DE2204376A1 - Thermisches Kreislaufverfahren zur Verdichtung eines Strömungsmittels durch Entspannung eines anderen Strömungsmittels - Google Patents

Thermisches Kreislaufverfahren zur Verdichtung eines Strömungsmittels durch Entspannung eines anderen Strömungsmittels

Info

Publication number
DE2204376A1
DE2204376A1 DE19722204376 DE2204376A DE2204376A1 DE 2204376 A1 DE2204376 A1 DE 2204376A1 DE 19722204376 DE19722204376 DE 19722204376 DE 2204376 A DE2204376 A DE 2204376A DE 2204376 A1 DE2204376 A1 DE 2204376A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
zone
column
pressure
low pressure
volatile fluid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19722204376
Other languages
English (en)
Inventor
Jean-Renaud Paris Brugerolle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from FR7103262A external-priority patent/FR2143986A5/fr
Application filed by LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Publication of DE2204376A1 publication Critical patent/DE2204376A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
    • F25J3/04654—Producing crude argon in a crude argon column
    • F25J3/04709—Producing crude argon in a crude argon column as an auxiliary column system in at least a dual pressure main column system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K17/00—Using steam or condensate extracted or exhausted from steam engine plant
    • F01K17/04—Using steam or condensate extracted or exhausted from steam engine plant for specific purposes other than heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/06—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using mixtures of different fluids
    • F01K25/065—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using mixtures of different fluids with an absorption fluid remaining at least partly in the liquid state, e.g. water for ammonia
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B23/00—Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • F25B9/004—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04078—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression
    • F25J3/0409—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression of oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04187—Cooling of the purified feed air by recuperative heat-exchange; Heat-exchange with product streams
    • F25J3/04193—Division of the main heat exchange line in consecutive sections having different functions
    • F25J3/04206—Division of the main heat exchange line in consecutive sections having different functions including a so-called "auxiliary vaporiser" for vaporising and producing a gaseous product
    • F25J3/04212—Division of the main heat exchange line in consecutive sections having different functions including a so-called "auxiliary vaporiser" for vaporising and producing a gaseous product and simultaneously condensing vapor from a column serving as reflux within the or another column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/0429—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of feed air, e.g. used as waste or product air or expanded into an auxiliary column
    • F25J3/04303—Lachmann expansion, i.e. expanded into oxygen producing or low pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/04309—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/0446—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using the heat generated by mixing two different phases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/0446—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using the heat generated by mixing two different phases
    • F25J3/04466—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using the heat generated by mixing two different phases for producing oxygen as a mixing column overhead gas by mixing gaseous air feed and liquid oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04769—Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
    • F25J3/04812—Different modes, i.e. "runs" of operation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/04—Processes or apparatus using separation by rectification in a dual pressure main column system
    • F25J2200/06—Processes or apparatus using separation by rectification in a dual pressure main column system in a classical double column flow-sheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/34—Processes or apparatus using separation by rectification using a side column fed by a stream from the low pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/02—Mixing or blending of fluids to yield a certain product
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/50—Oxygen or special cases, e.g. isotope-mixtures or low purity O2
    • F25J2215/52—Oxygen production with multiple purity O2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
    • F25J2220/50—Separating low boiling, i.e. more volatile components from oxygen, e.g. N2, Ar
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/50—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/58—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being argon or crude argon
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/30—External or auxiliary boiler-condenser in general, e.g. without a specified fluid or one fluid is not a primary air component or an intermediate fluid
    • F25J2250/50—One fluid being oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/02—Internal refrigeration with liquid vaporising loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/10—Mathematical formulae, modeling, plot or curves; Design methods

Description

Dr. Hans-Heinridi Willrath D _ 62 Wiesbaden 2 8. Jan. 19 7
Dr. Dieter Weber Postfadi 1327 I#/gs
FV Ι ΠΙ. IZl C -CC ^. Gustav-Freytag-StraSeK
Dipl.-Phys. Klaus beiftert vwmaan
Telegrammadresse: WILLPATENT PATENTANWÄLTE
Serie 1836
L'Air Liquide, Societe Anonyme pour I1Etude et I1Exploitation des Procedes Georges Claude,
75, Quai d'Orsay 75 - Paris 7e, Frankreich
Thermisches Kreislaufverfahren zur Verdichtung
eines Strömungsmittels durch Entspannung
eines anderen Strömungsmittels
Priorität; vom 1. Februar 1971, Nr. 71 03262 in
Frankreich
Die Erfindung betrifft Verfahren mit mindestens einem thermischen Kreisprozess, der die Verdichtung eines weniger flüchtigen Strömungsmittels durch Entspannung eines flüchtigeren Strömungsmittels gestattet, sowie Anlagen mit einem thermischen System, das die Durchführung dieses thermischen Kreislaufprozesses gestattet. Die Erfindung ist anwendbar auf verschiedene technische Gebiete,unter denen die Destillation eines Gemisches aus mehreren Bestandteilen ,wie insbesondere Luft, die Erzeugung mechanischer Energie, Kälteerzeugung usw. zu erwähnen sind.
