DE19855485A1 - Extraction of krypton or xenon-enriched mixture - Google Patents

Extraction of krypton or xenon-enriched mixture

Info

Publication number
DE19855485A1
DE19855485A1 DE19855485A DE19855485A DE19855485A1 DE 19855485 A1 DE19855485 A1 DE 19855485A1 DE 19855485 A DE19855485 A DE 19855485A DE 19855485 A DE19855485 A DE 19855485A DE 19855485 A1 DE19855485 A1 DE 19855485A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
krypton
xenon
column
fraction
exchange column
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19855485A
Other languages
German (de)
Inventor
Stefan Dipl Ing Lochner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Priority to DE19855485A priority Critical patent/DE19855485A1/en
Publication of DE19855485A1 publication Critical patent/DE19855485A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04406Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
    • F25J3/04412Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04078Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression
    • F25J3/0409Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression of oxygen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04642Recovering noble gases from air
    • F25J3/04745Krypton and/or Xenon
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/32Processes or apparatus using separation by rectification using a side column fed by a stream from the high pressure column
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/34Processes or apparatus using separation by rectification using a side column fed by a stream from the low pressure column
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/90Details relating to column internals, e.g. structured packing, gas or liquid distribution
    • F25J2200/92Details relating to the feed point
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/90Details relating to column internals, e.g. structured packing, gas or liquid distribution
    • F25J2200/94Details relating to the withdrawal point
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2235/00Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/50Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being oxygen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/42Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being nitrogen

Abstract

The extraction system is integrated into an air separation plant with a double column (1) having a high-pressure section (2) and a low-pressure section (3). A krypton/xenon-rich fraction is taken from the low-pressure column at (16) and passed into a material exchange column (15). The major portion enters the column near its middle at (25) whilst a minor portion enters the head at (26). The other component of the fraction is oxygen. In an alternative method the fraction is injected in its entirety at (25) whilst almost pure oxygen is injected in the head. Nitrogen (18), as the inert gas, is passed into the base of the column at (19). The krypton/xenon rich mixture then collects at the base of the column and is withdrawn at (23). In the above description all gases are liquefied except that, at the base, an evaporator (21) vaporizes the product, gaseous nitrogen being used as the heat exchange medium.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung eines krypton- und/oder xenonangereicherten Gemischs aus einer krypton- und xenonhaltigen Fraktion durch Gegenstrom-Stoffaustausch in einer Austauschsäule, wo bei bei dem Verfahren eine krypton- und xenonhaltige Fraktion mindestens zu einem ersten Teil der Austauschsäule an einer Zwischenstelle zugeführt wird, wobei dem unteren Bereich der Austauschsäule ein Inertgas zugeführt wird und wobei das krypton- und/oder xenonangereicherte Gemisch aus dem unteren Bereich der Austauschsäule abgezogen wird.The invention relates to a method for obtaining a krypton and / or xenon-enriched mixture of a krypton- and xenon-containing fraction Countercurrent mass transfer in an exchange column, where in the process one krypton- and xenon-containing fraction at least to a first part of the Exchange column is supplied at an intermediate point, the lower area an inert gas is supplied to the exchange column and the krypton and / or xenon-enriched mixture from the lower area of the exchange column is subtracted.

Ein derartiger Prozeß ist in EP 222026 und in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 198 23 526 beschrieben.Such a process is in EP 222026 and in the unpublished German Patent application 198 23 526 described.

Ähnliche Verfahren zur Krypton- beziehungsweise Xenongewinnung sind aus Streich, Daimer, Gewinnung von Edelgasen in Luft- und Ammoniakanlagen, Linde-Berichte aus Technik und Wissenschaft, 37/1975, 10-14, aus DE 11 22 088 B, US 4401448 und EP 218741 A bekannt. Bei all diesen Verfahren wird Argon oder Stickstoff als Inertgas verwendet. Das krypton- und xenonangereicherte Gemisch, das die Austauschsäule als Sumpfprodukt verläßt, weist nicht nur einen erhöhten Gehalt an diesen relativ schwerflüchtigen Komponenten auf, sondern ist außerdem praktisch frei von Sauerstoff.Similar methods for krypton or xenon extraction are out of prank, Daimer, extraction of noble gases in air and ammonia plants, Linde reports from technology and science, 37/1975, 10-14, from DE 11 22 088 B, US 4401448 and EP 218741 A known. In all of these processes, argon or nitrogen is used as the inert gas used. The krypton and xenon enriched mixture that forms the exchange column Leaves as a bottom product, not only has an increased content of these relatively non-volatile components, but is also practically free of Oxygen.

