschritte
beziehungsweise Apparate werden in allen Zeichnungen dieselben Bezugszeichen
oder in den letzten beiden Stellen übereinstimmende Zahlen verwendet.
Gereinigte Luft 1 tritt bei dem in Fig. 1 skizzierten Prozeß unter einem Druck von
5,1 bar in einen Hauptwärmetauscher 2 ein, wird dort gegen Rückströme auf etwa
Taupunktstemperatur abgekühlt und schließlich über Leitung 3 in den unteren Bereich
einer Drucksäule 4 eingespeist. Rohsauerstoff 6 aus dem Sumpf der Drucksäule 4
wird - gegebenenfalls nach Unterkühlung im Unterkühlungsgegenströmer 7 - in eine
Niederdrucksäule 9 eingedrosselt (8). Kopfstickstoff 10 der Drucksäule 4 wird in
einem Hauptkondensator 11 gegen verdampfende Sumpfflüssigkeit der
Niederdrucksäule 9 kondensiert und als Rücklauf auf die beiden Säulen aufgegeben,
zu einem ersten Teil 12 auf die Drucksäule 4, zu einem zweiten Teil (13, 7,14) auf die
Niederdrucksäule 9. Die Betriebsdrücke am Sumpf von Drucksäule 4 und
Niederdrucksäule 9 betragen 5 beziehungsweise 1,3 bar.
Am Kopf der Niederdrucksäule wird Stickstoff oder ein stickstoffreiches Restgas 15
abgezogen, in den Wärmetauschern 7 und 2 auf etwa Umgebungstemperatur
angewärmt. Das warme Stickstoffprodukt 16 kann beispielsweise als Regeneriergas
in einer nicht dargestellten Reinigungsvorrichtung für die Einsatzluft 1 genutzt werden.
Im Sumpf der Niederdrucksäule 9 wird unreiner Sauerstoff mit einem Sauerstoffgehalt
von 95 mol% erzeugt. Ein Teil der Sumpfflüssigkeit 17 der Niederdrucksäule 9 bildet
die Produktfraktion im Sinne der Erfindung, die mittels einer Pumpe 18 auf Druck
gebracht und in einem Wärmetauscher 19 auf etwa Verdampfungstemperatur
angewärmt wird. Die angewärmte Produktfraktion 20 wird nach leichter Drosselung 21
um etwa 1 bar in den Verdampfungsraum eines Kondensator-Verdampfers 22
eingeleitet und dort verdampft. Während ein Sicherheitsablaß 23 die Anreicherung
von schwererflüchtigen Komponenten verhindert, wird praktisch die gesamte
Produktfraktion 24 gasförmig aus dem Kondensator-Verdampfer 22 abgezogen, an
einer Zwischenstelle nahe dem kalten Ende in den Hauptwärmetauscher 2 eingeführt
und schließlich bei 25 als gasförmiges Druckprodukt unter 4 bar abgezogen.
Ein anderer Teil 26 des in Pumpe 18 auf Druck gebrachten 95%igen Sumpfprodukts
der Niederdrucksäule 9 wird als sauerstoffreiche Fraktion 26 im Sinne der Erfindung
auf eine Mischsäule 27 aufgegeben, deren Betriebsdruck 5 bar am Sumpf beträgt.
Das gasförmige Kopfprodukt 28 der Mischsäule 27 weist einen Sauerstoffgehalt von
90 mol% auf und wird in den Verflüssigungsraum des Kondensator-Verdampfers 22
geführt und dort mindestens teilweise, vorzugsweise vollständig oder im wesentlichen
vollständig kondensiert. Das Kondensat 29 wird im Wärmetauscher 19 unterkühlt und
schließlich über Leitung 30 in die Niederdrucksäule 9 eingedrosselt. Die
Einspeisestelle liegt etwa drei theoretische Böden oberhalb des Sumpfs der
Niederdrucksäule, an dem die sauerstoffreiche Fraktion und die Produktfraktion
gemeinsam abgezogen werden (Leitung 17).