20983Λ/1071
Zahlreiche industrielle, physikalische oder chemische Verfahren zur Lieferung einer Energie, z. B. in mechanischer oder thermischer Form, oder zur Herstellung eines Erzeugnisses verbrauchen selbst bei günstigster Gesamtausbeute eine Energie, die erheblich größer ist als die theoretisch für die Abgabe dieser Energie oder für die Herstellung des Erzeugnisses erforderliche Energie. Wenn es aus verschiedenen Gründen unmöglich ist, das angewandte Verfahren durch ein anderes leistungsfähigeres zu ersetzen und wenn die verbrauchte Energie einen wesentlichen Anteil des Preises der abgegebenen Energie oder des hergestellten Erzeugnisses darstellt, ist es wesentlich, in irgendeiner Form den verbrauchten Energieüberschuß mindestens teilweise durch irgendein geeignetes Mittel zurückzugewinnen. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise ein unter hehem Druck zur Verfügung stehendes Gas in einer Entspannungsturbine entspannen,um in mechanischer Form mindestens einen Teil der zur Verdichtung eines anderen oder des identischen Gases in einem Kompressor verbrauchten Energie zurückzugewinnen.
Diese Überlegungen lassen sich anhand der gegenwärtigen Verfahren zur Sauerstofferzeugung durch fraktionierte Destillation von Luft erläutern. Bei diesen Verfahren wird im allgemeinen eine Doppelrektifizierkolonne verwendet, in der die Luft in Sauerstoff und Stickstoff zerlegt wird. Unter den gegenwärtigen wirtschaftlichen Bedingungen stellt die zur Verdichtung der zu destillierenden Luft verbrauchte Energie ungefähr die Hälfte des Preises dee erzeugten Sauerstoffes dar. Wenn man überlegt,
209834/1071
daß die Ausbeuten der verschiedenen Stufen dieser Verfahren (Wärmeaustausch, Entspannung von Flüssigkeiten und Gasen usw.) das Optimum betragen, so bleibt nichtsdestoweniger die verbrauchte Energie weit oberhalb der theoretisch zur Abtrennung des Sauerstoffs aus der Luft erforderlichen Energie. Der Mitteldruck der unteren Kolonne hängt nämlich nur von den relativen Siedepunkten des Sauerstoffs und Stickstoffs ab. Infolgedessen ist der Energieaufwand unabhängig von der Zusammensetzung der Einspeisung der Doppelkolonne. Im Falle von Luft entspricht ihre Zusammensetzung (21% Sauerstoff) nicht der Grenze der Möglichkeiten des Kreisprozesses mit Doppelkolonne. Man verbraucht daher ein tibermaß an Energie. Bisher ist man nur in der lage, diesen Energieüberschuß in Form von Kälteenergie zurückzugewinnen, die verfügbar ist, um einen Teil der Produkte in flüssigem Zus^tand zu erhalten. In gewissen Fällen ist es interessant, mindestens einen Teil dieser Überschußenergie in Form einer Kompressionsenergie zurückgewinnen und so eines der Produkte der Luftdestillation wiederverdichten aa können.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe der Schaffung eines thermischen Kreisprozesses gestellt, der · es bei jedem Verfahren gestattet, mindestens einen Teil eines Energieüberschusses, der durch diese Verfahren verbraucht wurde, insbesondere einen Energieüberschuß, der in einem Trennverfahren durch Destillation verbraucht wurde, in Form einer Kompressionsenergie zurückzugewinnen.