Die beiden erstgenannten Verfahren aus dem Stand der Technik zeigen die Zufuhr der krypton- und xenonhaltigen Fraktion an eine Zwischenstelle der Austauschsäule. Als Rücklaufflüssigkeit für die Austauschsäule wird flüssiger Stickstoff auf deren Kopf aufgegeben. Diese Prozeßführung ermöglicht eine relativ hohe Ausbeute an Krypton und/oder Xenon. Dennoch ist das Verfahren einer weiteren Verbesserung zugänglich. The first two methods from the prior art show the supply the krypton and xenon-containing fraction to an intermediate point on the exchange column. Liquid nitrogen is applied to the top of the column as the return liquid for the exchange column given up. This process control enables a relatively high yield of krypton and / or xenon. Nevertheless, the process is amenable to further improvement.  

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine entsprechende Vorrichtung anzugeben, die wirtschaftlich besonders günstig betrieben werden können.The invention has for its object a method of the type mentioned and specify a corresponding device that is particularly economical can be operated.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß dem oberen Bereich der Austauschsäule eine flüssige Sauerstofffraktion zugeführt wird.This object is achieved in that the upper area of the exchange column a liquid oxygen fraction is supplied.

Unter Sauerstofffraktion wird hier reiner Sauerstoff oder ein Gemisch mit einem Sauerstoffgehalt von mindestens 25%, vorzugsweise mindestens 50% verstanden. (Alle Prozentangaben beziehen sich hier und im folgenden auf die molare Menge, soweit nichts anderes angegeben ist.)The oxygen fraction here is pure oxygen or a mixture with one Understand oxygen content of at least 25%, preferably at least 50%. (All percentages here and below refer to the molar amount, unless otherwise stated.)

Die Zwischenstelle, an der das krypton- und xenonhaltige Gemisch der Austauschsäule zugeführt wird, kann auf 60 bis 80%, vorzugsweise 70 bis 80% der Höhe der Austauschsäule (gemessen in Anzahl der theoretischen Böden) liegen. Die Gesamtzahl von theoretischen Böden beträgt zum Beispiel 10 bis 40, vorzugsweise 15 bis 25. Die Einspeisung geschieht in der Regel im flüssigen Zustand.The intermediate point at which the krypton- and xenon-containing mixture of Exchange column supplied can be 60 to 80%, preferably 70 to 80% of the Height of the exchange column (measured in number of theoretical plates). The The total number of theoretical trays is, for example, 10 to 40, preferably 15 to 25. The feed is usually in the liquid state.

Im Rahmen der Erfindung hat sich herausgestellt, daß die Aufgabe einer Sauerstofffraktion auf die Austauschsäule keine Verschlechterung hinsichtlich des Austauschprozesses in dieser Säule gegenüber der Verwendung von Stickstoff bewirkt. Durch den verringerten Verbrauch an Stickstoff ergibt sich eine erhöhte Stickstoffausbeute. Dies bedeutet beispielsweise dann einen besonders großen Vorteil, wenn die Krypton-IXenon-Gewinnung in einen Luftzerlegungsprozeß eingebunden ist, dessen Hauptprodukt durch Stickstoff gebildet wird.In the context of the invention it has been found that the task of a Oxygen fraction on the exchange column no deterioration in terms of Exchange process in this column with the use of nitrogen causes. The reduced consumption of nitrogen results in an increased Nitrogen yield. This means, for example, a particularly large one Advantage if the krypton-IXenon extraction in an air separation process is involved, the main product of which is formed by nitrogen.

Für die Auswahl der Sauerstofffraktion gibt es zwei bevorzugte Varianten:There are two preferred variants for the selection of the oxygen fraction:

Die Produktausbeute an anderen Produkten des Rektifiziersystems (zum Beispiel Sauerstoff und/oder Stickstoff) wird am wenigsten beeinträchtigt, wenn die flüssige Sauerstofffraktion durch einen zweiten Teil der krypton- und xenonhaltigen Fraktion gebildet wird.The product yield on other products of the rectification system (for example Oxygen and / or nitrogen) is least affected when the liquid Oxygen fraction through a second part of the krypton- and xenon-containing fraction is formed.

Die Einspeisestelle dieses zweiten Teils liegt vorzugsweise am Kopf der Austauschsäule oder jedenfalls an einer Zwischenstelle, die mindestens einen praktischen oder theoretischen oberhalb der Zwischenstelle angeordnet ist, an der der erste Teil eingespeist wird. In diesem Fall bilden beispielsweise 60 bis 90%, vorzugsweise 70 bis 80% der krypton- und xenonhaltigen Fraktion den ersten Teil; der Rest wird dem oberen Bereich, zum Beispiel dem Kopf, der Austauschsäule zugeleitet.The feed point of this second part is preferably at the top of the Exchange pillar or at any rate at an intermediate point that has at least one  practical or theoretical is located above the intermediate point at which the first part is fed. In this case, for example, 60 to 90%, preferably 70 to 80% of the krypton- and xenon-containing fraction the first part; the rest becomes the upper area, for example the head, the exchange column forwarded.