Ein Teil 38, 39, 40 der verdichteten und gereinigten Einsatzluft 1 wird vom kalten
Ende des Hauptwärmetauschers 2 (oder von einer Zwischentemperatur etwas
oberhalb des kalten Endes) aus zum Wärmetauscher 19 geführt und dort weiter
abgekühlt. Die kalte Luft 40 strömt dann in den unteren Bereich der Mischsäule 27,
vorzugsweise direkt oberhalb des Sumpfs. Die Sumpfflüssigkeit 41 der Mischsäule
wird - gegebenenfalls nach Unterkühlung 19 - in die Niederdrucksäule 9 eingedrosselt
(42), und zwar 17 theoretische Böden oberhalb der Einführung 30 des kondensierten
Kopfprodukts der Mischsäule.
Zum Ausgleich der Isolations- und Austauschverluste und gegebenenfalls zur
Erzeugung flüssiger Produkte (nicht dargestellt) wird Kälte durch arbeitsleistende
Entspannung eines oder mehrerer Prozeßströme erzeugt. Bei dem
Ausführungsbeispiel der Fig. 1 wird ein weiterer Teil 31 der Einsatzluft bei einer
Zwischentemperatur aus dem Hauptwärmetauscher 22 herausgeführt (34) und in
einer Turbine 35 arbeitsleistend auf 1,4 bar entspannt. Zur Erhöhung der
Kälteleistung beziehungsweise zur Verringerung der Turbinenluftmenge kann die Luft
31 vor der arbeitsleistenden Entspannung auf einen Druck von beispielsweise 8 bar
nachverdichtet (32) werden. Der Nachverdichter 32 wird extern oder durch die in der
Turbine 35 erzeugte mechanische Energie angetrieben, vorzugsweise durch direkte
mechanische Kopplung von Turbine 35 und Nachverdichter 32. Die
Verdichtungswärme wird durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Kühlmittel in
einem Nachkühler 33 entfernt. Die arbeitsleistend entspannte Luft 36, 37 wird direkt in
die Niederdrucksäule 9 eingespeist. Vorher wird sie gegebenenfalls im
Wärmetauscher 19 abgekühlt.
Das Verfahren und die Vorrichtung von Fig. 1 stellen das am meisten bevorzugte
Ausführungsbeispiel für die Erfindung dar. Hier wird die Mischsäule 27 unter einem
Druck betrieben, der im wesentlichen gleich dem Betriebsdruck der Drucksäule 4 ist.
Die Drucksäulenluft 3 und die Mischsäulenluft 38, 39, 40 werden daher gemeinsam
auf den gleichen Druck verdichtet (nicht dargestellt). Damit kann bei einer
Produktreinheit von 95% ein Sauerstoffproduktdruck von etwa 4 bar erreicht werden.
Für höhere Produktdrücke muß die für die Mischsäule bestimmte Luft entsprechend
nachverdichtet werden. Nur hierin unterscheiden sich die Varianten der Fig. 2 und
3 von dem in Fig. 1 dargestellten Prozeß.
Wenn ein Produktdruck von beispielsweise 5 bar erreicht werden soll, ist die Variante
von Fig. 2 besonders günstig, weil kein zusätzlicher Verdichtungsaufwand notwendig
ist. Hier wird die für die Mischsäule bestimmte Luft 238 in dem an die Turbine 35
gekoppelten Nachverdichter 232 von 5,1 bar auf 6,1 bar weiter verdichtet. Die
Mischsäule 27 kann dadurch unter einem entsprechend höheren Druck von 6 bar
betrieben werden. Entsprechend steigt der Druck im Kondensator-Verdampfer 22. Die
durch die Turbine 35 strömende Luft 31, 36 wird bei dieser Variante nicht
nachverdichtet.
Bei der Variante von Fig. 3 kann jeder beliebige Produktdruck erreicht werden,
sofern nicht der kritische Punkt überschritten wird. Dazu wird ein zusätzlicher, mit
externer Energie angetriebener Verdichter 343 mit Nachkühler 344 eingesetzt, in dem
die für die Mischsäule bestimmte Luft auf einen Druck von beispielsweise 10 bar
gebracht und damit ein Produktdruck von 9 bar erreicht wird.
