DE2164795A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Luftzerlegung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Luftzerlegung

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DE2164795A1
DE2164795A1 DE19712164795 DE2164795A DE2164795A1 DE 2164795 A1 DE2164795 A1 DE 2164795A1 DE 19712164795 DE19712164795 DE 19712164795 DE 2164795 A DE2164795 A DE 2164795A DE 2164795 A1 DE2164795 A1 DE 2164795A1
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Description

PATENTANWALT DIPL.-INQ. QERHARD SCHWAN 2164795 8 MÖNCHEN 80 · QOERZER STRASSE 15 Λ ,__,
27. Dez. 1974
L-8276-G
UNION CARBIDE CORPORATION 270 Park Avenue, New York, N.Y. 1ΟΟ17, V.St.A.
Verfahren und Vorrichtung zur Luftzerlegung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zerlegen von Luft in Sauerstoff und Stickstoff durch Tieftemperaturrektifikation.
Bei einer häufig verwendeten Anlage zur Luftzerlegung durch Tieftemperaturrektifikation ist eine unter höherem Druck arbeitende Säule vorgesehen, deren oberes Ende mit dem unteren Ende einer unter niedrigerem Druck arbeitenden Rektifikationssäule in Wärmeaustauschbeziehung steht. Verdichtete Kaltluft wird in der unter höherem Druck arbeitenden Säule in eine mit Sauerstoff angereicherte und eine mit Stickstoff angereicherte Flüssigkeit getrennt. Diese Flüssigkeiten werden in die unter niedrigerem Druck arbeitende Säule überführt und dort in Stickstoff- und Sauerstoffprodukte zerlegt. Diese Anordnung hat unter anderem den Nachteil, daß der Druck in der mit niedrigerem Druck arbeitenden Säule für gewöhnlich nur geringfügig über dem Atmosphärendruck liegt, z. B. 1,76 ata beträgt, so daß die aus dieser Säule abgegebenen Produkte im allgemeinen vor der Speicherung und/oder dem Endverbrauch komprimiert werden müssen. Dies erfordert eine sehr kostspielige Verdichtungsanlage für das saubere Produkt, die zusätzlich zu der gesonderten
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FERNSPRECHER 0111/40 1011 · KABEL: ELECTRICPATENT MÖNCHEN
Verdichtungsanlage für die Einsatzluft vorgesehen sein muß. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das Verhältnis der Drücke in den unter höherem und niedrigerem Druck arbeitenden Säulen (und in den Wärmeaustauschern, denen die aus diesen Säulen abströmenden Medien zugeleitet werden) recht hoch ist, beispielsweise 3,6 (bezogen auf einei Temperaturdifferenz von 3 K) beträgt, wenn der Druck in der unter höherem Druck arbeitenden Säule bei 6,33 ata liegt. Das bedeutet, daß innerhalb der Anlage in erheblichem Umfang Energie bei den unvermeidlichen Drosselprozessen zwischen den mit höherem bzw. mit niedrigerem Druck arbeitenden Säulen verlorengeht. Ferner ist bei diesen bekannten Anlagen die erhebliche Größe der Anlagenteile von Nachteil, beispielsweise die Größe der Durchlässe der Rektifikationssäule, der Rohrverbindungen und der Wärmeaustauscher, die erforderlich sind, um die unter einem Druck von 1,76 ata stehenden Medien zu verarbeiten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Luftzerlegung mit zweistufiger (Doppelsäulen-) Rektifikation zu schaffen, die einen geringeren Energiebedarf haben und kleinere, weniger kostspielige Verdichter als bekannte Systemeerfordern.
Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Offenbarung und den Ansprüchen.
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Luftzerlegung durch Tieftemperaturrektifikation, bei dem kalte verdichtete Luft in ei-
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ner unter höherem Druck arbeitenden Rektifikationssäule, deren oberes Ende mit dem unteren Ende einer unter niedrigerem Druck arbeitenden Rektifikationssäule in Wärmeaustauschbeziehung steht, in eine mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit und eine mit Stickstoff angereicherte Flüssigkeit getrennt wird und die Flüssigkeiten zwecks Trennung in Stickstoff- und Sauerstoffprodukte in die unter niedrigerem Druck arbeitende Rektifikationssäule überführt werden. Dieses Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Einsatzluft auf nicht mehr als 9,84 ata verdichtet, die verdichtete Luft in einen größeren und einen kleineren Teil aufgeteilt und der kleinere Teil als Oxydationsmittel mit Brennstoff gemischt sowie in einer Verbrennungszone unter Bildung eines verhältnismäßig heißen Verbrennungsgases verbrannt wird. Verhältnismäßig kaltes Stickstoffgas wird innerhalb einer gesonderten Abschreckzone in dieses heiße Verbrennungsgas eingeblasen, um ©in mittlere Temperatur aufweisendes, mit Stickstoff angereichertes Gasgemisch bei einem über dem Atmosphärendruck liegenden Druck zu bilden. Dieses Gasgemisch wird unter Leistung äußerer Arbeit auf einen niedrigeren Druck entspannt. Ein Teil dieser äußeren Arbeit wird als Energie fUr die vorstehend genannte Verdichtung der Einsatzluft zurückgewonnen. Ein weiterer Teil dieser äußeren Arbeit wird ausgenutzt, um den größeren Teil der verdichteten Luft auf einen Druck von mindestens 10,5 ata weiter zu verdichten, wobei dieser Druck ausreicht, um in der mit höherem Druck arbeitenden Rektifikationssäule einen Betriebsdruck von 1O85 bis 28,1 ata zu erzielen.
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Der größere Teil der verdichteten Luft wird entweder vor oder nach der weiteren Verdichtung vorgekühlt. Luftverunreinigungen werden aus dem größeren Teil der verdichteten Luft vor oder nach der weiteren Verdichtung beseitigt. Die gereinigte Luft wird weiter abgekühlt, worauf mindestens ein größerer Teil der weiter abgekühlten Luft in die unter höherem Druck arbeitende Rektifikationssäule eingeleitet wird. Die mit niedrigerem Druck arbeitende Rektifikationssäule wird mit einem Druck von 3,16 bis 9,84 ata betrieben, der ausreicht, um das stickstoffreiche Gas aus dieser Säule abzugeben, mindestens den größeren Teil dieses Gases mit der ge reinigten, weiter verdichteten Luft in Wärmeaustausch zu bringen, so daß das stickstoffreiche Gas vorgewärmt und für einen Teil der weiteren Abkühlung der gereinigten, weiter verdichteten Luft gesorgt wird, um ferner das vorgewärmte stickstoffreiche Gas mit dem größeren Teil der verdichteten Luft in Wärmeaustausch zu bringen, so daß dieses Gas weiter angewärmt und die Luft vorgekühlt wird, und um das weiter angewärmte stickstoffreiche Gas als das in das heiße Verbrennungsgas einzublasende, vehältnismäßig kalte Stickstoffgas zu verwenden.
Sauerstoffproduktgas wird aus der unter niedrigerem Druck arbeitenden Rektifikationssäule abgegeben und mit der gereinigten, weiter verdichteten Luft in Wärmeaustausch gebracht, um für einen wei-· teren Teil der für das Abkühlen dieser Luft vor der Tieftemperaturrektifikation erforderlichen Temperaturabsenkung zu sorgen.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen
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Hauptverdichter zum Verdichten von Einsatzluft auf einen ersten über dem Atmosphärendruck liegenden Druck von nicht mehr als 9,84 ata, eine Verbrennungskammer und eine Einrichtung zum Einleiten von Brennstoff in diese Kammer, eine Leitungsanordnung, über die ein kleinerer Teil der verdichteten Einsatzluft vom Hauptverdichter zur Verbrennungskammer gelangt, eine von der Verbrennungskammer gesonderte Abschreckkammer und eine Einrichtung zum Einleiten von heißem Verbrennungsgas aus der Verbrennungskammer in die Abschreckkammer. Es ist ferner eine Leitungsanordnung zum Einblasen von verhältnismäßig kaltem, stickstoffreichem Gas in das heiße Verbrennungsgas in der Abschreckkammer vorgesehen, um ein mittlere Temperatur aufweisendes, mit Stickstoff angereichertes Gasgemisch zu bilden. Es ist eine Turbine vorhanden, mittels deren dieses Gasgemisch unter Leistung äußerer Arbeit auf einen niedrigeren Druck entspannt wird. Zum Abkühlen des größeren Teils der verdichteten Einsatzluft dient ein erster Wärmeaustauscher.
Es ist ferner ein Nachverdichter mit einer Leitungsanordnung vorgesehen, über die der größere Teil der verdichteten Einsatzluft vom Hauptverdichter zum Nachverdichter gelangt, um dort auf einen zweiten über dem Atmosphärendruck liegenden Druck von mindestens 10,5 ata weiter verdichtet zu werden. Eine drehbare Wellenanordnung verbindet den Hauptverdichter, den Nachverdichter und die Expansionsturbine, um mechanische Energie von der Expansionsmaschine beiden Verdichtern als Antriebsenergie zuzuführen.
Es ist eine Einrichtung zur Beseitigung von Luftverunreinigungen aus
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dem größeren Teil der verdichteten Einsatzluft vorgesehen. Ein
■v.
zweiter Wärmeaustauscher dient dem weiteren Abkühlen der gereinigten, weiter verdichteten Luft.
Eine Rektifikationsdoppelsäule weist eine unter einem höheren Druck von 1O,5 bis 28,1 ata arbeitende Stufe, eine unter einem niedrigeren Druck von 3,16 bis 9,84 ata arbeitende Stufe und einen Wärmeaustauscher auf, der das obere Ende der unter höherem Druck arbeitenden Stufe und das untere Ende der unter niedrigerem Druck arbeitenden Stufe miteinander verbindet. Es sind gesonderte Leitungen vorhanden, über die mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit vom unteren Ende der unter höherem Druck arbeitenden Stufe zu der unter niedrigerem Druck arbeitenden Stufe gelangt und stickstoffreiche Flüssigkeit vom oberen Ende der unter höherem Druck arbeitenden Stufe zu der unter niedrigerem Druck arbeitenden Stufe überführt wird.