Im Rahmen der Erfindung hat sich herausgestellt, daß trotz der ausschließlichen Einleitung einer nicht kryptonfreien Fraktion in den Kopf der Austauschsäule eine akzeptable Ausbeute an Krypton erreicht werden kann. Sie beträgt beispielsweise 80 bis 95%, vorzugsweise 87 bis 94% bezogen auf die in dem krypton- und xenonhaltigen Gemisch enthaltene Kryptonmenge.In the context of the invention it has been found that, despite the exclusive Introduction of a non-krypton-free fraction into the head of the exchange column acceptable yield of krypton can be achieved. For example, it is 80 to 95%, preferably 87 to 94% based on that in the krypton and Amount of krypton contained in the xenon-containing mixture.

Alternativ oder ergänzend kann kryptonarmer Flüssigsauerstoff in den oberen Bereich der Austauschsäule eingeleitet werden. Dies führt zu einer weiteren erhöhten Ausbeute an Krypton und/oder Xenon. Unter "kryptonarm" wird hier eine Kryptonkonzentration verstanden, die geringer als diejenige der krypton- und xenonhaltigen Fraktion ist und insbesondere 100 ppm oder weniger beträgt. Der kryptonarme Sauerstoff kann beispielsweise aus einem Speichertank oder aus einer Luftzerlegungsanlage herangeführt werden.Alternatively or in addition, low-krypton liquid oxygen can be in the upper area the exchange pillar. This leads to another increased Yield of krypton and / or xenon. Under "low krypton" here is one Understanding krypton concentration that is lower than that of krypton and xenon-containing fraction and is in particular 100 ppm or less. Of the Low-krypton oxygen, for example, from a storage tank or from a Air separation plant can be introduced.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung kann die Austauschsäule im übrigen so gefahren werden, daß sie gleichzeitig als Methan-Ausschleussäule wirkt, das heil Methan wird nicht vollständig mit dem Krypton in den Sumpf ausgewaschen, sondern verläßt die Säule zum Teil mit dem Kopfgas.In this embodiment of the invention, the replacement column can otherwise be driven that it also acts as a methane discharge column, the healing Methane is not completely washed out with the krypton, but rather partly leaves the column with the top gas.

Die Austauschsäule und gegebenenfalls nachfolgende Schritte können unabhängig betrieben werden, indem das krypton- und xenonhaltige Gemisch in einem Behälter vorgelegt wird. In vielen Fällen ist es aber günstig, das erfindungsgemäße Verfahren in eine Luftzerlegungsanlage zu integrieren, indem verdichtete und vorgereinigte Einsatzluft in ein Rektifiziersystem zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung eingeleitet wird, das eine Niederdrucksäule aufweist und die krypton- und xenonhaltige Fraktion der Niederdrucksäule entnommen wird. Die Entnahme geschieht vorzugsweise am Sumpf der Niederdrucksäule. The exchange column and any subsequent steps can be independent operated by the krypton- and xenon-containing mixture in a container is presented. In many cases, however, it is advantageous to use the method according to the invention to integrate in an air separation plant by compressed and pre-cleaned Feed air is introduced into a rectification system for nitrogen-oxygen separation, which has a low pressure column and the krypton and xenon containing fraction of Low pressure column is removed. The removal takes place preferably at the swamp the low pressure column.  

Der kryptonarme Sauerstoff kann dann durch eine Fraktion gebildet wird, die mindestens einen praktischen oder theoretischen Boden oberhalb des Sumpfs der Niederdrucksäule entnommen wird.The low-krypton oxygen can then be formed by a fraction that at least one practical or theoretical floor above the swamp of the Low pressure column is removed.

Als Inertgas für die Austauschsäule kann beispielsweise Argon verwendet werden. Vorzugsweise wird das Inertgas bei der Erfindung durch eine Stickstofffraktion aus dem Rektifiziersystem gebildet. Im Falle eines Zweisäulensystems mit Hochdrucksäule und Niederdrucksäule ist es besonders günstig, das Inertgas aus dem oberen Bereich der Hochdrucksäule zu entnehmen.Argon, for example, can be used as the inert gas for the exchange column. In the invention, the inert gas is preferably produced by a nitrogen fraction the rectification system. In the case of a two-column system with High pressure column and low pressure column, it is particularly cheap to the inert gas in the upper area of the high pressure column.

