DE19904526A1

DE19904526A1 - Luftdestillationsanlage und zugehörige Kältebox

Info

Publication number: DE19904526A1
Application number: DE19904526A
Authority: DE
Inventors: Alain Guillard; Bot Patrick Le; Jean-Marc Tsevery; Gilles Bracque; Bennoit Rousseau
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 1998-02-06
Filing date: 1999-02-04
Publication date: 1999-09-02
Anticipated expiration: 2019-02-05
Also published as: GB2334085A; AU1542499A; GB9902623D0; BR9904631B1; DE19964549B4; DE19904526B4; US6148637A; BR9904631A; FR2774752B1; JPH11264657A; AU741159B2; FR2774752A1; GB2334085B; CZ40899A3

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftdestillationsanlage, um fassend zumindest eine Mitteldrucksäule, eine Niederdruck säule und einen Verdampfer-Kondensator, wobei die Mittel drucksäule mit einer Leitung zur Zufuhr von zu destillieren der Luft verbunden ist und der Verdampfer-Kondensator den Wärmeaustausch zwischen den Fluiden aus dem Kopf der Mittel drucksäule und denen aus dem Sumpf der Niederdrucksäule ermöglicht.

Die Erfindung betrifft insbesondere Luftdestillationsanlagen mit Destillationssäulen, die eine strukturierte Befüllung haben, z. B. eine vom "kreuzgewellten" Typ.

Eine solche strukturierte Befüllung hat gegenüber herkömm lichen Destillationsböden hinsichtlich des Druckverlust es einen beträchtlichen Vorteil und erlaubt daher erhebliche Einsparungen beim Betrieb von Luftdestillationsanlagen.

Hingegen ist eine Destillationssäule mit strukturierter Befüllung bei gleicher theoretischer Anzahl an Böden wesent lich höher als eine Säule mit Böden.

Die große Höhe (z. B. etwa 60 m) der Destillationsdoppel säulen mit strukturierter Befüllung wirft zahlreiche Proble me auf.

Einerseits ist es schwierig, wenn nicht gar unmöglich, diese Säulen werkseitig betriebsfertig zusammenzusetzen und zum Standort der Anlage zu bringen.

Andererseits müssen zum Aufstellen der Doppelsäulen am Standort schwere Hebevorrichtungen eingesetzt und für das Personal spezielle Sicherheitsvorkehrungen, insbesondere wegen der beträchtlichen Arbeitshöhen, getroffen werden.

Zudem sind teuer zu installierende Mittel erforderlich, damit die aufgestellten, von Wärmedämmwänden umgebenen Dop pelsäulen Wind und Erdbeben standhalten.

Schließlich werfen die Abmessungen der aufgestellten Doppel säulen Probleme durch ungleichmäßige thermische Dehnung bei Sonneneinstrahlung auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Probleme zu lösen und insbesondere eine Anlage der einleitend genannten Gattung bereit zustellen, die billiger und leichter zu er richten ist.

Die Erfindung hat eine Luftdestillationsanlage der einlei tend genannten Gattung zum Gegenstand, die zumindest zwei nebeneinander angeordnete Einheiten, nämlich eine erste, die Mitteldrucksäule umfassende Einheit und eine zweite, die Niederdrucksäule umfassende Einheit, und mindestens ein Mittel zur Aufwärtsbewegung von Flüssigkeit umfaßt, um einen Flüssigkeitsstrom zwischen einer der Säulen und dem Ver dampfer-Kondensator zu erzeugen.

Nach besonderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Anlage mindestens eines der folgenden Merkmale aufweisen:

- mindestens eine der Säulen ist mit einer inneren strukturierten Befüllung versehen;
- die Mitteldrucksäule und die Niederdrucksäule sind jeweils aus einem einzigen Abschnitt hergestellt;
- die Anlage umfaßt eine dritte Einheit, die eine Wärme austauschleitung zur Kühlung der zu destillierenden Luft umfaßt, und die drei Einheiten sind nebeneinander angeordnet;
- der untere Bereich des Verdampfer-Kondensators ist im wesentlichen auf der gleichen Höhe wie das obere Ende der Mitteldrucksäule angeordnet und das Mittel zum Aufwärtsfördern von Flüssigkeit umfaßt ein Mittel, um flüssigen Sauerstoff aus dem Sumpf der Nieder drucksäule zu dem Verdampfer-Kondensator zu leiten;
- der Verdampfer-Kondensator gehört zur ersten Einheit und liegt auf der Mitteldrucksäule;
- der Verdampfer-Kondensator liegt auf der Wärmeaus tauschleitung;
- der Verdampfer-Kondensator ist im wesentlichen auf der gleichen Höhe wie der Sumpf der Niederdrucksäule an geordnet und die Mittel zum Aufwärtsfördern von Flüs sigkeit umfassen ein Mittel, um flüssigen Stickstoff aus dem Verdampfer-Kondensator zu dem Kopf der Nieder drucksäule zu leiten;
- der Verdampfer-Kondensator gehört zur zweiten Einheit und die Niederdrucksäule liegt auf dem Verdampfer-Kon densator;
- der Verdampfer-Kondensator ist unterhalb der Wärmeaus tauschleitung angeordnet;
- der Verdampfer-Kondensator gehört zur dritten Einheit und die dritte Einheit ist von einer Wärmedämmwand umgeben, die zumindest dem Verdampfer-Kondensator und der Wärmeaustauschleitung gemeinsam zugeordnet ist;
- die Wärmeaustauschleitung und der Verdampfer-Kondensa tor sind von getrennten Wärmedämmwänden umgeben;
- der Verdampfer-Kondensator ist ein Verdampfer-Konden sator des Flüssigsauerstoffrieseltyps;
- die dritte Einheit ist nahe an der zweiten Einheit angeordnet, um die Druckverluste zwischen der Wärme austauschleitung und der Niederdrucksäule in den Lei tungen, die diese verbinden, zu begrenzen;
- die Zentren der ersten, der zweiten und der dritten Einheit bilden von oben gesehen im wesentlichen ein Dreieck oder ein L oder liegen nahezu auf einer Geraden;
- jede der Einheiten ist von einer eigenen Wärmedämmwand umgeben, so daß jeweils eine separate Kältebox ent steht;
- mindestens zwei der Einheiten sind von einer gemeinsa men Wärmedämmwand umgeben und die verbleibende Einheit ist von einer eigenen Wärmedämmwand umgeben, so daß zwei Kälteboxen entstehen;
- die erste und die zweite Einheit sind von einer ge meinsamen Wärmedämmwand umgeben;
- die drei Einheiten sind von einer gemeinsamen Wärme dämmwand umgeben, so daß eine einzige Kältebox ent steht;
- die Anlage umfaßt eine vierte Einheit, die eine Argon produktionssäule umfaßt, und diese vierte Einheit ist neben den anderen Einheiten angeordnet, insbesondere nahe an der zweiten Einheit, um die Druckverluste zwi schen der Argonproduktionssäule und der Niederdruck säule in den Leitungen, die diese verbinden, zu be grenzen;
- die vierte Einheit ist von einer eigenen Wärmedämmwand umgeben, so daß eine separate Kältebox entsteht;
- die Argonproduktionssäule besteht aus mindestens zwei Abschnitten, die beide von der Wärmedämmwand umgeben sind;
- die Argonproduktionssäule besteht aus mindestens zwei Abschnitten, die nebeneinander angeordnet sind und je weils von einer eigenen Wärmedämmwand umgeben sind, so daß ebensoviele separate Kälteboxen entstehen;
- die Anlage umfaßt zudem eine fünfte Einheit, die eine Säule zum Mischen eines Gases und einer Flüssigkeit umfaßt, und diese fünfte Einheit ist neben den anderen Einheiten, insbesondere nahe der dritten Einheit, an geordnet, um die Druckverluste zwischen der Mischsäule und der Wärmeaustauschleitung in den Leitungen, die diese verbinden, zu begrenzen;
- die fünfte Einheit ist von einer eigenen Wärmedämmwand umgeben, so daß eine separate Kältebox entsteht;
- jede der Einheiten hat eine Höhe von ungefähr 30 m oder weniger; und
- die Anlage umfaßt mindestens zwei Einheiten, die über ein unter einem nahe dem Niederdruck liegenden Druck stehendes Rohrleitungssystem verbunden sind, und diese Einheiten liegen nahe beieinander, um die Druckver luste in dieser oder diesen Leitungen zu begrenzen.

Des weiteren hat die Erfindung eine Kältebox zum Gegenstand, umfassend zumindest eine Konstruktion zur Aufnahme eines kryogenen Fluids und zumindest eine Wärmedämmwand, die diese Konstruktion umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kälte box eine Kältebox zum Bau einer Anlage nach obiger Defini tion ist.

Die Kältebox kann mindestens eines der folgenden Merkmale aufweisen:

- sie hat eine Höhe von ungefähr 30 m oder weniger; und
- sie ist vorgefertigt und zum Transport zur Baustelle einer Luftdestillationsanlage bestimmt.