Es ist eine Leitungsanordnung vorgesehen, über die mindestens ein größerer Teil der weiter abgekühlten, gereinigten, weiter verdichteten Luft von dem zweiten Wärmeaustauscher zwecks Trennung zu der unter höherem Druck arbeitenden Stufe der Rektifikationsdoppelsäule gelangt. Eine weitere Leitungsanordnung läßt stickstoffreiches Gas aus der unter niedrigerem Druck arbeitenden Rektifikationsstufe austreten und zu dem zweiten Wärmeaustauscher gelangen, wo dieses Gas als Teil· der weiteren Abkühlung mit der gereinigten, weiter verdichteten Luft in Wärmeaustausch gebracht wird. Eine zusätzliche Leitungsanordnung hat den Zweck, das vorgewärmte stickstoff-
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reiche Gas von dem zweiten Wärmeaustauscher zu dem ersten Wärmeaustauscher gelangen zu lassen, wo es mit dem größeren Teil der verdichteten Einsatzluft zwecks Abkühlung in Wärmeaustausch gebracht wird. Eine Leitungsanordnung läßt weiter angewärmtes, stickstoffreiches Gas vom ersten Wärmeaustauscher innerhalb der Abschreckkammer als das verhältnismäßig kalte, stickstoffreiche Gas in das heiße Verbrennungsgas gelangen.
Es ist ferner eine Leitungsanordnung vorhanden, über die Sauerstoffproduktgas aus der unter niedrigerem Druck arbeitenden Stufe der Rektifikationsdöppelsäule austritt und zu dem zweiten Wärmeaustauscher gelangt, wo ein Wärmeaustausch mit der gereinigten, weiter verdichteten Luft als weiterer Teil der weiteren Abkühlung erfolgt.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Figur 1 ein Fließschema einer vollständigen Anlage zur Zerlegung von Luft in Sauerstoff- und Stickstoffproduktgas unter Verwendung einer einzigen Expansionsturbine entsprechend einer AusfUhrungsform der Erfindung,
Figur 2 ein Fließschema einer abgewandelten AusfUhrungsform des Tieftemperatur-Luftzerlegungsabschnittes, der neben gasförmigem auch flüssiges Produkt liefert und der mit zwei
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Stickstoffprodukt-Expansionsturbinen versehen ist,
Figur 3
ein FlieSschema einer weiteren abgewandelten Ausführungsform des Tieftemperatur-Luftzerlegungsabschnittes, bei dem der unter niedrigerem Druck arbeitenden Rektifikationssäule nur ein einziger stickstoffreicher Flüssigkeitsstrom zugeführt wird,
Figur 4
ein Fließschema eines weiter abgewandelten Tieftemperatur-Luftzerlegungsabschnitts, bei dem eine arbeitsleistende Entspannung von vorgekühlter Luft erfolgt und diese Luft um die Rektifikationssäule herumgeleitet, d. h. mit Überschußluft gearbeitet wi rd,
Figur 5
eine weitere abgewandelte Ausführungsform des Luftzerlegungsabschnittes, bei dem der größere Teil der weiter abgekühlten Luft arbeitsleistend entspannt wird.
Die in Figur 1 veranschaulichte Anlage umfaßt drei Hauptabschnitte, und zwar den Maschinenabschnitt A, den Vorreinigungsabschnitt B und den Tieftemperatur-Luftzerlegungsabschnitt C. Einsatzluft wird über eine Leitung '1O zugeführt und in einem ersten Hauptverdichter 11 auf einen ersten Atmosphärenüberdruck, beispielsweise einen Druck von 6,82 ataf verdichtet. Die Luft verläßt den Hauptverdichter über eine Leitung 12. Sie wird dann in zwei Teile aufgeteilt. Der klei-
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nere Teil strömt über eine Zweigleitung 13„ der größere Teil über eine Leitung 14. Der kleinere Teil, der beispielsweise 25 bis 30 Vol. % der gesamten Einsatzluft ausmacht, wird einer Verbrennungskammer 15 zusammen mit Brennstoff zugeführt, der über eine Leitung 16 eingeleitet wird. Bei diesem Brennstoff kann es sich um ein beliebiges sauber brennendes fließfähiges Material handeln, beispielsweise um Öl oder ein Gasgemisch, das ein brennbares Gas wie Methan oder Kohlenmonoxyd enthält. Über die Zweigleitung 13 wird der Verbrennungskammer 15 ausreichend Luft zugeführt, um eine vollständige Oxydation des Brennstoffes sicherzustellen- Es wird beispielsweise für diesen Zweck mit einem 20 bis 3O %igen stöchiometrischen Luftüberschuß gearbeitet. Das Gemisch wird in der Verbrennungskammer 15 unter Bildung eines verhältnismäßig heißen Verbrennungsgases bei Atmosphärenüberdruck verbrannt; die Temperatur beträgt beispielsweise 1650 C. Dieses Heißgas wird über die Leitung 16 einer Abschreckkammer 17 zugeleitet, wo es mit verhältnismäßig kaltem, stickstoffreichem Gas gemischt wird, das über eine Leitung 18 eingeblasen wird. Diese Gase werden in der Abschreckkammer 17 unter Bildung eines eine mittlere Temperatur, beispielsweise 870 C, aufweisenden Gases gemischt. Der Druck liegt ebenfalls über dem Atmosphärendruck; er beträgt beispielsweise 6,82 ata. Das mit Stickstoff angereicherte Gasgemisch wird über die Leitung 16 einer Expansionsturbine 19 zugeführt. Das Gas leistet dort äußere Arbeit. Es verläßt die Turbine mit niedrigerem Druck, beispielsweise 1,05 ata und niedrigerer Temperatur, z. B. 500 C.
Die Verbrennungskammer 15 und die Abschreckkqmmer 17 sind gesonder-
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-10-te Einheiten in dem Sinne, daß sie mindestens durch eine Zwischenwand voneinander getrennt sind. Beispielsweise kann die Verbrennungskammer 15 auf dem Gestell der Verdichter-Turbinen-Gruppe in Form von mehreren zylindrischen Kammern angeordnet sein, die um den Verdichter herum sitzen und von denen aus das Gasgemisch unmittelbar zu den Turbinenschaufeln gelangt. Im allgemeinen handelt es sich um eine Ganzmetallkonstruktion. Durch geeignetes Abschirmen der metallischen Wände mit stickstoffreichem Abschreckgas kann die Temperatur des in die Expansionsturbine 19 eintretenden, mit Stickstoff angereicherten Gases beispielsweise bei 900 C liegen. Statt dessen können die Verbrennungskammer 15 und die Abschreckkammer 17 auch gesondert vom Gestell der Verdichter-Turbinen-Gruppe angeordnet sein. Die verdichtete Luft gelangt dann über Rohrleitungen oder Kanäle vom Hauptverdichter 11 zur Verbrennungskammer 15, von dort zur Abschreckkammer 17 und von dieser schließlich zur Expansionsturbine 19. Die Abschreckkammer 17 kann in einem solchen Falle mit einer feuerfesten Isolation ausgekleidet sein, so daß die höchste erreichbare Zwischentemperatur niedriger als bei Verwendung von Metallwänden und in der Größenordnung von 73O C liegt. Bei praktisch verfügbaren Ausführungsformen befinden sich sowohl die Verbrennungszone als auch die Abschreckzone innerhalb derselben Kammer; sie sind nur durch eine Zwischenwand voneinander getrennt. Sind Verbrennungszone und Abschreckzone in gesonderten Kammern untergebracht, die, wie veranschaulicht, Über die Leitung 16 miteinander verbunden sind, muß die Abschreckkammer die Verbrennungstemperatur von 165O0C aushalten.
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Der größere Teil der verdichteten Luft in der Leitung 14 wird in dem Durchlaß 14a eines ersten Wärmeaustauschers 14b auf eine noch über der Außentemperatur liegende Temperatur vorgekühlt, um die Verdichtungswärme abzuführen. Es erfolgt dann eine weitere Verdichtung auf einen zweiten Atmosphärenüberdruck von beispielsweise 23,6 ata in einem Nachverdichter 20. Die zum Antrieb des Hauptverdichters 11 und des Nachverdichters 20 erforderliche Energie wird über eine Antriebsverbindung 21 von der Expansionsturbine 19 geliefert. Die Antriebsverbindung 21 kann eine Drehzahlverstelleinrichtung, beispielsweise ein Getriebe, aufweisen. Beispielsweise können zwei Drittel der äußeren Arbeit der Expansionsturbine 19 für den Antrieb des Hauptverdichters 11 ausgenutzt werden, während das verbleibende Drittel dem Antrieb des Nachverdichters 20 dient. Statt dessen kann die Expansionsmaschine 19'auch bezüglich des Bedarfs der Luftverdichtungsenergie für den Tieftemperatur-Luftzerlegungsabschnitt C überdimensioniert sein, so daß mehr äußere Arbeit erzeugt wird als Energie für die Luftverdichtung erforderlich ist. In diesem Falle kann die verbleibende Energie am Ausgang der Turbine für andere energieverbrauchende Einrichtungen, beispielsweise elektrische Generatoren, verwendet werden. Aus dem Hauptverdichter 11 austretende überschüssige Luft kann von der Leitung 12 zur Leitung 16 stromabwärts der Verbrennungskammer 15 über eine Leitung 12a und ein in dieser Leitung liegendes Steuerventil 12b abgeleitet werden. Sie zählt nicht zu der Luft, die in den größeren und den kleineren Teil auf die Leitungen 14 bzw. 13 verteilt wird. Im vorliegend veranschaulichten i.^fUhrungsbeispiel ist die Expansionsturbine 19 mit dem Hauptver-
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dichter 11 und dem Nachverdichter 20 unmittelbar über Wellen gekoppelt. Den Verdichtern kann jedoch die Antriebsenergie auch indirekt zugeführt werden. Beispielsweise kann die Expansionsturbine 19 unmittelbar mit einem elektrischen Generator gekoppelt sein, der seinerseits mit Antrieben für die Verdichter elektrisch verbunden sein kann.