209834/1-071
Das erfindungsgemäße Verfahren mit einem thermischen Kreisprozess nach der Erfindung zur Verdichtung eines weniger flüchtigen Strömungsmittels durch Entspannung eines flüchtigeren Str*"-mungsmittels ist dadurch gekennzeichnet, daß man während des Kreisprozesses mindestens das in einer Fraktioniertrennzone zur Verfügung stehende weniger flüchtige Strömungsmittel unter einem Niederdruck mit mindestens einer höchstens ebenso flüchtigen leichten Fraktion wie das flüchtigere Strömungsmittel in der mindestens unter dem Niederdruck arbeitenden Zone der fraktionierten Trennung im Gegenstrom in Flüssigkeit-Dampfgleichgewicht setzt, unter einem Niederdruck das flüchtigere Strömungsmittel und mindestens eine schwere Fraktion, die mindestens ebenso flüchtig wie das weniger flüchtige Strömungsmittel ist, gewinnt und daß man nach Verdichtung mindestens einer schweren Fraktion von einem Niederdruck auf mindestens einen hohen Druck in einer mindestens unter dem hohen Druck arbeitenden Fraktioniermischzon^iindestens das in dieser Mischzone unter einem hohen Druck verfügbare flüchtigere Strömungsmittel mit mindestens einer schweren Fraktion im Gegenstrom in Flüssigkeit-Dampfgleichgewlcht setzt und unter einem hohen Druck mindestens das weniger flüchtige Strömungsmittel gewinnt.
Die erwähnten weniger und mehr flüchtigen Strömungsmittel, die schwere Fraktion und die leichte Fraktion können jede für sich ein reiner Körper oder ein Gemisch reiner Körper sein.
Unter der fraktionierten Trennzone versteht man einen Gesamtaufbau mit einer oder mehreren fraktionierten Trennkolonnen, die
- 209834/1071
unter einem niedrigen Druck arbeiten. Im Falle von mehreren Trennkolonnen können diese unter identischen oder verschiedenen niedrigen Drücken arbeiten, sie künnen untereinander verbunden und miteinander thermisch, beispielsweise vermittels eines Verdampfer-Kondensators, vereinigt sein.
Unter der fraktionierten Mischzone 1st ein Gesamtaufbau aus einer oder mehreren fraktionierten Mischkolonnen zu verstehen, die unter einem hohen Druck arbeiten. Im Falle von mehreren Mischkolonnen können diese unter identischen oder verschiedenen hohen Drücken arbeiten, sie können unter sich verbunden sein und sie können untereinander thermisch, z. B. vermittels eines Verdampfer-Kondensators vereinigt sein.
Unter einem Gegenstrom-Flüssigkeit-Dampfgleichgewicht ist ein Austausch von Material und Wärme zwischen einer flüssigen Phase und einer Dampfphase zu verstehen, die im Gegenstrom umlaufen, wie dies in einer Rektifizier- oder Waschsäule der Fall ist.
Unter einer Mischkolonne ist dso eine Kolonne zu verstehen, die Einrichtungen zur Herstellung eines Flüssigkeits-Dampfgleichgewichtes aufweist, wie Böden, Füllkörper usw., die eine bestimmte Anzahl theoretischer Böden definieren, wobei in die Kolonne die schweren Produkte oben und die leichten Produkte am Boden eingeführt werden und man gegebenenfalls ein Gemisch dieser Produkte in einer Zwischenzoae aus der Kolonne abführt.
Ein thermischer Kreis lauf prozess gemäß der Erfindung gestaltet
209834/1071
daher,bei jedem Verfahren durch Wahl =nv5 Entspannung eines geeigneten in dem betreffenden Prozess unter aine'n hohen Druck zur Verfügung stehenden flüchtigeren Strömungsmittels, ein geeignetes unter einem niedrigen Druck zur Verfügung ste~ hendes weniger flüchtiges Strömungsmittel zu komprimieren und so mindestens einen Teil der im Überschuß verbrauchten
weniger
Energie in Form einer Verdichtung des /flüchtigen Strömungsmittels zurückzugewinnen.