Die in Fig. 4 dargestellte zweite Ausführungsform unterscheidet sich von dem
Prozeß der Fig. 1 ausschließlich dadurch, daß die Produktfraktion 417 und die
sauerstoffreiche Fraktion 445, die auf die Mischsäule aufgegeben wird, separat aus
der Niederdrucksäule 9 abgezogen und gepumpt (418, 446) werden und somit
unterschiedliche Zusammensetzung aufweisen. In dem konkreten Beispiel beträgt die
Sauerstoffkonzentration in der sauerstoffreichen Fraktion 445 90 mol%, in der
Produktfraktion 99,5 mol%. Dies wird durch den zusätzlichen Säulenabschnitt
unterhalb der Entnahme des 90%igen Sauerstoffs 445 erreicht, der 35 theoretische
Böden enthält. Durch eine entsprechende Anzahl von theoretischen Böden kann bei
dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die Reinheit des
Druckprodukts jeden beliebigen Wert oberhalb der Konzentration der
sauerstoffreichen Fraktion 445 annehmen.
Wegen der höheren Reinheit im Sumpf der Niederdrucksäule 9 muß der
Drucksäulendruck entsprechend höher sein (im Beispiel: 5,5 bar), damit deren
Kopfstickstoff im Hauptkondensator 11 kondensiert. Der Produktdruck im nunmehr
99,5%igen Drucksauerstoffprodukt 24 beträgt 3,5 bar.
In Fig. 5 ist eine Ausführungsform der Erfindung skizziert, bei der zusätzlich zu dem
Prozeß nach Fig. 1 ein weiteres Druckstickstoffprodukt gewonnen wird. Hierzu wird
ein Teil des im Hauptkondensator 11 kondensierten Kopfstickstoffs der Drucksäule 4
als weitere Produktfraktion 547 mittels einer Pumpe 548 flüssig auf einen Druck von
beispielsweise 11 bar gebracht und in einem zweiten Kondensator-Verdampfer 549
verdampft. Der zweite Kondensator-Verdampfer 549 ist verflüssigungsseitig mit dem
aus Fig. 1 bekannten ersten Kondensator-Verdampfer 22 parallelgeschaltet, wird
also mit einem Teil des Kopfprodukts 28 der Mischsäule 27 betrieben. Das gasförmige
Stickstoffdruckprodukt wird über Leitung 550 vom Kondensator-Verdampfer 549 zu
einer etwas höheren Zwischenstelle des Hauptwärmetauschers 2 geführt und bei 551
unter etwa Umgebungstemperatur abgeführt. Grundsätzlich ist es auch möglich, mit
diesem Verfahren Stickstoff 550, 551 als einziges Druckprodukt zu gewinnen und den
ersten Kondensator-Verdampfer 22 wegzulassen.
Das Verfahren der Fig. 6 unterscheidet sich von demjenigen der Fig. 1 in zwei
Punkten.
Zum einen wird die kälteerzeugende Turbine 635 hier nicht mit Luft betrieben,
sondern mit Stickstoff 615 vom Kopf der Drucksäule 4. Der auf etwa
Atmosphärendruck entspannte Stickstoff 652 wird im Hauptwärmetauscher 2
angewärmt und über Leitung 653 abgezogen. Er kann als druckloses Produkt genutzt
und/oder als Regeneriergas verwendet werden. Die Doppelsäule wird in diesem
Beispiel mit einem Drucksäulendruck von 10 bar und einem Niederdrucksäulendruck
von 3,3 bar betrieben.
Außerdem wird das Kopfprodukt 615 der Niederdrucksäule 9 nach der Anwärmung im
Hauptwärmetauscher 2 einem Produktverdichter 654 zugeführt, dort von etwa 3,0 bar
auf etwa 32 bar verdichtet und über Leitung 655 als Druckprodukt abgezogen.
Die Doppelsäule des in Fig. 7 dargestellten Prozesses wird unter einem erhöhten
Druck von 8 bar am Sumpf der Drucksäule und 2,5 bar am Sumpf der
Niederdrucksäule betrieben. Der Druck in der Niederdrucksäule 9 reicht aus, um die
für das Verfahren benötigte Kälte durch Entspannung 735 eines Teils 756 des
Kopfprodukts 715 der Niederdrucksäule 9 von 2,3 bar auf 1,3 bar zu erzeugen. Der
entspannte Stickstoff 752 wird im Hauptwärmetauscher 2 angewärmt und über
Leitung 753 als druckloses Produkt, Restgas oder Regeneriergas abgeführt.