Die Wärme, die in dem entspannten Gas enthalten ist, das von der Expansionsturbine 19 in eine Leitung 22 abgegeben wird, wird vorzugsweise zurückgewonnen, beispielsweise indem Wasser erhitzt wird, das über eine Leitung 23 einem Kessel 24 zugeführt wird. Das gekühlte, entspannte Gas verläßt den Kessel 24 über eine Auslaßleitung 25, während der Dampf, vorzugsweise mit hohem Druck, beispielsweise 42 ata, und 4CX)0C vom Kessel 24 in eine Leitung 26 gelangt. Der gesamte Dampf oder ein Teil des Dampfes kann über eine Zweigleitung 27 abgeführt werden. Statt dessen oder zusätzlich kann Dampf in einer Hilfsturbine 28 arbeitsleistend entspannt werden. Die Hilfsturbine 28 ist vorzugsweise über die gemeinsame Welle 21 mit dem Hauptverdichter 11, der Expansionsturbine 19 und dem Nachverdichter 20 gekoppelt. Der entspannte Niederdruckdampf, der von der Hilfsturbine 28 aus mit beispielsweise 215 C in eine Leitung 29 gelangt, kann zum Beispiel, wie in Fiaur 1 veranschaulicht, zusammen mit dem Stickstoffgasgemisch in die Abschreckkammer 17 eingeblasen werden. Auf diese Weise wird die Menge des für diesen Zweck von dem Tieftemperatur-Luftzerlegungsabschnitt C erforderlichen Gases kleinstmöglich gehalten. Statt dessen kann der entspannte Niederdruckdampf in der Leitung
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auch kondensiert und zum Kessel 24 zurückgeleitet werden. In
jedem Falle wird die von der Hilfsturbine 28 geleistete Arbeit
ausgenutzt. Falls erwünscht, kann mit der Kraftübertragungskette über die Welle 21 auch ein nicht veranschaulichter Hilfsverdichter verbunden werden, der einen Teil der erzeugten mechanischen Arbeit, beispielsweise die von der Hilfsturbine 28 geleistete Arbeit, aufnimmt. ;
Die weiter verdichtete Luft, die aus dem Nachverdichter 20 beispielsweise mit einem Druck von 23,6 ata in eine Leitung 30
abgegeben wird, kann mit Hilfe nicht veranschaulichter, herkömmlicher Mittel zwecks Feuchtigkeitskondensation abgeschreckt und in den Vorreinigungsabschnitt B eingeleitet werden. Sie wird dort durch einen der Adsorptionsabscheider 31S32 hindurchgefUhrt, •um Luftverunreinigungen, das heißt HpO, CO« und C2H2 selektiv
zu adsorbieren. Als Adsorbens kann beispielsweise das unter dem Namen Calciumzeolith A bekannte Molekularsieb verwendet werden. Die Adsorptionsabscheider 31,32 sind parallelgeschaltet, An den Einlaß- und Auslaßenden der Abscheider sind zweckentsprechende
Ventile und Verbindungsleitungen vorgesehen, die für ein© solche Taktsteuerung sorgen, daß ein kontinuierlicher Betrieb gewährleistet wird. Nach dem Beladen mit Luftverunreinigungen werden
die Adsorptionsabscheider gereinigt, indem beispielsweise nacheinander für eine teilweise Druckminderung gesorgt wird, dann
eine Wärmebehandlung zwecks Desorption mit stickstoffreichem Gas erfolgt, das im Abschnitt C abgetrennt, jedoch dann, nachdem es als Abschreckgas verwendet wurde, als Abgas abgeleitet wird,
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ferner mit dem gleichen Stickstoffabgas gekühlt und schließlich mittels Einsatzluft von der Leitung 30 wieder aufgedrückt wird. Wie veranschaulicht, wird die weiter verdichtete Luft über ein Einlaßventil 33 dem Adsorptionsabscheider 31 zugeführt, um dort gereinigt zu werden. Die Luft verläßt den Abscheider über ein Auslaßventil 34a. Während dieser Zeitspanne wird stickstoffreiches Gas vom Luftzerlegungsabschnitt C mittels eines Gebläses 34b in einer Leitung 34c abgeleitet und in einem Erhitzer 34d auf
beispielsweise 29O°C erwärmt. Dieses Gas wird dann in den Adsorptionsabscheider 32 über dessen Luftauslaßende eingeführt, um für eine Desorption zu sorgen und die restlichen Verunreinigungen zu beseitigen, die während der Teildruckminderung noch nicht desorbiert wurden. Das Luftverunreinigungen enthaltende Spülgas wird am Lufteinlaßende des Abscheiders 32 abgegeben und über eine Leitung 34e zu dem Hauptstrom des stickstof freichen Gases zurückgeleitet. Während des Kühlvorganges ist die Strömung die gleiche, mit der Ausnahme, daß das stickstoffreiche Gas nicht im Erhitzer
V 34d erwärmt wird; es tritt vielmehr in den Abscheider 32 vorzugsweise mit ungefähr Raumtemperatur ein.
Die gereinigte, weiter verdichtete Luft wird dann einem zweiten Wärmeaustauscher35 des Luftzerlegungsabschnittes C zugeleitet, um dort weiter auf eine unterhalb der Raumtemperatur liegende Temperatur gekühlt zu werden, die vorzugsweise mindestens 10°K über dem bei dem herrschenden Druck vorhandenen Sättigungspunkt liegt, zum Beispiel auf ungefähr 1340K bei 22,5 ata. Die Luft wird in den Durchlaß 36 des Wärmeaustauschers 35 eingeführt und mittels
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zweier gesonderter Ströme aus stickstoffreichem Gas sowie mittels Sauerstoffproduktgas gekühlt. Der stärkere stickstoffreiche Gasstrom wird in den Durchlaß 37 eingeleitet; er ist im folgenden als Stickstoffabgas bezeichnet. Der kleinere stickstoffreiche Gasstrom wird dem Durchlaß 38 zugeführt; er ist im folgenden als Stickstoffproduktgas bezeichnet. Das Sauerstoffproduktgas wird in einen Durchlaß 39 des zweiten Wärmeaustauschers 35 eingeleitet.·
Die in die unter höherem Druck arbeitende Säule 40 eintretende, weiter abgekühlte Luft ist vorzugsweise auf mindestens 1O°K über dem Sättigungspunkt überhitzt. Durch diese Überhitzung wird nach unten strömende, mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit rasch verdampft und für einen zusätzlichen nach oben gerichteten Dampfstrom gesorgt, wodurch der Wirkungsgrad der Rektifikation verbessert wird. Bei bekannten Anlagen wird die Einsatziuft im allgemeinen im wesentlichen auf die Sättigungstemperatur abgekühlt, da dies für notwendig erachtet wurde, um die Luftverunreinigungen durch Tiefkühlen zu beseitigen, indem für eine nahezu vollständige Abscheidung in umschaltbaren Wärmeaustauschern (sog. Reversing Heat Exchanger) gesorgt wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Luftverunreinigungen in der zuvor beschriebenen Weise durch selektive Adsorption vor dem zweiten weiteren Abkühlen beseitigt.
Die Kaltluft wird in eine mit Sauerstoff angereichert© Flüssigkeit, die sich im unteren Ende der Säule ansammelt, und ein stick-
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stoffreiches Gas am oberen Säulenende zerlegt. Die Flüssigkeit, die beispielsweise ungefähr 36 % Sauerstoff enthalten kann, wird über eine Überführungsleitung 41 abgezogen und vorzugsweise zwecks Unterkühlung in zwei Teile aufgeteilt, bevor sie in eine unter niedrigerem Druck arbeitende Rektifikationssäule 42 eingeleitet wird. Der eine Teil wird dem Durchlaß 44 eines dritten Wärmeaustauschers 43 zugeführt, um dart durch Wärmeaustausch mit kälterem, arbeitsleistend entspanntem Produktstickstoff im Durchlaß 45 unterkühlt zu werden. Der andere Teil der mit Stickstoff angereicherten Flüssigkeit wird dem Durchlaß 47 eines vierten Wärmeaustauschers 46 zugeleitet, um im Wärmeaustausch mit zwei kälteren Medien unterkühlt zu werden, die aus der unter niedrigerem Druck arbeitenden Rektifikationssäule 42 austreten. Es handelt sich dabei zum einen um Produktstickstoffgas im Durchlaß 48 sowie zum anderen um Stickstoffabgas im Durchlaß 49. Die beiden unterkühlten Flüssigkeitsströme werden in der Leitung 41 wieder zusammengefaßt, mittels eines Ventils 50 auf den Betriebsdruck der Säule 42, z. B. 7,59 ata, gedrosselt und in die Säule in einem Bereich derselben eingeleitet, der zwischen dem Kopf und dem Sumpf der Säule liegt.