Bei einem fraktionierten Destillierverfahren, das die Abtrennung eines schweren und eines leichten Bestandteiles aus einem Gemisch gestattet, ermöglicht der thermische Kreislaufprozess gemäß der Erfindung,mindestens einen Teil der abgeführten Energie in Form einer Verdichtung eines weniger flüchtigen Strömungsmittels zurückzugewinnen, indem man für die Entspannung ein in dem durchgeführten Verfahren verfügbares flüchtigeres Strömungsmittel wählt. Falls bei dem angewandten Destillierverfahren eine Destillierzone eingesetzt wird, die unteymindesEns einem niedrigen Druck arbeitet, ist es besonders vorteilhaft, die in der Destillierzone zur Verfügung stehenden Mittel der fraktionierten Trennung zu benutzen, um gemäß dem thermischen Kreisprozess nach der Erfindung das Gegenstrom-Flüssigkeit-Dampfgleichgewicht mindestens des weniger flüchtigen Strömungsmittels mit mindestens einer leichten Friction in der Destillierzone zu bewirken. Es ist also vorteilhaft, die Fraktionier-Trennzone des angewandten thermischen Kreislaufprozesses in die fraktionierte Destillierzone äes Destillierverfahrens zu integrieren.
209834/1071
Die Anwendung des thermlsc^-i* Kreisprcss-na^e r?~,ck der Erfindung auf ein Destlllierverft^rsn yes ca-.viet, einen anderen, Starch. die Erfindung gewonnenen Vorteil sm erläuternf wobei man von der Verdichtung des weniger flüchtigen Strömungsmittels oder der Entspannung des flüchtigen 3-er oraung »mittels ausgeht. Wenn die Erfindung gestattet, mindestens einen Teil der in irgendeinem Verfahren verbrauchten Eaergie zurückzugewinnen/kann man außerdem in gewissen Fällen, sagenf αεβ die Erfindung letzten Endes gestattet, Frigorienoder Kalorien wieder zu veredeln und damit letztere zurüciczugewirmenj, vm eine ergänzende Wäraie- oder Kälteenergie zu erssug-^n, die mindestens einen Teil der durch dieses Verfahren verbrauchten Energie kompensiert. In diesen Fällen gestattet schließlich der thermische Kreisprozess nach der Erfindung, mindestens ©inen Teil der verbrauchten Energie in Form von Kälte oder Wärme zurückzugewinnen.
Wenn also das ganze in dem durchgeführten Destillierverfahren
weniger
verfügbare/flüchtige. Strömungsmittel von einem niedrigen Druck auf einen hohen Druck verdichtet wird, kann dies besagen, daß seine vorher auf einem niedrigen Temperaturniveau verfügbare Wärme (beispielsweise durch Kondensation) jetzt auf einem hohen Temperaturniveau verfügbar ist« In gewissen Fällen wird es dann möglich, diese wiederveredelte Wärme mit irgendeinem anderen Strömungsmittel des angewandten Verfahrens auszutausfren , also in Form von Wärme mindestens einen Teil der für die Durchführung der Destillation verbrauchten Energie zurückzugewinnen und folglich die Ausbeute &&r letzteren zu verbessern.
209834/1071
Ebenso kann dies bedeuten, daß, wenn das ganze in dem angewandten Destillierverfahren verfügbare flüchtigere Strömungsmittel von einem hohen Druck auf einen niedrigen Druck entspannt wird, seihe zuvor auf einem hohen Temperaturniveau (z. B. durch Verdampfung) verfügbare Kälte £tzt auf einem niedrigen Temperaturniveau zur Verfügung steht. Es wird dann in gewissen Fällen möglich, diese so veredelte Kälte mit irgendeinem anderen Strömungsmittel des angewandten Verfahrens auszutauschen, und damit in Form von Kälte mindestens einen Teil der für die Durchführung der Destillation verbrauchten Energie zurückzugewinnen.