Das Verfahren von Fig. 7 weist außerdem einen mit Stickstoff betriebenen
Verstärkungskreislauf zur Erhöhung der Rücklaufmenge auf. Der Produktverdichter
754 wirkt dabei gleichzeitig als Kreislaufverdichter. Während ein erster Teil 755 des
im Produktverdichter 754 auf 8,3 bar verdichteten Stickstoffs 715 vom Kopf der
Niederdrucksäule 9 als Hochdruckprodukt 755 abgezogen wird, bildet ein anderer Teil
das Kreislaufgas 757. Dieses wird unter dem hohen Druck im Hauptwärmetauscher 2
abgekühlt und über Leitung 758 auf die Drucksäule 4 aufgegeben, und zwar direkt am
Kopf. Die Kreislaufgasmenge strömt dann über Leitung 10 zusätzlich zum
Hauptkondensator. Die entsprechend erhöhte Kondensatmenge wird über Leitung 13
zusätzlich auf die Niederdrucksäule 9 aufgegeben.
Fig. 8 zeigt einen ähnlichen Verstärkungskreislauf 815 - 854 - 857 - 858, ergänzt
durch einen mit der Turbine 835 gekoppelten Nachverdichter 832 mit Nachkühler 833.
Dieser zusätzliche Verdichter 832 verbessert die Wirkung des Verstärkungskreislaufs
(und die Kälteleistung der unten beschriebenen Turbine 835), indem er das
Kreislaufgas 857 von dem Stickstoffproduktdruck 7,0 bar aus weiter auf 8,3 bar
komprimiert.
Im Unterschied zu Fig. 7 wird die Turbine 835 hier nicht mit Stickstoff unter
Niederdrucksäulendruck betrieben, sondern mit einem Teil 856 des unter wesentlich
höherem Druck stehenden Kreislaufstickstoffs stromabwärts des Nachverdichters
832. Die Turbine 825 entspannt den Stickstoff 856 auf den Eintrittsdruck des Produkt-
und Kreislaufverdichters 854 (2,3 bar), dem das Turbinenabgas über Leitung 852a
wieder zugeführt wird. Alternativ kann auf knapp über Atmosphärendruck entspannt
und der entspannte Stickstoff über die Leitungen 852b und 853 als druckloses
Produkt, Restgas oder Regeneriergas abgeführt werden.
Die Verfahren der Fig. 6 bis 8 eignen sich insbesondere für Anlagen, bei denen
sowohl Stickstoff als auch Sauerstoff praktisch vollständig als Druckprodukte
abgegeben werden. Solche Produktanforderungen bestehen insbesondere bei einem
Luftzerleger, der mit einem Kohlevergasungskraftwerk verbunden ist (IGCC-
Integrated Gasification Combined Cycle).
Bei den Fig. 4 bis 8 ist wie in Fig. 1 der Betriebsdruck der Mischsäule im
wesentlichen gleich dem Drucksäulendruck. Für höhere Produktdrücke können die
alternativen Methoden der Luftverdichtung, die in den Fig. 2 und 3 gezeigt sind
genutzt werden.
Selbstverständlich kann auch der separate Abzug von Sauerstoff-Produktfraktion 417
und sauerstoffreicher Fraktion 445 gemäß Fig. 4 mit der Druckstickstoffgewinnung
einer der Fig. 5 bis 8 kombiniert werden.
In den Ausführungsbeispielen werden die Stoffaustauschelemente in der
Niederdrucksäule durch geordnete Packungen und in der Drucksäule sowie in der
Mischsäule durch Siebböden gebildet. Grundsätzlich können jedoch bei dem
Verfahren und der Vorrichtung der Erfindung und bei dem Ausführungsbeispiel
konventionelle Stoffaustauschböden (zum Beispiel Siebböden), Füllkörper
(ungeordnete Packung) und/oder geordnete Packung in jeder der Säulen eingesetzt
werden. Auch Kombinationen verschiedenartiger Elemente in einer Säule sind
möglich. Vorzugsweise werden die Stoffaustauschelemente in Druck- und Mischsäule
mindestens teilweise durch Böden und in der Niederdrucksäule mindestens teilweise
durch geordnete Packung gebildet.