Eine Flüssigkeit, deren Sauerstoffkonzentration zwischen derjenigen des stickstoffreichen Gases am oberen Ende und der mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit am unteren Ende der unter höherem Druck arbeitenden Säule 40 liegt, z. B. 12 % O« beträgt, kann aus der Säule 40 über eine Überführungsleitung 51 abgezogen werden. Diese Flüssigkeit kann dann mittels eines fünften Wärme-
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austauschers 52 in dessen Durchlaß,53 durch das oben erwähnte kältere Stickstoffproduktgas im Durchlaß 54 und das Stickstoffabgas im Durchlaß 55 unterkühlt werden. Die unterkühlte Flüssigkeit wird mittels eines Ventils 56 gedrosselt und als Rücklauf in die unter niedrigerem Druck arbeitende Rektifikationssäule 42 in einem mittleren Bereich der Säule zwecks Trennung eingeführt.
Der stickstoffreiche Dampf, der das obere Ende der unter höherem Druck arbeitenden Säule 40 erreicht, kann beispielsweise ungefähr 10 ppm Sauerstoff enthalten. Dieser Dampf wird über eine Leitung 57 einem Wärmeaustauscher 58 zugeführt, um dort durch die sauerstoffreiche Flüssigkeit verflüssigt zu werden, die aus der unter niedrigerem Druck arbeitenden Säule stammt und die ihrerseits mindestens teilweise verdampft wird. Der Stickstoff befindet sich auf dem höheren Druck der Säule 40, während der Sauerstoff den niedrigeren Druck der Säule 42 hat. Das Druckverhältnis von Stickstoff zu Sauerstoff muS ausreichend groß sein, um für die Temperaturdifferenz zu sorgen, die für den Wärmeaustausch erforderlich ist, z. B. ein Λ T von 1 bis 3°K.
Weil in beiden Rektifikatiönsstufen des vorliegenden Verfahrens mit höheren Drücken gearbeitet wird, ist das Druckvorhältnis kleiner als es normalerweise in Rektifikationsdoppelsäulen für Luftzerlegung anzutreffen ist, das heiSt kleiner als 3,4 (bezogen auf ein Δ T von 30K). Wie oben ausgeführt, liegen typische Betriebsdrücke für solche Säulen beim Wärmeaustausch zwischen dem stickstoffreichen Dampf und der sauerstoffreichen FlUssig-
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keit bei 1,76 und 6,33 ata, so daß das Druckverhältnis in der Größenordnung von 3,6 liegt. Der Druck am zweiten Wärmeaustauscher 35 ist ebenfalls niedriger als bei entsprechenden bekannten Wärmeaustauschern, so daß der Fall eintreten kann, daß die in der Säule 42 getrennten Gase, die diesem Wärmeaustauscher zugeführt werden, kein ausreichendes Volumen haben, um sämtliche Luftverunreinigungen in den Durchlässen durch Strömungsum-
^ kehr-Wärmeaustausch mit der verdichteten Einsatzluft zu beseitigen. Ein weiteres Problem besteht darin, daß es für eine Selbstreinigung erforderlich ist, daß bei Reversing Heat Exchangers das&T am kalten Ende in engen Grenzen liegt. Bei den für das Verfahren und' die Vorrichtung nach der Erfindung charakteristischen hohen Drücken sucht jedoch der Unterschied bezüglich der spezifischen Wärmen der Ströme das AT am kalten Ende weit auszudehnen. Eine weitere Erwägung besteht darin, daß Reversing Heat Exchanger nicht alle Verunreinigungen aus der Luft beseitigen und am kalten Ende Gelabscheider für die Endreinigung erforder-
f lieh sind, bevor die Luft in die Rektifikationssäule einströmt.
Bei den erfindungsgemäß verwendeten hohen Drücken liegt die Temperatur am kalten Ende des zweiten Wärmeaustauschers 35 erheblich höher als bei Niederdruckanlagen; erheblich mehr Verunreinigungen würden daher innerhalb eines Reversing Heat Exchangers dem Ausfrieren entkommen. Das bedeutet, daß bei der Endreinigung die Belastung größer wäre und die Gelabscheider am kalten Ende prohibitiv groß würden. Dementsprechend handelt es sich bei dem zweiten Wärmeaustauscher 35 nicht um einen Reversing Heat Exchanger und müssen die Luftverunreinigungen beseitigt werden, bevor der
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welter verdichtete größere Teil der Luft dem Tieftemperatur-Luftzerlegungsabschnitt C zugeführt wird. Andernfalls werden diese Verunreinigungen in den Tieftemperatur-Wärmeaustauschern und den Rektifikationssäulen abgelagert. Diese Reinigung erfolgt innerhalb des zuvor beschriebenen Luftvorreinigungsabschnittes B.
Die im Wärmeaustauscher 58 gebildete stickstoffreiche Flüssigkeit wird in zwei Teile aufgeteilt. Der eine Teil wird über eine Leitung 59 zum oberen Ende der unter höherem Druck arbeitenden Rektifikationssäule 40 als Rücklauf zurückgeleitet. Der andere Teil wird über eine Leitung 60 zunächst dem Durchlaß 61 des fünften Wärmeaustauschers 52 zwecks Unterkühlen zugeführt. Nach Drosseln mittels eines Ventils 62 gelangt er dann als Rücklauf zu der unter niedrigerem Druck arbeitenden Säule 42. Von der unter höherem Druck arbeitenden Säule werden also zwei stickstoffreiche Flüssigkeiten als Rücklauf zu der unter niedrigerem Druck arbeitenden Rektifikationssäule überführt. Dabei wird die Flüssigkeit mit niedrigerer Stickstoffreinheit (ζ. B. 88 % NL·) über die Leitung 51 in einem mittleren Bereich eingeleitet, während die Flüssigkeit mit höherer Stickstoffreinheit (ζ. B. über 99 % N2) über die Leitung 6O am oberen Ende der Säule 42 als Rücklauf für den oberen Abschnitt eingeführt wird.
Das Stickstoffproduktgas gelangt vom oberen Ende der Säule 42 mit einem Druck von beispielsweise 7,38 ata in eine Leitung 63 und kann eine Reinheit von 99,999 % haben. Dieser kalte Strom kann durch den Durchlaß 54 des fünften Wärmeaustauschers 52 zwecks
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Unterkühlen der Flüssigkeit hindurchgeleitet werden, die von der unter höherem Druck arbeitenden Säule 4O überführt wird; er wird dabei vorgewärmt oder überhitzt. Der Strom kann dann im Durchlaß 48 des vierten Wärmeaustauschers 46 weiter angewärmt werden, indem er die mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit im Durchlaß 47 unterkühlt. Das weiter angewärmte Stickstoffprodukt mit ungefähr 119°K wird jetzt vorzugsweise in einer Turbine 64 arbeitsleistend auf einen niedrigeren Druck von beispielsweise 3,94 ata entspannt und dabei auf ungefähr 104 K zurückgekUhlt. Der zurückgekühlte Produktstickstoff strömt durch den Durchlaß 45 des dritten Wärmeaustauschers 43 hindurch und unterkühlt dabei die mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit. Er wird dann in den Durchlaß 38 eingeleitet, um mittels der weiter verdichteten Luft im Durchlaß 36 die verbleibende fühlbare Kälte zurückzugewinnen· Das am warmen Ende des Durchlasses 38 austretende Stickstoffproduktgas kann, falls dies für die schließliche Verwendung erforderlich ist, durch nicht veranschaulichte Mittel
* erneut verdichtet werden.
Das Sauerstoffproduktgas gelangt vom unteren Ende der unter niedrigerem Druck arbeitenden Säule 42 mit einem Druck von beispielsweise 7,80 ata und einer Temperatur von beispielsweise 115°K in eine Leitung 65. Es wird durch den Durchlaß 39 des zweiten Wärmeaustauschers 35 hindurchgeleitet, wo die fühlbare Kälte dieses Gases durch die weiter verdichtete Luft im Durchlaß 36 ebenfalls zurückgewonnen wird. Das angewärmte Sauerstoffproduktgas kann, falls erwünscht, ebenfalls erneut verdichtet werden.
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Das Stickstoffabgas gelangt aus dem mittleren Bereich der unter niedrigerem Druck arbeitenden Säule 42 in eine Leitung 66; es kann beispielsweise 92 % N2 und 8 % O2 aufweisen.. Dieses kalte Gas wird im Durchlaß 55 des fünften Wärmeaustauschers 52 im Wärmeaustausch mit den Flüssigkeiten vorgewärmt., die aus der unter niedrigerem Druck arbeitenden Säule 4O überführt werden. Ein weiteres Anwärmen erfolgt im Durchlaß 49 des vierten Wärmeaustauschers 46 durch Unterkühlen der mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit im Durchlaß 47. Das weiter angewärmte Stickstof fabgas von ungefähr 119°K enthält noch immer eine erhebliche unter der Außentemperatur liegende fühlbare Kälte. Diese wird im zweiten Wärmeaustauscher 35 zurückgewonnen, wo das Gas durch den Durchlaß 37 hindurchgeleitet und in Wärmeaustausch mit der weiter verdichteten Luft im Durchlaß 36 gebracht wird.
Wie oben in Verbindung mit dem Vorreinigungsabschnitt·B erwähnt, wird ein Teil des den zweiten Wärmeaustauscher 35 verlassenden Stickstoffabgases (das vorliegend als stickstoffreiches Gas bezeichnet ist ) von der Leitung 66 mittels des Gebläses 34b als SpUl-KUhlgas für die Adsorptionsabscheider 31,32 abgeleitet und über die Leitung 34e zur Leitung 66 zurückgeführt.
Das aus den Vorreinigungs- und Luftzerlegungsabschnitten B und C über die Leitung 66 austretende stickstoffreiche Abgas gelangt zum Durchlaß 67 des ersten Wärmeaustauschers 14b, wo es den größeren Teil der verdichteten Luft im Durchlaß 14a vorkühlt und die Verdichtungswärme beseitigt, das heißt die verdichtete
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Luft auf beispielsweise 129 C bringt. Obwohl das den ersten Wärmeaustauscher 14b verlassende, stickstoffreiche Abgas über Außentemperatur liegt, beispielsweise eine Temperatur von ungefähr 243 C hat, ist es kalt gegenüber dem eine Temperatur von 165O C aufweisenden Verbrennungsgas, das aus der Verbrennungskammer .15 in die Leitung 16 gelangt. Es wird zwecks Abschreckung in der zuvor erläuterten Weise über die Leitung 18 eingeblasen.
Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung haben gegenüber bekannten Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlagen wesentliche Vorteile. Die Sauerstoff- und Stickstoffgasprodukte werden unter Druck abgegeben, Kosten und Aufwand, die mit einer Verdichtung des Produktgases verbunden sind, werden infolgedessen wesentlich verringert und in gewissen Fällen völlig eingespart. Da die Kosten für das Verdichten des Produkts bei einer Luftzerlegungsanlage häufig einen wesentlichen Posten ausmachen, hat die mit der Erfindung erreichte Verringerung dieser Kosten einen wesent-
w liehen Einfluß auf die Gesamtkosten des Produkts. Bei der Ausführungsform nach Figur 1 wird für größere Anlagen eine Kostenverminderung für 98 ?4igen N2 und 98 %igen O von ungefähr 5 bis 10 % erzielt, wenn davon ausgegangen wird, daß die N0- und O0-Gasprodukte mit einem Druck von 3,52 bzw. 7,O3 ata angeliefert werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Anlagenkosten gesenkt werden, weil zur Verarbeitung der unter höherem Druck stehenden Medien kleiner bemessene Anlagenteile ausreichen. Bei einer großen Anlage erlaubt die AusfUhrungsform nach Figur 1 eine Einsparung in der Größenordnung von 5 %
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- 23 bei den anfänglichen Investitionskosten.
Die Ausführungsform nach Figur 1 kann im Rahmen der Erfindung in vielgestaltiger Weise abgewandelt werden. Beispielsweise kann der erste Wärmeaustauscher 14b zum Vorkühlen des größeren Teils der verdichteten Luft und zum weiteren Anwärmen des stickstoffreichen Gases in der Auslaßleitung 30 des Nachverdichters statt in der Einlaßleitung 14 liegen. Ferner kann der Vorreinigungsabschnitt B zur Beseitigung von Luftverunreinigungen an die Leitung 14 stromaufwärts des Nachverdichters 2O angeschlossen sein.
Entsprechend einer weiteren Abwandlung können die Luftverunreinigungen in nicht umschaltbaren Wärmeaustauschern (Non-Reversing Heat Exchangern) beseitigt werden, in denen die Verunreinigungen in Durchlässen abgelagert werden, die mittels eines aus der Anlage stammenden Kaltgases oder eines von außen zugeführten Kälteträgers gekühlt werden. Um Verunreinigungen abzusetzen, muß die Einsatzluft auf den Taupunkt der Verunreinigung bei dem herrschenden Druck gekühlt werden. Für einen kontinuierlichen Betrieb müssen die Non-Reversing Heat Exchanger doppelt vorhanden sein, so daß ein mit Verunreinigungen beladener Durchlaß gereinigt und ein zuvor gereinigter Durchlaß in den Weg des Luftstroms eingeschaltet werden kann. Der mit Verunreinigungen beladene Durchlaß kann beispielsweise dadurch gereinigt werden, daß analog dem oben in Verbindung mit den Adsorptionsabscheidern 31, 32 beschriebenen Regenerationsverfahren ein erhitztes Spülgas durchgeleitet wird.
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Die Figuren 2 bis 5 zeigen verschiedene Abwandlungen des Tief- temperatur-Luftzerlegungsabschnittes C der Anordnung nach Figur 1, die in Verbindung mit dem Maschinenabschnitt A und dem Vorreinigungsabschnitt B gemäß Figur 1 verwendet werden können. Im folgenden sind nur diejenigen Merkmale diskutiert, die von den Merkmalen des zuvor beschriebenen Luftzerlegungsabschnittes C abweichen. Die Bezugszeichen.am Ende verschiedener Leitungen geben den Anlagenteil des Vorreinigungsabschnittes B an, mit dem die betreffende Leitung verbunden ist.
Figur 2 zeigt eine Ausführungsform, mittels deren zusätzlich zu gasförmigem Sauerstoff und Stickstoff flüssiger Stickstoff erzeugt werden kann. Vom oberen Ende der Säule 42 in die Leitung 63 abgegebenes Stickstoffproduktgas wird im Durchlaß 54 des fünften Wärmeaustauschers 52 auf beispielsweise 117°K überhitzt und unterkühlt die von der unter höherem Druck arbeitenden Säule 40 überführten Flüssigkeiten in den Durchlässen 53 und 61. Das Gas W wird dann in einer ersten Turbine 70 bis auf etwas über den Sättigungspunkt arbeitsleistend entspannt, beispielsweise auf 1O1°K und 4,08 ata. Anschließend wird das Gas in einem Wärmeaustauscher 71 erneut überhitzt. Es unterkühlt dabei einen dritten Teil der höhere Stickstoffreinheit aufweisenden Flüssigkeit im Durchlaß 72. Diese Flüssigkeit wird von der Leitung 60 über eine Leitung 73 abgezweigt. Der erneut Überhitzte Produktstickstoff wird in einer zweiten Turbine 74 arbeitsleistend weiter entspannt, bevor er in den Durchlas 48 des vierten Wärmeaustauschers 46 eintritt, um einen Teil der mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit im
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Durchlaß 47 zu unterkühlen. Weitere Kälte kann aus diesem arbeitsleistend weiter entspannten Produktstickstoff dadurch zurückgewonnen werden, daß der Produktstickstoff durch den Durchlaß 75 eines Wärmeaustauschers 76 hindurchgeleitet wird, Um einen vierten Teil der stickstoffreichen Flüssigkeit zu unterkühlen, der von der Leitung 6O zu einer Leitung 77 und dann zum Durchlaß 75 abgeleitet wird. Flüssiger Produktsauerstoff wird aus dem Sumpf der unter niedrigerem Druck arbeitenden Säule 42 über eine Leitung 79 entnommen, in der ein Steuerventil 8O liegt.
Bei der Ausführungsform nach Figur 3 ist der Trennabschnitt für Stickstoff hoher Reinheit am oberen Ende der unter niedrigerem Druck arbeitenden Säule 42 nicht vorgesehen; nur ein stickstoffreicher Flüssigkeitsstrom wird zu dieser Säule über die Leitung 60 überführt. In der Leitung 63 befindliches Stickstoffgas wird anschließend im fünften Wärmeaustauscher 52 und vierten Wärmeaustauscher 46 überhitzt und dann in zwei Teile aufgeteilt. Der eine Teil wird über eine Leitung 81 dem Durchlaß 37 des zweiten Wärmeaustauschers 35 zugeleitet, um die gereinigte, weiter verdichtete Luft im Durchlaß 36 weiter abzukühlen. Der andere Teil des überhitzten Stickstoffgases wird über eine Zweigleitung 82 einer Turbine 83 zugeführt und dort arbeitsleistend entspannt. Das Gas wird dann im Durchlaß 45 des dritten Wärmeaustauschers 43 durch Unterkühlen von mit Sauerstoff angereicherter Flüssigkeit im Durchlaß 44 erneut überhitzt. Dieses erneut überhitzte Gas wird einem Durchlaß 84 des zweiten Wärmeaustauschers 35 zugeführt, wo die restliche fühlbare Kälte durch die gereinigte, wei-
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ter verdichtete Luft im Durchlaß 36 zurückgewonnen wird. Dann wird das Gas als Abgas abgelassen. Bei der Ausführungsform nach Figur 4 wird ein Teil der gereinigten, weiter verdichteten Luft mittels einer Leitung 85 vom Durchlaß 36 des zweiten Wärmeaustauschers 35 an einer Stelle mittlerer Temperatur abgeleitet. Dieser abgeleitete Teil wird in einer Turbine 86 auf den Druck der unter niedrigerem Druck arbeitenden Säule 42 entspannt und danach im Durchlaß 45 durch Unterkühlen der mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit im Durchlaß 44 des dritten Wärmeaustauschers 43 erneut teilweise angewärmt. Diese abgeleitete, arbeitsleistend entspannte, teilweise wieder angewärmte Luft wird in einem Durchlaß 87 eines Wärmeaustauschers 88 weiter angewärmt, indem ein Teil der weiter verdichteten, weiter abgekühlten Luft zusätzlich gekühlt wird, die von der Leitung 3O zu einer Zweigleitung 89 und einem Durchlaß 90 abgezweigt wird. Die zusätzlich gekühlte Luft wird dann zwecks Trennung in die. unter höherem Druck arbeitende Säule 4O eingeleitet. Die weiter wieder angewärmte, entspannte Luft, die über die Leitung 85 aus dem Wärmeaustauscher 88 austritt, trifft auf das Stickstoffgas in der Leitung 63 und bildet mit diesem das' Abgas in der Leitung 66. Bei dieser Ausführungsform wird die verdichtete und zwecks Temperaturabsenkung entspannte Luft nicht in den Rektifikationssäulen zerlegt, sondern statt dessen als Teil des Abschreckgases im Wärmeaustauscher 17 benutzt.