Ausführungsbeispiele nach der Erfindung sind in der Zeich nung schematisch vereinfacht dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Luftdestillationsanlage nach der Er findung;

Fig. 2A eine Aufsicht auf die Anlage nach Fig. 1;

Fig. 2B bis 2E Aufsichten alternativer Ausführungsformen der Anlage nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht einer zweiten Luftdestilla tionsanlage nach der Erfindung;

Fig. 4A eine Aufsicht auf die Anlage nach Fig. 3;

Fig. 4B und 4C Aufsichten alternativer Ausführungsformen der Anlage nach Fig. 3;

Fig. 4D eine Aufsicht der Anlage nach Fig. 4C;

Fig. 5A bis 5C Aufsichten einer dritten Ausführungsform einer Luftdestillationsanlage nach der Er findung und Abwandlungen dieser Anlage;

Fig. 6A bis 6C und 7 Aufsichten auf drei Alternativen einer vier ten Ausführungsform und eine fünfte Ausfüh rungsform einer Luftdestillationsanlage nach der Erfindung; und

Fig. 8 und 9 Aufsichten einer sechsten und einer siebten Ausführungsform einer Luftdestillationsan lage nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Luftdestillationsanlage 1, die im wesent lichen eine Mitteldrucksäule 2, eine Niederdrucksäule 3, einen Verdampfer-Kondensator 4, eine Hauptwärmeaustauschlei tung 5, eine Pumpe 6, eine Vorrichtung 7 zur Reinigung von Luft mittels Adsorption und einen Hauptluftverdichter 8 umfaßt.

Die Säulen 2 und 3 haben eine strukturierte, z. B. kreuzgewellte Befüllung und bestehen jeweils aus einem einzigen Abschnitt oder Schuß. Ein Beispiel einer Befüllung ist in der US -A-5 262 095 beschrieben.

Der Verdampfer-Kondensator 4, der den Wärmeaustausch zwi schen den Fluiden aus dem Kopf der Säule 2 und denen aus dem Sumpf der Säule 3 in eine Wärmeaustauschbeziehung ermög licht, wie unten beschrieben, arbeitet mit rieselndem Flüs sigsauerstoff.

Der Verdampfer-Kondensator 4 umfaßt wie übliche einen Wärme austauscher, der aus mehreren parallelen Platten besteht, zwischen denen Kanäle mit planarem Querschnitt liegen, die gewellte Abstandshalter enthalten, deren Erzeugenden über über den größten Teil der Höhe der Kanäle vertikal verlau fen.

Einige der Kanäle des Austauschers dienen zur Zirkulation gasförmigen Stickstoffs aus dem Kopf der Mitteldrucksäule 2. Während der gasförmige Stickstoff die Kanäle durchströmt, kondensiert er. In anderen Kanäle tröpfelt flüssiger Sauer stoff aus dem Sumpf der Niederdrucksäule 3 abwärts und ver dampft durch indirekten Wärmeaustausch mit dem kondensieren den, gasförmigen Stickstoff aus dem Kopf der Mitteldruck säule 2. Das Tröpfeln des flüssigen Sauerstoffs erfolgt so, daß aus dem Verdampfer-Kondensator 4 ein Überschuß an flüs sigem Sauerstoff an einem unteren Auslaß 9 gewonnen wird.

Die sehr schematisch dargestellte Hauptwärmeaustauschleitung 5 umfaßt wie üblich eine Anzahl an Wärmeaustauschern, die in Reihe und/oder parallel angeordnet sind.

Die Anlage 1 umfaßt drei Einheiten, die nebeneinander ange ordnet sind (Fig. 2A), nämlich eine erste Einheit 10, die die Mitteldrucksäule 2 und den über dieser Säule befindli chen Verdampfer-Kondensator 4 umfaßt, eine zweite Einheit 11, die die Niederdrucksäule 3 und die Pumpe 6 umfaßt, und eine dritte Einheit 12, die die Hauptwärmeaustauschleitung 5 umfaßt.

Die drei Einheiten 10, 11 und 12 sind jeweils von einer eigenen Wärmedämmwand 13, 14, 15 umgeben und bilden so drei getrennte Kälteboxen, die jeweils von einer der Wände 13, 14, 15 umgeben sind und ebendiese Bezugsziffern haben.

Die dritte Einheit 12 liegt zwischen den ersten zwei Ein heiten 10 und 11. Die Mitten oder Zentren der drei Einheiten 10, 11 und 12, die in Fig. 2A mit Kreuzen gekennzeichnet sind, liegen im wesentlichen auf einer Geraden.

Im Betrieb wird über eine Leitung 17 eingeleitete, gasför mige Luft mittels des Verdichters 8 auf einen mittleren Druck verdichtet und dann, während sie die Apparatur 7 durchströmt, von Wasser und CO₂ gereinigt. Die gereinigte Luft wird dann, während sie die Wärmeaustauschleitung 5 durchströmt, stark abgekühlt und dann, nahe an ihrem Tau punkt, in den Sumpfbereich der Mitteldrucksäule 2 eingelei tet.