Die Austauschsäule kann durch indirekten Wärmeaustausch in einem Sumpfverdampfer beheizt werden. Als Heizmittel kann beispielsweise eine kondensierendes Gas (etwa ein Teilstrom der Einsatzluft oder eine Gasfraktion aus der Hochdrucksäule) oder eine Flüssigfraktion eingesetzt werden, die in dem Sumpfverdampfer fühlbare Wärme abgibt. Vorzugsweise wird gasförmiger Stickstoff verwendet, der beispielsweise aus dem oberen Bereich der Hochdrucksäule stammt. Zum Beispiel wird Stickstoffgas vom Kopf der Hochdrucksäule zu einem Teil als Inertgas in die Austauschsäule eingeleitet und zu einem anderen Teil zur indirekten Beheizung des Sumpfs der Austauschsäule genutzt.The exchange column can be combined through indirect heat exchange Bottom evaporator are heated. For example, a condensing gas (such as a partial flow of feed air or a gas fraction the high pressure column) or a liquid fraction used in the Bottom evaporator gives off sensible heat. Gaseous nitrogen is preferred used, which comes for example from the upper area of the high pressure column. For example, nitrogen gas from the top of the high pressure column becomes a part of Inert gas introduced into the exchange column and another part for indirect Heating the sump of the exchange column used.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 10.The invention also relates to a device according to claim 10.

Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen:The invention and further details of the invention are described below of embodiments shown schematically in the drawings explained. Here show:

Fig. 1 eine erste Variante mit Einspeisung der krypton- und xenonhaltigen Fraktion an zwei verschiedenen Stellen der Austauschsäule und Fig. 1 shows a first variant with feeding the krypton- and xenon-containing fraction at two different points in the exchange column and

Fig. 2 eine andere Variante der Erfindung mit Einspeisung von kryptonarmem Flüssigsauerstoff am Kopf der Austauschsäule. Fig. 2 shows another variant of the invention with feeding of low-krypton liquid oxygen at the top of the exchange column.

In dem Schema von Fig. 1 tritt ein erster Einsatzluftstrom, der auf 6 bar verdichtet und anschließend gereinigt und auf etwa Taupunkt abgekühlt wurde, über Leitung 4 in die Hochdrucksäule 2 einer Doppelsäule 1 ein. Stickstoff 6 und Rohsauerstoff 7 werden nach Unterkühlung in einem Gegenströmer 5 mindestens zum Teil in die Niederdrucksäule 3 eingespeist. Hochdruck- und Niederdrucksäule stehen über einen Kondensator-Verdampfer 10 in Wärmeaustauschbeziehung. Aus dem oberen Bereich der Niederdrucksäule 3 werden reiner und unreiner Stickstoff 8, 9 als Produkte entnommen und im Gegenströmer 5 sowie im nicht dargestellten Hauptwärmetauscher angewärmt. (Andere mögliche Anstiche, beispielsweise zur Direkteinspeisung von Luft in die Niederdrucksäule oder zum Anschluß einer Rohargonsäule sind in der Zeichnung nicht dargestellt.) Die Betriebsdrücke von Hochdrucksäule und Niederdrucksäule betragen in dem Beispiel 5,1 beziehungsweise 1,3 bar am Kopf.In the diagram of FIG. 1, a first feed air stream, which has been compressed to 6 bar and then cleaned and cooled to approximately dew point, enters the high-pressure column 2 of a double column 1 via line 4 . 6 and 7 crude oxygen nitrogen are fed by sub-cooling in a countercurrent 5 at least in part in the low pressure column. 3 High-pressure and low-pressure columns are in heat exchange relationship via a condenser-evaporator 10 . Pure and impure nitrogen 8 , 9 are removed as products from the upper region of the low-pressure column 3 and heated in the counterflow 5 and in the main heat exchanger (not shown). (Other possible taps, for example for feeding air directly into the low-pressure column or for connecting a crude argon column, are not shown in the drawing.) In the example, the operating pressures of the high-pressure column and low-pressure column are 5.1 and 1.3 bar at the head.

Eine Sauerstoffproduktfraktion 11 wird drei Böden oberhalb des Niederdrucksäulensumpfs entnommen. In dem Beispiel ist eine Flüssigentnahme mit anschließender Innenverdichtung mittels einer Pumpe 12 dargestellt; der flüssig auf Druck gebrachte Produktsauerstoff 13 wird anschließend auf bekannte Weise durch indirekten Wärmeaustausch verdampft und angewärmt. Alternativ dazu kann die Sauerstofffraktion in gasförmigem Zustand auf etwa der gleichen Höhe aus der Niederdrucksäule 3 abgeführt und anschließend angewärmt werden.An oxygen product fraction 11 is taken from three trays above the low pressure column bottom. In the example, liquid extraction with subsequent internal compression by means of a pump 12 is shown; the product oxygen 13 , which is brought under pressure in liquid form, is then evaporated and warmed in a known manner by indirect heat exchange. Alternatively, the oxygen fraction in the gaseous state can be removed from the low-pressure column 3 at approximately the same height and then heated.