Bei der Ausführungsform nach Figur 5 erfolgt die für den Prozeß erforderliche.Temperaturabsenkung durch vorläufige arbeitsleisten-
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de Entspannung der weiter abgekühlten Luft, bevor diese in die unter höherem Druck arbeitende Rektifikationsstufe eingeleitet wird. In diesem Falle liegt der vom Verdichter 2O nach Figur 1 erzeugte Druck erheblich über dem Betriebsdruck der unter höherem Druck arbeitenden Rektifikationsstufe, und zwar im wesentlichen um die Druckdifferenz, die an der Expansionsmaschine aufrechterhalten werden muß. Diese Druckdifferenz hängt ihrerseits von dem Kältebedarf ab, beispielsweise davon, ob flüssige Produkte abgegeben werden sollen und, falls dies der Fall ist, ob die Menge der flüssigen Produkte groß oder klein ist. Dies steht im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen, bei denen der Auslaßdruck des Verdichters 20 den Betriebsdruck der unter höherem Druck arbeitenden Rektifikationsstufe nur um einen Wert übersteigen muß, der ausreicht, um Reibungsverluste in den Verbindungsleitungen zu kompensieren.
Bei der Anordnung nach Figur 5 wird die Einsatzluft im Verdichter 2O auf einen Druck zwischen ungefähr 14,1 und 49,2 ata verdichtet, im Abschnitt B vorgereinigt und zwecks weiterer Abkühlung über die Leitung 30 dem Wärmeaustauscher 35 zugeführt. Der erste größere Teil dieser weiter abgekühlten Luft wird über eine Leitung 91 einer Expansionsmaschine 93 zugeführt, wo der Druck auf den Betriebsdruck der unter höherem Druck arbeitenden Rektifikationsstufe 40, das heißt auf einen Druck zwischen iOt5 und 28,1 ata, abgesenkt wird. Dies führt zu einer Temperaturabsenkung. Die Temperatur der entspannten Luft fällt weiter bis nahe zum Sättigungspunkt entsprechend dem Abgabedruck. Der zweite kleinere Teil
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der weiter abgekühlten Luft wird über eine Leitung 92 zu dem Durchlaß 95 eines Wärmeaustauschers 94 abgeleitet. Er wird durch gasförmigen Produktstickstoff, der von der Leitung 81 zu einem Durchlaß 96 strömt, weiter abgekühlt und verflüssigt. Der verflüssigte zweite kleinere Teil wird dann mittels eines Ventils 97 auf den Betriebsdruck der unter höherem Druck arbeitenden Rektifikationsstufe 40 gedrosselt und dieser Säule zwecks Trennung zugeleitet.
Der Wärmeaustauscher 94 trägt zu der Leistungsfähigkeit der Ausführungsform nach Figur 5 wesentlich bei. Dadurch, daß ein Teil der Einsatzluft bei erhöhtem Druck verflüssigt wird, wird die Temperatur des kalten Stickstoffs, der in den Wärmeaustauscher 35 einströmt, auf einem verhältnismäßig hohen Wert stabilisiert. Dies führt seinerseits zu einer Stabilisierung der Temperatur der weiter abgekühlten Luft in der an die Expansionsmaschine angeschlossenen Leitung 91 auf ungefähr den gleichen Wert. Infolgedessen kann die Expansionsmaschine 93 so betrieben werden, daß sie für eine maximale Temperaturabsenkung sorgt.
Bei der Ausführungsform nach Figur 5 können zusätzliche Maßnahmen vorgesehen werden, um eine noch stärkere Temperaturabsenkung zu erzielen. Beispielsweise kann für arbeitsleistende Entspannungen in der in den Figuren 1 bis 4 veranschaulichten Weise gesorgt werden. Die Ausführungsform nach Figur 5 ist jedoch auch allein in der Lage, ein flüssiges Produkt zu erzeugen, beispielsweise flüssigen Sauerstoff, der aus dem Sumpf der unter niedri-
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gerem Druck arbeitenden Rektifikationsstufe 40 über eine Leitung 98 abgezogen wird, vorausgesetzt, daß das Entspannungsverhältnis an der Turbine 93 ausreicht, um für die erforderliche Temperaturabsenkung zu sorgen.
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Claims (22)

  1. - 30 -Ansprüche
    / il Verfahren zur Luftzerlegung durch Tieitemperatjrrektifikation, bei dem kalte verdichtete Luft in einer unter höherem Druck arbeitenden Rektifikationssäule, deren oberes Ende mit dem unteren Ende einer unter niedrigerem Druck arbeitenden Rektifikationssäule in Wärmeaustauschbeziehung steht, in eine mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit und eine mit Stickstoff angereicherte Flüssigkeit getrennt wird und die Flüssigkeiten zwecks Trennung in Stickstoff- und Sauerstoffprodukte in die unter niedrigerem Druck arbeitende Rektifikationssäule überführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß Einsatzluft auf nicht mehr als 9,84 ata verdichtet und die verdichtete Luft in einen größeren und einen kleineren Teil aufgeteilt wird, der kleinere Teil als Oxydationsmittel mit Brennstoff gemischt und in einer Verbrennungszone unter Bildung von verhältnismäßig heißem Verbrennungsgas verbrannt f wird, verhältnismäßig kaltes, stickstoffreiches Gas innerhalb einer gesonderten Abschreckzone in das heiße Verbrennungsgas unter Bildung eines mittlere Temperatur aufweisenden, mit Stickstoff angereicherten Gasgemisches eingeblasen wird, das einen über dem Atmosphärendruck liegenden Druck hat, das mittlere Temperatur aufweisende Gasgemisch unter Leistung äußerer Arbeit auf einen niedrigeren Druck entspannt wird, ein Teil der äußeren Arbeit als Energie für die Verdichtung von Einsatzluft rückgewonnen wird, der größere Te^iI der verdichteten Luft vorgekühlt wird, der größere Teil der verdichteten Luft auf
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    mindestens 1O,5 ata auf einen für den Betrieb der unter höherem Druck arbeitenden Rektifikationssäule ausreichenden Druck komprimiert wird, wobei ein weiterer Teil der bei der Entspannung geleisteten äußeren Arbeit als die für das weitere Verdichten erforderliche Energie benutzt wird» Luftverunreinigungen aus dem größeren Teil der verdichteten Luft beseitigt werden, die gereinigte, weiter verdichtete Luft weiter abgekühlt und mindestens der größere Teil dieser Luft der unter höherem Druck arbeitenden Rektifikationssäule zugeführt wird, die unter niedrigerem Druck arbeitende Rektifikationssäule mit 3,16 bis 9,84 ata bei einem für die Abgabe von stickstoffreichem Gas aus dieser Säule ausreichenden Druck betrieben wird, mindestens der größere Teil des stickstoffreichen Gases mit der gereinigten, weiter verdichteten Luft in Wärmeaustausch gebracht wird, um das stickstoffreiche Gas vorzuwärmen und für einen Teil der weiteren Abkühlung der gereinigten, weiter verdichteten Luft zu sorgen, das vorgewärmte stickstoffreiche Gas mit dem größeren Teil der verdichteten Luft in Wärmeaustausch gebracht wird, um diesen größeren Teil der verdichteten Luft vorzukUhlen und das stickstoff reiche Gas weiter anzuwärmen, wobei das weiter angewärmte stickstoffreiche Gas als das in das heiße Verbrennungsgas einzublasende, verhältnismäßig kalte stickstoffreiche Gas verwendet wird, sowie daß Sauerstoffproduktgas von der unter niedrigerem Druck arbeitenden Rektifikationssäule abgegeben und mit der gereinigten, weiter verdichteten Luft in Wärmeaustausch gebracht wird, um fUr einen weiteren Teil der für das weitere Abkühlen erforderlichen Temperaturabsenkung zu sorgen.
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  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Stickstof f produktgas vom oberen Ende der unter niedrigerem Druck arbeitenden Rektifikationssäule als ein kleinerer Teil des stickstof freichen Gases abgegeben, unter Arbeitsleistung auf einen niedrigeren Druck entspannt und mit der gereinigten, weiter verdichteten Luft in Wärmeaustausch gebracht wird, um für einen weiteren Teil der für das weitere Abkühlen erforderlichen Temperaturabsenkung zu sorgen.
  3. * 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das unter Arbeitsleistung entspannte Stickstoffproduktgas mit der mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit aus dem unteren Ende der unter höherem Druck arbeitenden Rektifikationssaule in Wärmeaustausch gebracht wird, um die mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit ZM unterkühlen, bevor der Wärmeaustausch mit der gereinigten, weiter verdichteten Luft zwecks weiterer Abkühlung erfolgt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gefc samt· weiter abgekühlte und weiter verdichtete Kaltluft in die unter höherem Druck arbeitende Rektifikationssaule eingeführt wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der absoluten Drücke des stickstoffreichen Dampfes vom oberen Ende der unter höherem Druck arbeitenden Rektifikationssaule und der sauerstoffreichen Flüssigkeit vom unteren Ende der unter niedrigerem Druck arbeitenden Rektifikationssaule während
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    des Wärmeaustauschs kleiner als, 3,4 bezogen auf ein ÄT von 3°K ist.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftverunreinigungen aus der weiter verdichteten Luft durch selektive Adsorption beseitigt werden, das Adsorbens periodisch regeneriert wird, indem ein kleinerer Teil des vorgewärmten stickstof freichen Gases abgeleitet, angewärmt und zur Spülung durch das Adsorbens hindurchgeleitet wird, und daß das die Luftverunreinigung enthaltende Spülgas zu dem nicht abgeleiteten, vorgewärmten, stickstoffreichen Gas für den Wärmeaustausch mit dem größeren Teil der verdichteten Luft zurückgeführt wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das unter Arbeitsleistung entspannte Gasgemisch unter Erzeugung von hochgespanntem Dampf mit Wasser in Wärmeaustausch gebracht wird, der hochgespannte Dampf unter Erzeugung äußerer Arbeit auf einen niedrigeren Druck entspannt wird und die äußere Arbeit als ein Teil der Energie zurückgewonnen wird, die für die Verdichtung der Einsatzluft und die weitere Verdichtung erforderlich ist„
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte Abschrecken des heißen Verbrennungsgases mittels des verhältnismäßig kalten stickstoffreichen Gases erfolgt,
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daS der untor Arbeitsleistung entspannt® Dampf in die Abschrackzona zwecks
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    Abkühlen des heißen Verbrennungsgases zusammen mit dem stickstof freichen Gas eingeblasen wird.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stickstoffproduktgas auf einen ersten niedrigeren Druck entspannt, mit einer aus der unter höherem Druck arbeitenden Rektifikationssäule abgezogenen wärmeren Flüssigkeit zwecks Unterkühlen der Flüssigkeit vor dem Einleiten der Flüssigkeit in die unter niedrigerem Druck arbeitende Rektifikationssäule in Wärmeaustausch gebracht, dann unter Arbeitsleistung von dem ersten niedrigeren Druck auf einen zweiten niedrigeren Druck entspannt und anschließend mit einer weiteren wärmeren Flüssigkeit in Wärmeaustausch gebracht wird, die aus der unter höherem Druck arbeitenden Rektifikationssäule abgezogen wird, bevor der Wärmeaustausch mit der gereinigten, weiter verdichteten Luft erfolgt, und daß eine Produktflüssigkeit von der unter niedrigerem Druck arbeitenden Rektifikationssäule abgegeben wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Abkühlen der gereinigten, weiter verdichteten Luft auf eine Temperatur erfolgt, die mindestens 10 K über dem Sättigungspunkt dieser Luft bei dem herrschenden Druck liegt.