Über eine Leitung 18 wird gasförmiger Stickstoff aus dem Kopf der Mitteldrucksäule 2 zu einem oberen Einlaß des Verdampfer-Kondensators 4 gefördert. Über eine Leitung 19 wird der kondensierte Stickstoff von einem unteren Auslaß des Verdampfer-Kondensators 4 in den Kopf der Mitteldruck säule 2 zurückgeleitet. Der zu verdampfende, flüssige Sauer stoff wird aus dem Sumpf der Niederdrucksäule 3 abgezogen und über eine mit der Pumpe 6 ausgestattete Leitung 20 zu einem oberen Einlaß des Verdampfer-Kondensators 4 geleitet. Der Großteil des gepumpten Sauerstoffs wird verdampft und dann über eine Leitung 21 in den Sumpf der Niederdrucksäule 3 zurückgeleitet.

Der nach dem Herabrieseln überschüssige flüssige Sauerstoff wird über eine am Auslaß 9 angeschlossene Leitung 22 in den Sumpf der Niederdrucksäule 3 zurückgeleitet.

"Reiche Flüssigkeit" LR (sauerstoffangereicherte Luft) wird aus dem Sumpf der Mitteldrucksäule 2, nach Entspannung mittels eines Druckminderventils 23, auf einer mittleren Höhe in die Niederdrucksäule 3 geleitet.

"Arme Flüssigkeit" LP (im wesentlichen reiner Stickstoff) wird aus dem Kopf der Mitteldrucksäule 2 nach Entspannung in einem Druckminderventil 24 in den Kopf der Niederdrucksäule 3 eingeleitet.

Roh- oder "Rest"-Stickstoff NR, der über eine Leitung 25 aus dem Kopf der Niederdrucksäule 3 abgezogen wird, wird in der Wärmeaustauschleitung 5 durch indirekten, gegenstromartigen Wärmeaustausch mit der zu destillierenden, die Leitung 5 durchströmenden Luft angewärmt. Das Gas RN wird, nachdem es ggfs. einen der zwei Adsorber der Apparatur 7 regeneriert hat, über eine Leitung 26 abgezogen.

Gasförmiger Sauerstoff OG, der aus dem Sumpf der Nieder drucksäule 3 über eine Leitung 27 abgezogen wird, wird, während er die Wärmeaustauschleitung 5 durchströmt, durch indirekten, gegenstromartigen Wärmeaustausch mit der zu destillierenden, die Leitung 5 durchströmenden Luft ange wärmt und dann über eine Produktionsleitung 28 abgegeben.

Die Anlage 1 ist wirtschaftlicher und leichter zu bauen als die einleitend beschriebenen Anlagen nach dem Stand der Technik.

Dies liegt an den drei Kälteboxen 13, 14 und 15, die eine Höhe von weniger als 30 m aufweisen und jeweils vertikale und horizontale Abmessungen haben, die kleiner als die einer Kältebox sind, die, jeweils übereinander angeordnet, die Säulen 2 und 3 und den Verdampfer-Kondensator 4, d. h. eine herkömmliche Doppelsäule, zusammen mit der Austauschleitung 5 enthält.

So kann jede der Kälteboxen 13 bis 15 im Werk vorgefertigt und dann an den Standort transportiert werden, wo nur noch eine begrenzte Anzahl der Arbeitsschritte zur Fertigstellung der Anlage 1 notwendig ist.

Wegen der geringen Abmessungen genügen kleinere Hebevor richtungen zur Installation vor Ort. Außerdem können die zu ergreifenden Maßnahmen zur Sicherung des Personals während des Errichtens und zur Sicherung der vor Ort installierten Kälteboxen gegen Wind, Erdbeben und Sonnenstrahlung verrin gert werden.

Schließlich ermöglicht die Anordnung der zweiten Einheit 11 nahe an der dritten Einheit 12 die Druckverluste in den die Säule 3 mit der Leitung 5 verbindenden Niederdruckleitungen 25 und 27 und damit den Verdichtungsbedarf zu verringern und daher die Betriebskosten der Anlage 1 zu optimieren.

Wie in den Fig. 2B bis 2E dargestellt, sind andere Anord nungen der Einheiten 10, 11 und 12 möglich. Diese haben je weils die gleichen Vorteile wie die Anordnung nach Fig. 2A und hängen von dem verfügbaren Platz an dem Produktions standort ab.

In Fig. 2B sind die drei Einheiten 10, 11 und 12 so ange ordnet, daß ihre Zentren im wesentlichen auf einer Geraden liegen, wobei die Einheit 11 zwischen den Einheiten 10 und 12 liegt.

In den Fig. 2C und 2D sind die Einheiten 10, 11 und 12 so angeordnet, daß ihre Zentren im wesentlichen ein L bilden. In Fig. 2C liegt die Einheit 12 zwischen den Einheiten 10 und 11 und in Fig. 2D liegt die Einheit 11 zwischen den Einheiten 10 und 12.