Zusätzlich zur Innenverdichtung (oder auch als Alternative) kann über Leitung 30 ein Flüssigsauerstoffprodukt abgezogen werden. Diese Leitung kann stromaufwärts oder (wie in der Zeichnung dargestellt) stromabwärts der Pumpe 12 angeordnet sein.In addition to internal compression (or as an alternative), a liquid oxygen product can be withdrawn via line 30 . This line can be arranged upstream or (as shown in the drawing) downstream of the pump 12 .

Über Leitung 16 wird eine krypton- und xenonhaltige Fraktion der Niederdrucksäule entnommen, in einer Pumpe 17 auf einen Druck von 4 bar gebracht und einer Austauschsäule 15 zugeführt. Über Leitung 25 wird ein erster Teil, beispielsweise 80% der gesamten krypton- und xenonhaltigen Fraktion 16, einer Zwischenstelle der Austauschsäule 15 zugeleitet; ein zweiter Teil 26, beispielsweise der Rest, wird auf den Kopf der Austauschsäule 14 aufgegeben. Die Einspeisestelle des Stroms 25 liegt beispielsweise 12 praktische oder theoretische Böden oberhalb des Sumpfs bei einer Gesamtzahl von 25 praktischen beziehungsweise theoretischen Böden in der Austauschsäule 15.A krypton- and xenon-containing fraction of the low-pressure column is removed via line 16 , brought to a pressure of 4 bar in a pump 17 and fed to an exchange column 15 . A first part, for example 80% of the total krypton- and xenon-containing fraction 16 , is fed via line 25 to an intermediate point of the exchange column 15 ; a second part 26 , for example the rest, is placed on the head of the exchange column 14 . The feed point for stream 25 is, for example, 12 practical or theoretical trays above the sump with a total of 25 practical or theoretical trays in the exchange column 15 .

Gasförmiger Stickstoff vom Kopf der Hochdrucksäule 2 dient einerseits als Inertgas 19, das der krypton- und xenonhaltigen Fraktion in der Austauschsäule 15 entgegengeschickt wird. Ein anderer Teil 20 dient als Heizmittel für den Sumpfverdampfer 21 der Austauschsäule 15. Auf der Verflüssigungsseite des Sumpfverdampfers 21 gebildetes Kondensat 22 fließt in die Hochdrucksäule zurück oder wird in die Niederdrucksäule eingeleitet (nicht dargestellt). Die Austauschsäule wird in dem Beispiel unter einem Druck von 3,4 bar am Kopf betrieben.Gaseous nitrogen from the top of the high pressure column 2 serves on the one hand as an inert gas 19 which is sent to the krypton- and xenon-containing fraction in the exchange column 15 . Another part 20 serves as heating means for the bottom evaporator 21 of the exchange column 15. Condensate 22 formed on the liquefaction side of the bottom evaporator 21 flows back into the high pressure column or is introduced into the low pressure column (not shown). In the example, the exchange column is operated at a pressure of 3.4 bar at the head.

Vom Sumpf der Austauschsäule 15 wird ein krypton- und xenonangereichertes Gemisch 23 abgezogen. Es kann in einem Tank gesammelt oder direkt weiteren Verfahrensschritten zur Gewinnung von Krypton und/oder Xenon zugeführt werden. Das Kopfgas 24 der Austauschsäule 15 wird an geeigneter Stelle in die Niederdrucksäule 3 eingeführt oder direkt einem Restgasstrom (zum Beispiel in Leitung 9) zugeleitet (nicht dargestellt).A krypton and xenon enriched mixture 23 is withdrawn from the bottom of the exchange column 15 . It can be collected in a tank or added directly to further process steps for the extraction of krypton and / or xenon. The top gas 24 of the exchange column 15 is introduced into the low-pressure column 3 at a suitable point or is fed directly to a residual gas stream (for example in line 9 ) (not shown).

In Abwandlung der zeichnerischen Darstellung kann der Kondensator-Verdampfer 10 auch als Fallfilmverdampfer ausgebildet sein. In diesem Fall kann die Pumpe 17 gleichzeitig für die Aufgabe von Flüssigkeit auf den Fallfilmverdampfer verwendet werden.In a modification of the drawing, the condenser-evaporator 10 can also be designed as a falling-film evaporator. In this case, the pump 17 can be used simultaneously for the supply of liquid to the falling film evaporator.