Claims (9)
1. Verfahren zur Gewinnung eines Druckprodukts (24, 25; 550, 551) durch
Tieftemperaturzerlegung von Luft in einem Rektifiziersystem, das eine Drucksäule
(4) und eine Niederdrucksäule (9) aufweist, bei dem
- a. verdichtete und gereinigte Einsatzluft (1, 3) in die Drucksäule (4) eingeführt wird,
- b. mindestens eine Fraktion (6) aus der Drucksäule (4) entspannt (8) und in die Niederdrucksäule (9) eingespeist wird,
- c. eine sauerstoffreiche Fraktion (17; 445) aus der Niederdrucksäule (9) flüssig auf Druck gebracht (18; 446) und auf eine Mischsäule (27) aufgegeben (26) wird,
- d. ein Wärmeträger (1, 38, 39, 40; 1, 238, 239, 40; 1, 338, 339, 40) in den unteren Bereich der Mischsäule (27) eingeleitet und in Gegenstromkontakt mit der sauerstoffreichen Fraktion (26) gebracht wird und
- e. aus dem oberen Bereich der Mischsäule (27) ein gasförmiges Kopfprodukt (28) entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß
- f. eine Produktfraktion (17; 417; 547) aus dem Rektifiziersystem entnommen, flüssig auf Druck gebracht (18; 418; 548), in einem Kondensator-Verdampfer (22; 549) verdampft und als Druckprodukt (24, 25; 550, 551) abgezogen wird und
- g. das gasförmige Kopfprodukt (28) der Mischsäule (27) in den Verflüssigungsraum des Kondensator-Verdampfers (22; 549) eingeleitet und dort in indirektem Wärmeaustausch gegen die verdampfende Produktfraktion kondensiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Produktfraktion
(17; 417) aus der Niederdrucksäule (9) entnommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Produktfraktion
und die sauerstoffreiche Fraktion gemeinsam aus der Niederdrucksäule (9)
abgezogen (17) werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Produktfraktion und die sauerstoffreiche Fraktion gemeinsam flüssig auf Druck
gebracht (18) werden.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sauerstoffreiche
Fraktion (445) mindestens einen theoretischen oder praktischen Boden oberhalb
der Entnahmestelle der Produktfraktion (417) aus der Niederdrucksäule (9)
abgezogen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
oder eine weitere Produktfraktion (547) aus der Drucksäule (4) entnommen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Produktfraktion oder die Produktfraktionen (17, 20; 417, 20; 547) vor ihrer
Verdampfung (22; 549) und/oder die sauerstoffreiche Fraktion (17, 18; 445, 18)
vor ihrer Einleitung in die Mischsäule (27) angewärmt (19) wird/werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im
unteren Bereich der Mischsäule (27) eine flüssige Fraktion (41) entnommen und
in die Drucksäule (4) oder in die Niederdrucksäule (9) eingeleitet (42) wird.
9. Vorrichtung zur Gewinnung eines Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung
von Luft mit einem Rektifiziersystem, das eine Drucksäule (4) und eine
Niederdrucksäule (9) aufweist, und mit
- a. einer Einsatzluftleitung (1, 3) zur Einleitung verdichteter und gereinigter Einsatzluft in die Drucksäule (4),
- b. Mitteln (6, 8) zur Entspannung und Einspeisung mindestens einer Fraktion aus der Drucksäule (4) in die Niederdrucksäule (9),
- c. Mitteln (18, 446; 26), um eine sauerstoffreiche Fraktion (17, 445) aus der Niederdrucksäule (9) flüssig auf Druck zu bringen und auf eine Mischsäule (27) aufzugeben,
- d. Mitteln (1, 38, 39, 40; 1, 238, 239, 40; 1, 338, 339, 40) zur Einleitung eines Wärmeträgers in den unteren Bereich der Mischsäule (27) und mit
- e. einer Kopfproduktleitung (28) zur Entnahme eines gasförmigen Kopfprodukts aus dem oberen Bereich der Mischsäule, dadurch gekennzeichnet, daß
- f. die Vorrichtung Mittel (17, 417, 547; 18, 418, 548; 20, 21) aufweist, um eine Produktfraktion aus dem Rektifiziersystem zu entnehmen, flüssig auf Druck zu bringen und in den Verdampfungsraum eines Kondensator-Verdampfers (22) einzuleiten, sowie eine Druckproduktleitung (24, 550; 25, 551), die mit dem Verdampfungsraum des Kondensator-Verdampfers (22, 549) verbunden ist, und daß
- g. die Kopfproduktleitung (28) mit dem Verflüssigungsraum des Kondensator- Verdampfers (22, 549) verbunden ist.
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DE1998103437 DE19803437A1 (de) | 1998-01-29 | 1998-01-29 | Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung eines Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft |
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