In Fig. 2E sind die Einheiten 10, 11 und 12 so angeordnet, daß ihre Zentren im wesentlichen ein gleichseitiges Dreieck aufspannen.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Luftdestil lationsanlage 1 nach der Erfindung. Diese unterscheidet sich von der nach Fig. 1 wie folgt.

Der Verdampfer-Kondensator 4 gehört hier zu der dritten Einheit 12 und ist oberhalb der Wärmeaustauschleitung 5 angeordnet. Der untere Teil des Verdampfer-Kondensator 4 ist mehr oder weniger auf derselben Höhe wie das obere Ende (in Fig. 3 oben) der Mitteldrucksäule 2 angeordnet.

Eine gemeinsame Wärmedämmwand 30 umgibt die zweite Einheit 11 und die dritte Einheit 12, und bildet dabei eine erste Kältebox, die von der Wand 30 begrenzt ist und ebendiese Bezugsziffer hat. Die Anlage 1 umfaßt also zwei Kälteboxen 13 und 30 und ermöglicht Einsparungen bei den Wärmedämm wänden.

Eine gute Wärmedämmung zwischen dem heißen Ende der Wärme austauschleitung 5 und dem unteren Teil des Verdampfer- Kondensators 5 wird z. B. durch zwischen diesen beiden lie gende Luft und/oder Perlit erreicht.

Wie in Fig. 4A gezeigt, liegen die Zentren der Einheiten 10, 11 und 12 im wesentlichen auf einer Geraden, und zwar in der gleichen Reihenfolge wie in Fig. 2A. Der Verdampfer- Kondensator 4 ist in Fig. 4A nicht dargestellt.

Andere Anordnungen der Einheiten 10, 11 und 12 relativ zueinander sind möglich, wie beispielhaft in Fig. 4B darge stellt. Dort bilden die Zentren der Einheiten 10, 11 und 12 im wesentlichen ein L.

Bei einer anderen, in den Fig. 4C und 4D dargestellten Ausführungsform sind die erste und die zweite Einheit 10 und 11 von einer gemeinsamen Wärmedämmwand 31 zur Bildung einer einzigen Kältebox, die ebendiese Bezugsziffer hat, umgeben.

Der in Fig. 4C nicht dargestellte Verdampfer-Kondensator 4 ist ähnlich wie in den vorstehenden Beispielen oberhalb der Wärmeaustauschleitung 5 angeordnet, ist aber nicht Bestand teil der dritten Einheit 12.

Die dritte Einheit 12, die die Wärmeaustauschleitung 5 umfaßt, ist von einer eigenen Wärmedämmwand 15 zur Bildung einer separaten Kältebox, die ebendiese Bezugsziffer hat, umgeben. Der Verdampfer-Kondensator 4 ist von einer separa ten Wärmedämmwand 15' zur Bildung einer separaten Kältebox umgeben, die eben diese Bezugsziffer hat und die an der Kältebox 15 befestigt ist. Die drei Einheiten 10, 11 und 12 sind so angeordnet, daß ihre Zentren auf einer Geraden liegen, wobei die zweite Einheit 11 nahe an der dritten Einheit 12 und zwischen den Einheiten 10 und 12 liegt.

Diese alternative Ausführungsform ermöglicht es, mehrere Kälteboxen 15 und 15', die jeweils die Wärmeaustauscher umfassen, und eine Kältebox 31, die Säulen 2 und 3 umfaßt, getrennt herzustellen.

Fig. 5A bis 5C zeigen eine dritte Ausführungsform einer Luftdestillationsanlage 1 nach der Erfindung. Diese Anlage unterscheidet sich wie folgt von der nach Fig. 1. Die Ein heiten 10, 11 und 12 sind von einer gemeinsamen Wärmedämm wand 32 umgeben, so daß eine einzige Kältebox entsteht, die von der Wand 32 begrenzt ist und ebendiese Bezugsziffer hat. Wie bei der Anlage 1 nach den Fig. 1 bis 2E kann die An ordnung der Einheiten 10, 11 und 12 relativ zueinander vari ieren. So können, wie beispielhaft in den Fig. 5A bis 5C dargestellt, die Einheiten 10, 11 und 12 so angeordnet sein, daß ihre Zentren im wesentlichen ein L, ein gleichseitiges Dreieck oder eine Gerade bilden.

Selbstverständlich kann die Anlage weitere Bestandteile umfassen, die ggfs. in den bestehenden Kältebox(en) enthal ten sein können, z. B. Destillationssäulen, die aus einem oder mehreren Abschnitten bestehen und z. B. Argon mitprodu zieren, Lagertanks oder eine Säule zum Mischen eines Gases und einer Flüssigkeit, einen externen Verdampfer-Kondensa tor, eine sog. "Etienne"-Säule, die z. B. in der US-A-2 699 046 beschrieben ist, eine Säule zur Produktion von wirklich reinem Argon mittels Destillation, usw.