Bei Fig. 2 wird nur ein Teil des über Leitung 11 abgeführten Flüssigsauerstoffs als Sauerstoffprodukt 13, 30 gewonnen, während ein anderer Teil 27 dem oberen Bereich der Austauschsäule 15 als kryptonarme Rücklaufflüssigkeit zugeleitet wird. Die krypton- und xenonhaltige Fraktion wird hier ausschließlich einer Zwischenstelle (Leitung 25) der Austauschsäule 15 zugeführt, die beispielsweise 12 praktische oder theoretische Böden oberhalb des Sumpfs der Austauschsäule angeordnet ist. Die Gesamtzahl der praktischen beziehungsweise theoretischen Böden in der Austauschsäule 15 beträgt in dem Beispiel 15. Diese Maßnahmen führen zu einer besonders hohen Krypton- und Xenonausbeute.In FIG. 2, only part of the liquid oxygen discharged via line 11 is obtained as the oxygen product 13 , 30 , while another part 27 is fed to the upper region of the exchange column 15 as a low-krypton return liquid. The krypton- and xenon-containing fraction is fed exclusively to an intermediate point (line 25 ) of the exchange column 15 , which is arranged, for example, 12 practical or theoretical plates above the sump of the exchange column. In the example, the total number of practical or theoretical trays in the exchange column 15 is 15. These measures lead to a particularly high krypton and xenon yield.

Claims (11)

1. Verfahren zur Gewinnung eines krypton- und/oder xenonangreicherten Gemischs aus einer krypton- und xenonhaltigen Fraktion durch Gegenstrom- Stoffaustausch in einem Rektifiziersystem, das eine Austauschsäule (15) aufweist, wobei bei dem Verfahren
  • - eine krypton- und xenonhaltige Fraktion (16) mindestens zu einem ersten Teil (25) der Austauschsäule (15) an einer Zwischenstelle zugeführt wird,
  • - dem unteren Bereich der Austauschsäule (15) ein Inertgas (19) zugeführt wird und
  • - das krypton- und/oder xenonangereicherte Gemisch (23) aus dem unteren Bereich der Austauschsäule (15) abgezogen wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
1. A method for obtaining a krypton and / or xenon enriched mixture from a krypton and xenon-containing fraction by countercurrent mass transfer in a rectification system which has an exchange column ( 15 ), the method
  • a krypton- and xenon-containing fraction ( 16 ) is fed to at least a first part ( 25 ) of the exchange column ( 15 ) at an intermediate point,
  • - The lower region of the exchange column ( 15 ) is supplied with an inert gas ( 19 ) and
  • - The krypton and / or xenon-enriched mixture ( 23 ) is withdrawn from the lower region of the exchange column ( 15 ),
characterized in that
- dem oberen Bereich der Austauschsäule (15) eine flüssige Sauerstofffraktion (26, 27) zugeführt wird.- A liquid oxygen fraction ( 26 , 27 ) is fed to the upper region of the exchange column ( 15 ). 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die flüssige Sauerstofffraktion durch einen zweiten Teil (26) der krypton- und xenonhaltigen Fraktion gebildet wird.2. The method according to claim 1, wherein the liquid oxygen fraction is formed by a second part ( 26 ) of the krypton- and xenon-containing fraction. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die flüssige Sauerstofffraktion durch kryptonarmen Sauerstoff (27) gebildet wird.3. The method according to any one of claims 1 or 2, wherein the liquid oxygen fraction is formed by low-krypton oxygen ( 27 ). 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem verdichtete und vorgereinigte Einsatzluft (4) in ein Rektifiziersystem zur Stickstoff-Sauerstoff- Trennung eingeleitet wird, das eine Niederdrucksäule (3) aufweist und die krypton- und xenonhaltige Fraktion (16) der Niederdrucksäule (3) entnommen wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, in which compressed and pre-cleaned feed air ( 4 ) is introduced into a rectification system for nitrogen-oxygen separation, which has a low pressure column ( 3 ) and the krypton- and xenon-containing fraction ( 16 ) Low pressure column ( 3 ) is removed. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, bei dem der praktisch kryptonfreie Sauerstoff durch eine Fraktion (11) gebildet wird, die mindestens einen praktischen oder theoretischen Boden oberhalb des Sumpfs der Niederdrucksäule (3) entnommen wird. 5. The method according to claims 3 and 4, in which the practically krypton-free oxygen is formed by a fraction ( 11 ) which is taken from at least one practical or theoretical bottom above the bottom of the low pressure column ( 3 ). 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Inertgas (19) durch eine Stickstofffraktion aus dem Rektifiziersystem gebildet wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the inert gas ( 19 ) is formed by a nitrogen fraction from the rectification system. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 6, bei dem das Rektifiziersystem eine Hochdrucksäule (2) aufweist und die Stickstofffraktion (18,19) aus dem oberen Bereich der Hochdrucksäule (2) entnommen wird.7. The method according to claims 4 and 6, wherein the rectification system has a high pressure column ( 2 ) and the nitrogen fraction ( 18 , 19 ) is removed from the upper region of the high pressure column ( 2 ). 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Austauschsäule (15) einen Sumpfverdampfer (21) aufweist, in dem Stickstoff (20) als Heizmittel verwendet wird.8. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the exchange column ( 15 ) has a bottom evaporator ( 21 ) in which nitrogen ( 20 ) is used as a heating medium. 9. Verfahren nach den Ansprüchen 7 und 8, bei dem Stickstoff (18, 20) aus der Hochdrucksäule (2) als Heizmittel für den Sumpfverdampfer (21) verwendet wird.9. The method according to claims 7 and 8, in which nitrogen ( 18 , 20 ) from the high pressure column ( 2 ) is used as heating means for the bottom evaporator ( 21 ). 10. Vorrichtung zur Gewinnung eines krypton- und/oder xenonangereicherten Gemischs durch Tieftemperaturzerlegung mit
  • - einem Rektifiziersystem, das eine Austauschsäule (15) aufweist,
  • - mit Mitteln (16, 25) zur Einleitung einer krypton- und xenonhaltigen Fraktion (16) in den mittleren Bereich der Austauschsäule,
  • - mit einer Inertgasleitung (19) zur Einleitung von Inertgas in den unteren Bereich der Austauschsäule (15) und
  • - mit einer Entnahmeleitung (23) zum Abziehen von krypton- und/oder xenonangereichertem Gemisch (23) aus dem unteren Bereich der Austauschsäule (15), gekennzeichnet durch
  • - eine Flüssigsauerstoffleitung (26, 27), die mit dem oberen Bereich der Austauschsäule (15) verbunden ist.
10. Device for obtaining a krypton and / or xenon-enriched mixture by low-temperature decomposition with
  • - a rectification system which has an exchange column ( 15 ),
  • with means ( 16 , 25 ) for introducing a fraction ( 16 ) containing krypton and xenon into the central region of the exchange column,
  • - With an inert gas line ( 19 ) for introducing inert gas into the lower region of the exchange column ( 15 ) and
  • - With a removal line ( 23 ) for withdrawing krypton and / or xenon-enriched mixture ( 23 ) from the lower region of the exchange column ( 15 ), characterized by
  • - A liquid oxygen line ( 26 , 27 ) which is connected to the upper region of the exchange column ( 15 ).
DE19855485A 1998-12-01 1998-12-01 Extraction of krypton or xenon-enriched mixture Withdrawn DE19855485A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19855485A DE19855485A1 (en) 1998-12-01 1998-12-01 Extraction of krypton or xenon-enriched mixture