  12. 12. Verfahren zur Luftzerlegung durch Tieftemperaturrektifikation, dadurch gekennzeichnet, daß
    α) Einsatzluft auf einen ersten über dem Atmosphärendruck liegenden Druck von nicht mehr als 9,84 ata verdichtet wird,
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    wobei ein Teil der äußeren Arbeit aus -der anschließenden Entspannung (f) als Energie für die Verdichtung verwendet wird;
    b) die verdichtete Einsatzluft in einen größeren und einen kleineren Teil aufgeteilt und der kleinere Teil als Oxydationsmittel einer Verbrennungszone zugeleitet wird;
    c) Brennstoff in die Verbrennungszone eingeleitet und mit dem Oxydationsmittel zur Bildung eines verhältnismäßig heißen Verbrennungsgases mit einem über dem Atmosphärendruck liegenden Druck verbrannt wird;
    d) das verhältnismäßig heiße Verbrennungsgas einer von der Verbrennungszone gesonderten Abschreckzone zugeleitet wird;
    e) verhältnismäßig kaltes stickstoffreiches Gas innerhalb der Abschreckzone in das verhältnismäßig heiße Verbrennungsgas eingeblasen wird, um sich mit diesem zu mischen und ein eine mittlere Temperatur aufweisendes, mit Stickstoff angereichertes Gasgemisch mit einem über dem Atmosphärendruck liegenden Druck zu bilden;
    f) das mittlere Temperatur aufweisende, mit Stickstoff angereicherte Gasgemisch unter Leistung äußerer Arbeit auf einen .niedrigeren Druck entspannt wird;
    g) der größere Teil der verdichteten Einsatzluft von dem ersten über dem Atmosphärendruck liegenden Druck auf einen zweiten über dem Atmosphärendruck liegenden Druck von 1O,5 bis 28,1 ata weiter verdichtet und ein weiterer Teil der äußeren Arbeit als Energie für die weitere Verdichtung benutzt wird;
    h) der größere Teil der verdichteten Luft vorgekühlt wird;
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    i) Luftverunreinigungen aus dem größeren Teil der verdichteten Luft beseitigt werden;
    j) die gereinigte, weiter verdichtete Luft weiter abgekühlt wird;
    k) mindestens der größere Teil der weiter verdichteten Kaltluft in einer unter höherem Druck arbeitenden Rektifikationssäule rektifiziert wird, um eine mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit am unteren Ende und ein stickstoffreiches Gas mit einem Druck von 10B5 bis 28,1 ata am oberen Ende dieser Säule zu erzeugen;
    1) das stickstoffreiche Gas mit der sauerstoffreichen Flüssigkeit bei einem Druck von 3,16 bis 9,84 ata in Wärmeaustausch gebracht wird, um das stickstoffreiche Gas als Rücklauf für die unter, höherem Druck arbeitende Rektifikationssäule und eine unter niedrigerem Druck arbeitende Rektifikationssäule zu kondensieren, während gleichzeitig die sauerstoffreiche Flüssigkeit verdampft und der Dampf nach oben durch die unter niedrigerem Druck arbeitende Rektifikationssäule hindurchgeleitet wird;
    m) ein Teil der stickstoffreichen Flüssigkeit aus dem Wärmeaustausch (l) und die mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit aus der unter höherem Druck arbeitenden Rektifikationssäule auf einen Druck von 3,16 bis 9,84 ata gedrosselt werden und jede der Flüssigkeiten in die unter niedrigerem Druck arbeitende Rektifikationssäule zwecks Rektifikation gegen den sauerstoffreichen Dampf eingeleitet wird, um die sauerstoffreiche Flüssigkeit am unteren Ende der Säule und
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    ein stickstoffreiches Gas im ,oberen Bereich der Säule zu erzeugen;
    n) das stickstoffreiche Gas aus der unter niedrigerem Druck arbeitenden Rektifikationssäule abgegeben und mindestens der größere Teil dieses Gases mit ,der gereinigten, weiter verdichteten Luft in Wärmeaustausch gebracht wird, um. das stickstoffreiche Gas vorzuwärmen und für einen Teil der für das weitere Abkühlen (j) erforderlichen Temperaturabsenkung zu sorgen;
    o) das vorgewärmte stickstoffreiche Gas mit dem gröSeren Teil der verdichteten Einsatzluft für die Vorkühlung (h) in Wärmeaustausch gebracht wird, wobei das stickstoffreiche Gas weiter angewärmt wird]
    p) das weiter angewärmte stickstoffreiche Gas aus dem Wärmeaustausch (o) als das verhältnismäSig kalte stickstoffreiche Gas für das Einblasen und Mischen (e) verwendet wird und
    q) Sauerstoffproduktgas von der unter niedrigerem Druck arbeiten den Rektifikationssäule abgegeben und mit der gereinigten, weiter verdichteten Luft als weiterer Teil der für das weitere Abkühlen (j) erforderlichen Temperaturabsenkung in Wärmeaustausch gebracht wird.
  13. 13. Vorrichtung zur Luftzerlegung durch Tieftemperaturrektifikation, gekennzeichnet durch einen Hauptverdichter (11) zum Verdichten von Einsatzluft auf einen ersten über dem Atmosphärendruck liegenden Druck von nicht mehr als 9,84 ata; eine Verbrennungskammer (15) und eine Einrichtung (16) zum Einleiten von Brennstoff
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    in diese Kammer; eine Leitungsanordnung (12. 13), über die ein kleinerer Teil der verdichteten Einsatzluft vom Hauptverdichter (11) zur Verbrennungskammer (15) gelangt; eine von der Verbrennungskammer (15) gesonderte Abschreckkammer (17) und eine Einrichtung. (16) zum Einleiten von heißem Verbrennungsgas aus der Verbrennungskammer (15) in die Abschreckkammer (17); eine Leitungsanordnung (18) zum Einblasen von verhältnismäßig kaltem, stickstoffreichem Gas in das heiße
    Verbrennungsgas in der Abschreckkammer (17) zur Bildung
    eines mittlere Temperatur aufweisenden, mit Stickstoff angereicherten Gasgemischs; eine Turbine (19) zum Entspannen des mittlere Temperatur aufweisenden, mit Stickstoff angereicherten Gasgemischs auf einen niedrigeren Druck unter Leistung äußerer Arbeit; einen ersten Wärmeaustauscher (14b) zum Vorkühlen des. größeren Teiles der verdichteten Einsatzluft; einen Nachverdichter (2O) und eine Leitungsanordnung, Über die der größere Teil der verdichteten Einsatzluft vom
    . Hauptverdichter (11) zurt Nachverdichter gelangt, um dort auf einen zweiten Über dem Atmosphärendruck liegenden Druck von mindestens 10,5 ata weiter verdichtet cu werden; eine drehbare Wellenanordnung (21), die den Hauptverdichter (11), den Nachverdichter (20) und die Expansionsturbine (19) verbindet, um mechanische Energie von der Expansionsturbine (19) beiden Verdichtern (11, 20) als Antriebsenergie zuzuführen; eine Einrichtung (31, 32) zur Beseitigung von Luftverunreinigungen aus dem größeren Teil der verdichteten Einsatzlgft; einen zweiten Wärmeaustauscher (35) zum wei-
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    teren Abkühlen von gereinigter, weiter verdichteter Luft; eine Rektifikationsdoppelsäule mit einer unter einem höheren Druck von 9,84 bis 28,1 ata arbeitenden Stufe (4O), einer unter einem niedrigeren Druck von 3,16 bis 9,84 ata arbeitenden Stufe (42), einem Wärmeaustauscher (58), der das obere Ende der unter höherem ,Druck arbeitenden Stufe (4O) und das untere Ende der unter niedrigerem Druck arbeitenden Stufe (42) miteinander verbindet, und gesonderten Leitungen, über die mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit vom unteren Ende der unter höherem Druck arbeitenden Stufe zu der unter niedrigerem Druck arbeitenden Stufe sowie stickstoffreiche Flüssigkeit vom oberen Ende der unter höherem Druck arbeitenden Stufe zu der unter niedrige^ rem Druck arbeitenden Stufe gelangt; ferner durch eine Leitungsanordnung (30, 89, 91, 92), über die mindestens ein größerer Teil der weiter abgekühlten, gereinigten, weiter verdichteten Luft von dem zweiten Wärmeaustauscher (35) zwecks Trennung zu der unter höherem Druck arbeitenden Stufe (40) der Säule gelangt; eine Leitungsanordnung (63, 66,81), über die stickstoffreiches Gas aus der unter niedrigerem Druck arbeitenden Rektifikationsstufe (42) der Säule austritt und zu dem zweiten Wärmeaustauscher (35) gelangt, wo dieses Gas als Teil der weiteren Abkühlung mit der gereinigten, weiter verdichteten Luft in Wärmeaustausch gebracht wird; eine Leitungsanordnung (66), über die das vorgewärmte, Stickstoff reiche Gas vo*n dem zweiten Wärmeaustauscher (35) zu dem ersten Wärmeaustauscher (14b) gelangt, um
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    -4O-
    dort mit dem größeren Teil der verdichteten Einsatzluft zwecks Vorkühlung in Wärmeaustausch gebracht zu werden; eine Leitungsanordnung (18), über die weiter angewärmtes, stickstoffreiches Gas vom ersten Wärmeaustauscher (14b) zu der Einblasleitungsanordnung als das verhältnismäßig kalte, stickstoffreiche Gas gelangt;und eine Leitungsanordnung (65), über die Sauerstoffproduktgas aus der unter niedrigerem Druck arbeitenden Stufe (42) der Säule mit einem Druck von ,3,16 bis 9,84 ata austritt und dem zweiten Wärmeaustauscher (35) zugeführt wird, wo ein Wärmeaustausch mit der gereinigten, weiter verdichteten Luft als weiterer Teil der weiteren Abkühlung erfolgt.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine zweit· Turbine (64) zum Entspannen von aus dem oberen Ende der mit niedrigerem Druck arbeitenden Stufe (42) der Doppelsäule austretendem Stickstoffproduktgas auf einen niedrigeren Druck unter Leistung von äußerer Arbeit sowie durch
    ί·ίη· Leitungsanordnung, über die das arbeitsleistend entspannte Stickstoffproduktgas dem zweiten Wärmeaustauscher (35) zwecks Wärmeaustausch mit dmr gereinigten, weiter verdichteten Luft als weiterer Teil der weiteren Abkühlung zugeführt wird.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen mit der FlüssigkeitsUberfUhrungsleitungsanordnung (41) der Säule verbundenen dritten Wärmeaustauscher (43),der min-
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    destens einen Teil der mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit aus dem unteren Ende der unter höherem Druck arbeitenden Stufe (40) vor dem Einleiten in die unter niedrigerem Druck arbeitende Stufe (42) der Säule unterkühlt und mit der Leitungsanordnung (63) für das arbeitsleistend entspannte Stickstoffproduktgas zwecks Vorwärmen dieses Gases vor dem Zuführen zum zweiten Wärmeaustauscher (35) verbunden ist.