Fig. 6A zeigt eine Luftdestillationsanlage 1, die der nach Fig. 2E ähnelt und zudem eine vierte Einheit 33 umfaßt, die im wesentlichen eine Säule 34 zur Produktion von Rohargon enthält.

Die vierte Einheit 33 ist von einer eigenen Wärmedämmwand 35 zur Bildung einer separaten Kältebox umgeben, die ebendiese Bezugsziffer hat und eine Höhe von weniger als 30 m auf weist.

Die vierte Einheit 33 liegt nahe an der zweiten Einheit 11, um die Druckverluste in den (nichtdargestellten) Leitungen zu begrenzen, die wie üblich die Säule 34 mit der Nieder drucksäule 3 verbinden.

Fig. 6B zeigt eine alternative Ausführungsform der Anlage 1 nach Fig. 6A. Diese Anlage unterscheidet sich von letzte rer darin, daß die Säule 34 aus zwei nebeneinander angeord neten Abschnitten besteht, nämlich einem ersten Abschnitt 36, der mit einem ternären Gemisch (Ar, N₂ und O₂), das aus der Niederdrucksäule 3 stammt, versorgt wird, und einem zweiten Abschnitt 37, dessen Sumpf mit dem Kopf des ersten Abschnitts 36 verbunden ist. Eine solche Ausführungsform aus zwei Abschnitten ist in der EP-A-628 277 beschrieben.

Die zwei Abschnitte 36 und 37 sind jeweils von einer eigenen Wärmedämmwand 38, 39 zur Bildung von zwei getrennten Kälte boxen umgeben, die eben diese Bezugsziffern haben und eine Höhe von weniger als 30 m aufweisen.

Die Kälteboxen 13, 14, 38 und 39 sind so angeordnet, daß ihre Zentren im wesentlichen ein Quadrat aufspannen, wobei die Kältebox 38 nahe an der Kältebox 14 angeordnet ist. So werden die Druckverluste in den Leitungen, die die Nieder drucksäule 3 mit dem ersten Abschnitt 26 der Säule 34 ver binden, verringert.

Fig. 6C zeigt eine weitere alternative Ausführungsform der Anlage 1 nach Fig. 6A, die sich von der nach Fig. 6B darin unterscheidet, daß die zwei Abschnitte 36 und 37 der Argon produktionssäule 34 von einer gemeinsamen Wärmedämmwand 35 zur Bildung einer Kältebox, die ebendiese Bezugsziffer hat und weniger als 30 m Höhe aufweist, umgeben sind.

Fig. 7 zeigt eine fünfte Ausführungsform einer Luftdestil lationsanlage 1 nach der Erfindung, die sich von der nach Fig. 6A darin unterscheidet, daß sie eine fünfte Einheit 41 umfaßt, die eine Säule 42 zur Mischung einer Flüssigkeit und eines Gases aufweist.

Eine Mischsäule ist eine kryogene Konstruktion zum Zurück halten von Fluid zur Mischung eines Gases und einer Flüssig keit, z. B. von gasförmiger Luft und flüssigem Sauerstoff unter mittlerem Druck, wie in der FR-B-2 143 986 beschrie ben.

Die Zentren der Einheiten 10, 11, 41 und 12 spannen im wesentlichen einen Rhombus auf.

Die fünfte Einheit 41 liegt neben den Einheiten 10, 11, 12 und 33 und nahe an der dritten Einheit 12.

Die Druckverluste in den Leitungen, die wie üblich die Wärmeaustauschleitung 5 und die Mischsäule 41 zur Herstel lung von Rohsauerstoff funktionsmäßig verbinden, verringern sich dadurch.

Selbstverständlich sind andere Anordnungen der Einheiten der vierten und der fünften Ausführungsform relativ zueinander möglich, die ebenfalls die Druckverluste, insbesondere in den Niederdruckleitungen, z. B. ausgehend von den in den Fig. 2A bis 2E, 4A bis 4C und 5A bis 5C dargestellten Anordnungen, begrenzen.

Fig. 8 zeigt schematisch eine sechste Ausführungsform einer Luftdestillationsanlage 1. Diese unterscheidet sich von der nach Fig. 3 wie folgt.

Der Verdampfer-Kondensator 4 ist ein Verdampfer-Kondensator mit Bad, der unterhalb der Wärmeaustauschleitung 5 angeord net ist, und zwar etwa auf derselben Höhe wie der Sumpf der Niederdrucksäule 3.

Der Zufuhr von flüssigem Sauerstoff aus dem Sumpf der Nie derdrucksäule 3 zu dem Verdampfer-Kondensator 4 erfolgt hy drostatisch. Eine Pumpe in der Leitung 20 ist nicht erfor derlich.

Hingegen liegt in der Leitung 19 eine Pumpe, um den flüssi gen Stickstoff aus dem unteren Teil des Verdampfer-Kondensa tors zu dem Kopf der Mitteldrucksäule 2 zu heben.