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19855485A DE19855485A1 (en) 1998-12-01 1998-12-01 Extraction of krypton or xenon-enriched mixture

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE19855485A1 true DE19855485A1 (en) 1999-06-10

Family

ID=7889671

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19855485A Withdrawn DE19855485A1 (en) 1998-12-01 1998-12-01 Extraction of krypton or xenon-enriched mixture

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19855485A1 (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6694775B1 (en) 2002-12-12 2004-02-24 Air Products And Chemicals, Inc. Process and apparatus for the recovery of krypton and/or xenon
DE102009014556A1 (en) 2009-03-24 2010-09-30 Linde Aktiengesellschaft Process for heating a separation column
EP2312248A1 (en) 2009-10-07 2011-04-20 Linde Aktiengesellschaft Method and device for obtaining pressurised oxygen and krypton/xenon
CN101726158B (en) * 2009-11-12 2011-11-30 上海启元科技发展有限公司 Method for removing oxygen and methane from concentrated krypton-xenon liquid
CN102721262A (en) * 2012-07-04 2012-10-10 开封空分集团有限公司 Crude krypton and xenon extraction system and process for extracting crude krypton and xenon by utilizing same
EP3839394A1 (en) 2019-12-18 2021-06-23 Air Products And Chemicals, Inc. Recovery of krypton and xenon from liquid oxygen
WO2021230913A1 (en) * 2020-05-15 2021-11-18 Praxair Technology, Inc. Enhancements to a moderate pressure nitrogen and argon producing cryogenic air separation unit
US11629913B2 (en) 2020-05-15 2023-04-18 Praxair Technology, Inc. Integrated nitrogen liquefier for a nitrogen and argon producing cryogenic air separation unit
US11933538B2 (en) 2020-05-11 2024-03-19 Praxair Technology, Inc. System and method for recovery of nitrogen, argon, and oxygen in moderate pressure cryogenic air separation unit

