DE19803437A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung eines Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung eines Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft

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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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