  16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen an die Flüssigkeitsüberführungsleitungsanordnung (41) der Säule angeschlossenen vierten Wärmeaustauscher (46) zum Unterkühlen mindestens eines Teils der mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit aus dem unteren Ende der unter höherem Druck arbeitenden Stufe (40) vor dem Einleiten in die unter niedrigerem Druck arbeitende Stufe (42) der Säule; eine erste Leitungsanordnung (63), die mit dem oberen Ende der unter niedrigerem Druck arbeitenden Stufe der Säule in Verbindung steht und über die das Stickstoffproduktgas zu dem vierten Wärmeaustauscher strömt sowie vorgewärmtes Stickstof fproduktgas von dem vierten Wärmeaustauscher abgeleitet wird; und eine zweite Leitungsanordnung (66), die mit einem mittleren Bereich der unter niedrigerem Druck arbeitenden Stufe verbunden ist und über die Stickstoffabgas zu dem vierten Wärmeaustauscher strömt sowie vorgewärmtes Stickstoffabgas von dem vierten Wärmeaustauscher abgeleitet wird.
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  17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine
    zweite Flüssigkeitsleitungsanordnung (51) zum Ableiten
    einer mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit aus einem mittleren Bereich der unter höherem Druck arbeitenden Stufe (4O) der Säule und zum Einleiten dieser Flüssigkeit in einen mittleren Bereich der unter niedrigerem Druck arbeitenden Stufe (42); durch einen fünften Wärmeaustauscher
    (52), der mit der zweiten Flüssigkeitsleitungsanordnung (51) und der Leitungsanordnung (60) der Säule zum Überführen von Stickstoffreicher Flüssigkeit in Verbindung steht und jede der Flüssigkeiten vor dem Einleiten in die unter niedrigerem Druck arbeitende Stufe unterkühlt; eine erste Gasleitungsanordnung (63), die mit dem oberen Ende der unter niedrigerem Druck arbeitenden Stufe der Säule in Verbindung steht und das Stickstoffproduktgas zum fünften Wärmeaustauscher leitet sowie vorgewärmtes Stickstoffproduktgas vom fünften Wärmeaustauscher ab- und der zweiten Turbine zuleitet; und eine
    " zweite Gasleitungsanordnung (66), die mit einem mittleren
    Bereich der unter niedrigerem Druck arbeitenden Stufe verbunden ist und Stickstoffabgas dem fünften Wärmeaustauscher zuführt sowie vorgewärmtes Stickstoffabgas vom fünften Wärmeaustauscher ableitet.
  18. 18. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
    ** ■
    die Einrichtung zur Beseitigung von Luftverunreinigungen
    mehrere selektive Adsorptionsabscheider (31, 32), eine Abzweigleitungsanordnung, deren eines Encje,. mit der Leitungs-
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    anordnung (66), über.die das vorgewärmte stickstoffreiche Gas vom zweiten zum ersten Wärmeaustauscher gelangt und deren anderes Ende mit dem Reinluftaustrittsende der Adsorptionsabscheider zwecks Zuleitung von vorgewärmtem, stickstoffreichem Gas verbunden ist, ©in in der Abzweigleitungsanordnung liegendes Gasgebläse (34b), einen in der Abzweigleitungsanordnung liegenden Gaserhitzer (34d), eine RUckleitungsanordnung, deren eines Ende mit der Leitungsanordnung (66) zwischen der Abzweigleitungsanordnung und dem ersten Wärmeaustauscher (14b) und deren anderes Ende mit dem Einladend· für Verunreinigungen enthaltende Einsatzluft der Adsorptionsabscheider verbunden ist, sowie eine Steuerventilanordnung aufweist, die mit den Lufteinlaß- und -austrittsenden der Adsorptionsabscheider verbunden und derart ausgelegt ist, da8 Einsatzluft durch einen Abscheider zwecks Adsorption von Verunreinigungen hindurchgeleitet und gleichzeitig mindestens «in anderer, zuvor mit Verunreinigungen beladener Abscheider regeneriert wird, indem durch den Abscheider erwärmtes stickstoffreiches SpUlgas hindurchgeleitet wird, worauf die Einsatzluft- und die stickstof freichen SpUlgasströme zwischen den Abscheidern periodisch umgeschaltet werden.
  19. 19. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen Abwärmekessel (24), eine Leitungsanordnung (22), Über die das arbeitsleistend entspannte, mit Stickstoff angereicherte Gasgemisch dem Kessel zugeleitet wird, eine Anordnung (23),
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    mittels deren dem Kessel Wasser zwecks Wärmeaustausch mit dem Gasgemisch zur Erzeugung von hochgespanntem Dampf zugeführt wird, eine Dampfturbine (28), die den hochgespannten Dampf unter Erzeugung von äußerer Arbeit auf einen niedrigeren Druck entspannt sowie eine drehbare Kupplungsanordnung, die die Dampfturbine mit der drehbaren Wellenanordnung (21) verbindet.
  20. 20. Vorrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch eine Leitungsanordnung (29), über die der entspannte, auf einem niedrigeren Druck stehende Dampf der Abschreckkammer (17) zum Abkühlen des heißen Verbrennungsgases zugeführt wird.
  21. 21. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein größerer Teil der weiter abgekühlten, weiter verdichteten Luft arbeitsleistend auf den Druck der unter höherem Druck arbeitenden Säule entspannt wird, ein zweiter kleinerer Teil der weiter abgekühlten, weiter verdichteten Luft noch weiter abgekühlt und verflüssigt wird durch Wärmeaustausch mit dem aus der unter niedrigerem Druck arbeitenden Rektifikationssäule abgegebenen stickstoffreichen Gas vor dem Wärmeaustausch mit der gereinigten, weiter verdichteten Luft, der auf diese Weise verflüssigte zweite kleinere Teil auf den Druck der unter höherem Druck arbeitenden Rektifikationssäule gedrosselt wird sowie der arbeitsleistend entspannte erste größere Teil und der gedrosselte verflüssigte zweite Teil der Luft der unter höherem Druck arbeitenden Rektifi-
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    • · · I
    - 45 kationssäule zugeführt werden.
  22. 22. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine in der Leitungsanordnung (3O1 91) liegende Turbine (93) zum Entspqnnen eines ersten größeren Teils der weiter abgekühlten, gereinigten, weiter verdichteten Luft auf den Druck der un~ ter höherem Druck arbeitenden Rektifikationsstufe (40), einen weiteren Wärmeaustauscher (94) zum noch weiteren Abkühlen und Verflüssigen eines zweiten kleineren Teiles der weiter abgekühlten, gereinigten, weiter verdichteten Luft, der mit der Leitungsanordnung (66, 61) derart verbunden ist, daS das stickstoffreiche Gas dem Wärmeaustauscher als Kühlmittel zugeführt und von dort dem zweiten Wärmeaustauscher (35) zugeleitet wird, durch eine Einrichtung (97) zum Drosseln des verflüssigten zweiten kleineren Teiles auf den Druck der unter höherem Druck arbeitenden Rektifikationsstufe sowie durch eine Leitungsanordnung zum Einleiten der auf diese Weise gedrosselten Flüssigkeit in die unter höherem Druck arbeitende Rektifikationsstufe.
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