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6694775B1 (en) 2002-12-12 2004-02-24 Air Products And Chemicals, Inc. Process and apparatus for the recovery of krypton and/or xenon
US6829907B2 (en) 2002-12-12 2004-12-14 Air Products And Chemicals, Inc. Process and apparatus for the recovery of krypton and/or xenon
US6848269B2 (en) 2002-12-12 2005-02-01 Air Products And Chemicals, Inc. Process and apparatus for the recovery of krypton and/or xenon
EP2253912A2 (en) 2002-12-12 2010-11-24 Air Products and Chemicals, Inc. Process and apparatus for the recovery of krypton and/or xenon
EP2253913A2 (en) 2002-12-12 2010-11-24 Air Products and Chemicals, Inc. Process and apparatus for the recovery of krypton and/or xenon
DE102009014556A1 (en) 2009-03-24 2010-09-30 Linde Aktiengesellschaft Process for heating a separation column
EP2312248A1 (en) 2009-10-07 2011-04-20 Linde Aktiengesellschaft Method and device for obtaining pressurised oxygen and krypton/xenon
CN101726158B (en) * 2009-11-12 2011-11-30 上海启元科技发展有限公司 Method for removing oxygen and methane from concentrated krypton-xenon liquid
CN102721262A (en) * 2012-07-04 2012-10-10 开封空分集团有限公司 Crude krypton and xenon extraction system and process for extracting crude krypton and xenon by utilizing same
EP3839394A1 (en) 2019-12-18 2021-06-23 Air Products And Chemicals, Inc. Recovery of krypton and xenon from liquid oxygen
US11460246B2 (en) 2019-12-18 2022-10-04 Air Products And Chemicals, Inc. Recovery of krypton and xenon from liquid oxygen
US11933538B2 (en) 2020-05-11 2024-03-19 Praxair Technology, Inc. System and method for recovery of nitrogen, argon, and oxygen in moderate pressure cryogenic air separation unit
WO2021230913A1 (en) * 2020-05-15 2021-11-18 Praxair Technology, Inc. Enhancements to a moderate pressure nitrogen and argon producing cryogenic air separation unit
US11629913B2 (en) 2020-05-15 2023-04-18 Praxair Technology, Inc. Integrated nitrogen liquefier for a nitrogen and argon producing cryogenic air separation unit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0299364B1 (en) Process and apparatus for air separation by rectification
EP1308680B1 (en) Process and system for production of krypton and/or xenon by cryogenic air separation
EP0628777B1 (en) Process and apparatus for obtaining argon
EP1376037B1 (en) Air separation process and apparatus with a mixing column and krypton and xenon recovery
EP1666824A1 (en) Process and device for the recovery of Argon by cryogenic separation of air
EP0948730B1 (en) Method and device for producing compressed nitrogen
EP0669508B1 (en) Process and apparatus for obtaining pure argon
DE10332863A1 (en) Krypton and xenon recovery by low-temperature fractionation of air yields higher purity products and higher argon productivity, using low nitrogen content scrubbing liquid stream
EP1102954B1 (en) Method and device for cryogenic air separation
DE19951521A1 (en) Recovering pressurized product by low temperature decomposition of air in rectification system comprises cold compressing heat carrier stream before introducing into mixing column
EP1051588B1 (en) Method and device for evaporating liquid oxygen
DE19855485A1 (en) Extraction of krypton or xenon-enriched mixture
EP0768503B1 (en) Triple column air separation process
EP3207320A1 (en) Method and device for variably obtaining argon by means of low-temperature separation
EP3026381A1 (en) Method and device for discharging heavier than air volatile components from an air separation facility
EP1387136A1 (en) Process and device for producing impure oxygen by cryogenic air distillation
EP3557166A1 (en) Method for the low-temperature decomposition of air and air separation plant
DE202009004099U1 (en) Apparatus for the cryogenic separation of air
DE19855486A1 (en) Extraction of krypton or xenon-rich mixture
WO2014067662A2 (en) Process for the low-temperature separation of air in an air separation plant and air separation plant
DE19933558A1 (en) Process to extract nitrogen and oxygen from air by fractionated cryogenic distillation enhances the overall operating efficiency of the process
DE10000017A1 (en) Process for recovery of krypton and/or xenon comprises removing oxygen-enriched fraction from the pressure column at an intermediate point
DE4332870A1 (en) Process and apparatus for producing a krypton/xenon concentrate by low-temperature fractionation of air
EP1306633A1 (en) Cryogenic separation process and apparatus for the production of argon and high purity oxygen
DE10015605A1 (en) Process and assembly for the production of xenon by cryogenic fractionated distillation of oxygen and xenon

Legal Events

Date Code Title Description
OAV Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1
8139 Disposal/non-payment of the annual fee