Fig. 9 zeigt eine siebte Ausführungsform einer Luftdestil lationsanlage 1, die sich von der nach Fig. 8 wie folgt unterscheidet.

Der Verdampfer-Kondensator 4 gehört zur zweiten Einheit 11 und die Niederdrucksäule 2 liegt auf dem Verdampfer-Kon densator 4.

Bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind die Mitteldrucke höher als die Niederdrucke.

Die Betriebsdrucke der Mitteldrucksäule 2 und der Nieder drucksäule 3 liegen typisch zwischen ungefähr 5 und 7 Bar bzw. zwischen ungefähr 1 und 2 Bar. Sie können aber auch außerhalb dieser Bereiche liegen und ungefähr 15 bzw. unge fähr 5 Bar annehmen.

Bezugszeichenliste

Air Luft
LP arme Flüssigkeit
LR reiche Flüssigkeit
NG gasförmiger Stickstoff
NL flüssiger Stickstoff
NR Rohstickstoff
OG gasförmiger Sauerstoff
OL flüssiger Sauerstoff

Claims

1. Luftdestillationsanlage (1), umfassend zumindest eine Mitteldrucksäule (2), eine Niederdrucksäule (3) und zumindest einen Verdampfer-Kondensator (4), wobei die Mitteldrucksäule (2) mit zumindest einer Leitung (17) zur Zufuhr von zu destillierender Luft verbunden ist und der Verdampfer-Kondensator (4) den Wärmeaustausch zwischen den Fluiden aus dem Kopf der Mitteldrucksäule (2) und denen aus dem Sumpf der Niederdrucksäule (3) ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage (1) zumindest zwei nebeneinander angeordnete Einheiten (10, 11) umfaßt, nämlich eine erste Einheit (10), die die Mitteldrucksäule (2) umfaßt, und eine zweite Ein heit (11), die die Niederdrucksäule (3) umfaßt, und daß die Anlage (1) zumindest ein Mittel (6; 45) zum Aufwärtsfördern von Flüssigkeit umfaßt, um einen Flüs sigkeitsstrom zwischen einer der Säulen (3; 2) und dem Verdampfer-Kondensator (4) zu erzeugen.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Säulen (2, 3) mit einer struktu rierten inneren Befüllung versehen ist.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitteldrucksäule (2) und die Niederdrucksäule (3) jeweils aus einem einzigen Abschnitt hergestellt sind.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Anlage eine dritte Einheit (12) umfaßt, die eine Wärmeaustauschleitung (5) zur Kühlung der zu destillierenden Luft umfaßt, und daß die drei Einheiten (10, 11, 12) nebeneinander angeordnet sind.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß der untere Teil des Verdampfer-Kon densators (4) mehr oder weniger auf derselben Höhe wie das obere Ende der Mitteldrucksäule (2) liegt und daß das Mittel zum Aufwärtsfördern von Flüssigkeit ein Mittel (6) umfaßt, um flüssigen Sauerstoff aus dem Sumpf der Niederdrucksäule (3) zu dem Verdampfer-Kon densator (4) zu leiten.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer-Kondensator (4) zu der ersten Einheit (10) gehört und auf der Mitteldrucksäule (2) liegt.

7. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer-Kondensator (4) oberhalb der Wärmeaus tauschleitung (5) liegt.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß der Verdampfer-Kondensator (4) mehr oder weniger auf derselben Höhe wie der Sumpf der Nie derdrucksäule (3) liegt und daß das Mittel zum Auf wärtsfördern von Flüssigkeit ein Mittel (45) umfaßt, um flüssigen Stickstoff aus dem Verdampfer-Kondensator (4) zu dem Kopf der Mitteldrucksäule (2) zu leiten.

9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer-Kondensator (4) zu der zweiten Einheit (11) gehört und daß die Niederdrucksäule (3) auf dem Verdampfer-Kondensator (4) liegt.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 5, 7, 8 und 10, da durch gekennzeichnet, daß der Verdampfer-Kondensator (4) zu der dritten Einheit (12) gehört und daß die dritte Einheit (12) von einer Wärmedämmwand (30) umge ben ist, die zumindest dem Verdampfer-Kondensator (4) und der Wärmeaustauschleitung (5) gemeinsam zugeordnet ist.

11. Anlage nach einem der Ansprüche 5, 7, 8 und 10, da durch gekennzeichnet, daß der Verdampfer-Kondensator (4) zur dritten Einheit (12) gehört und die dritte Einheit (12) von einer Wärmedämmwand (30) umgeben ist, die zumindest dem Verdampfer-Kondensator (4) und der Wärmeaustauschleitung (5) gemeinsam zugeordnet ist.

12. Anlage nach einem der Ansprüche 5, 7, 8 und 10, da durch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschleitung (5) und der Verdampfer-Kondensator (4) von getrennten Wärmedämmwänden (15, 15') umgeben sind.

13. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge kennzeichnet, daß der Verdampfer-Kondensator (4) ein Verdampfer-Kondensator mit rieselndem Flüssigsauer stoff.

14. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge kennzeichnet, daß die dritte Einheit (12) nahe an der zweiten Einheit (11) angeordnet ist, um die Druckver luste zwischen der Wärmeaustauschleitung (5) und der Niederdrucksäule (3) in den diese verbindenden Leitun gen (25, 27) zu begrenzen.

15. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentren der ersten (1), der zweiten (11) und der dritten (12) Einheit, von oben gesehen, im wesentli chen ein Dreieck oder ein L aufspannen oder im wesent lichen auf einer Geraden liegen.

16. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge kennzeichnet, daß jede der Einheiten (10, 11, 12) von einer eigenen Wärmedämmwand (13, 14, 15) umgeben ist, so daß jeweils eine separate Kältebox entsteht.

17. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge kennzeichnet, daß zumindest zwei (11, 12; 10, 11) der Einheiten (10, 11, 12) von einer gemeinsamen Wärme dämmwand (30; 31) umgeben sind und die verbleibende Einheit (10; 12) von einer eigenen Wärmedämmwand (13) umgeben ist, so daß zwei Kälteboxen entstehen.

18. Anlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (10) und die zweite (11) Einheit von einer gemeinsamen Wärmedämmwand (31) umgeben sind.

19. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge kennzeichnet, daß die drei Einheiten (10, 11, 12) von einer gemeinsamen Wärmedämmwand (32) umgeben sind, so daß eine einzige Kältebox entsteht.

20. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch ge kennzeichnet, daß sie eine vierte Einheit (33) umfaßt, die eine Argonproduktionssäule (34) aufweist, und daß die vierte Einheit (33) neben den anderen Einheiten (10, 11, 12) angeordnet ist, insbesondere nahe der zweiten Einheit (11), um die Druckverluste zwischen der Argonproduktionssäule (34) und der Niederdruck säule (3) in den Leitungen, die diese verbinden, zu begrenzen.

21. Anlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Einheit (33) von einer eigenen Wärmedämm wand (35) umgeben ist, so daß eine getrennte Kältebox (35) entsteht.

22. Anlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Argonproduktionssäule (34) aus zumindest zwei Ab schnitten (36, 37) hergestellt ist, die beide von der Wärmedämmwand (35) umgeben sind.

23. Anlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Argonproduktionssäule (34) aus zumindest zwei Ab schnitten (36, 37) besteht, die nebeneinander angeord net sind und jeweils von einer eigenen Wärmedämmwand (38, 39) umgeben sind, so daß ebensoviele getrennte Kälteboxen entstehen.

24. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 23, in Kombina tion mit Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine fünfte Einheit (41) umfaßt, die eine Säule 42 zur Mischung eines Gases und einer Flüssigkeit umfaßt, und daß die fünfte Einheit (41) neben den anderen Einhei ten (10, 11, 12, 33) angeordnet ist, insbesondere nahe der dritten Einheit (12), um die Druckverluste zwi schen der Mischsäule (42) und der Wärmeaustauschlei tung (5) in den Leitungen, die diese verbinden, zu begrenzen.

25. Anlage nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die fünfte Einheit (41) von einer eigenen Wärmedämm wand (43) umgeben ist, so daß eine getrennte Kältebox (43) entsteht.

26. Anlage nach eine der Ansprüche 1 bis 25, dadurch ge kennzeichnet, daß jede der Einheiten (10, 11, 12, 33, 41) eine Höhe von ungefähr 30 m oder weniger aufweist.

27. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 26, umfassend zumindest zwei Einheiten (11, 12, 33), die über zumin dest eine Leitung verbunden sind, die unter einem nahe am Niederdruck liegenden Druck steht, dadurch gekenn zeichnet, daß diese Einheiten in enger Nachbarschaft angeordnet sind, um die Druckverluste in dieser oder diesen Leitungen zu begrenzen.

28. Kältebox (13 bis 15, 30 bis 32, 35, 38, 39, 43), um fassend zumindest eine Konstruktion (2 bis 5, 34, 36, 37, 42) zur Aufnahme eines kryogenen Fluids und zumin dest eine Wärmedämmwand, die diese Konstruktion um gibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kältebox eine Kältebox zur Konstruktion einer Anlage nach einem der Ansprüche 16 bis 19, 21 bis 23 und 25 ist.

29. Kältebox nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Höhe von ungefähr 30 m oder weniger aufweist.

30. Kältebox nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekenn zeichnet, daß sie in der Werkstatt gebaut ist und zu einem Ort transportierbar ist, an dem eine Luftdestil lationsanlage zusammengesetzt wird.