Bei einem Verfahren zur fraktionierten Destillation von Luft, das die Abtrennung von Sauerstoff und mindestens von Stickstoff gestattet, ermöglicht der thermische Kreisprozess nach der Erfindungen der selben Weise mindestens einen Teil der ganzen für die Zerlegung der Luft überschüssig verbrauchten Energie an mindestens einem seiner Bestandteile zurückzugewinnen, indem man ein in dem Verfahren zur Verfügung stehendes weniger flüchtiges Strömungsmittel durch Entspannung eines andaren flüchtigeren Strömungsmittels verdichtet. Wenn die angewandte Destillierzone mindestens eine Destillierkolonne unter iledrigem Druck und eine andere Destillierkolonne unter einem Mitteldruck oberhalb des niedrigen Druckes in thermischer Vereinigung vermittels eines Verdampfer-Kondensators aufweist, ist es besonders -vorteilhaft, die Mittel des Flüssigkeit-Dampfgleichgewichtes der Niederdruckkolonne auszunutzen, indem man die Zone der fraktionierten Trennung des thermischen Kreisprozesses in die Nieder-
209834/1071
druckkolonne integriert.
Wenn ein thermischer Kreisprozess nach der Erfindung bei einem Destillationsverfahren gestattet, mindestens einen Teil der verbrauchten Energie, insbesondere in Form von Wärme» zurückzugewinnen, gestattet dieser Kreisprozess in-dessen in einem allgemeinen Fall, gleichzeitig ein Strömungsmittel zu komprimieren und ein anderes Strömungsmittel zu entspannen. In diesem Sinn vereinigt sich das thermische System, das die Durchführung des thermischen Kreisprozesses i nach der Erfindung gestattet, in einer Gruppe, die einen Kompressor und eine Entspannungsturbine auf derselben Welle aufweist. Die Eigenartigkeit eines thermischen Systems nach der Erfindung beruht in der Tatsache, daß die Kompression und die Entspannung ohne anderes mechanisches Organ vorgenommen werden, äs eine oder mehrere Pumpen, welche die Verdichtung einer Flüssigkeit gestatten.
Es hat sich erwiesen, daß ein thermischer Kreisprozess nach der Erfindung auf anderen technischen Gebieten als vorstehend erwähnt, ausgenutzt werden kann. Unter anderem sei die Erzeugung mechanischer Energie (Arbeit liefernde Kreisprozesse) und die Kühlung (Kältekreisprozesse) genannt. Wenn man bei einem thermischen Kreisprozess nach der Erfindung das auf einen hohen Druck verdichtete weniger flüchtige Strömungsmittel in irgendeiner geeigneten Vorrichtung entspannt, welche die Erzeugung mechanischer Arbeit gestattet, wie insbesondere in einer Entspannungsturbine, transßrmiert man so einen thermischen Kreisprozess
209834/1071
nach der Erfindung in einen Arbeit leistenden Kreisprozess um, der mechanische Energie liefert. In diesem Falle genügt es, das weniger flüchtige Strömungsmittel nach Entspannung von Hochdruck auf Niederdruck in die fraktionierte Trennzone zu recyclieren und das von einem Niederdruck auf Hochdruck wiederverdichtete flüchtigere Strömungsmittel in die Zone der fraktionierten Vermischung zu recyclieren.
Bei diesen Anwendungen auf Arbeit leistende Kreisprozesse integriert sich ein thermischer Kreisprozess nach der Erfindung besonders gut in einen Kreisprozess mit Wasserdampf, der einen Hilfszyklus mit Ammoniak aufweist, und diese beiden Bestandteile bilden dann das weniger flüchtige und das flüchtigere Strömungsmittel.
Wenn man bei einem thermischen Kreislaufprozess nach der Erfindung das auf Hochdruck komprimierte weniger fl-üchtige Strömungsmittel mit irgendeinem geeigneten Mittel, insbesondere durch Außenkühlung, z. B. mit Wasser, kondensiert und wenn man das weniger flüchtige kondensierte Strömungsmittel entspannt und unter Niederdruck verdampft, um Kälte zu erzeugen, transformiert man so einen thermischen Kreisprozess nach der Erfindung in eine Kühlstufe, deren Kühlmittel aus dem weniger flüchtigen Strömungsmittel selbst besteht. In diesem Fall genügt es, das Kühlmittel oder verdampfte weniger flüchtige Strömungsmittel durch Entspannung eines flüchtigeren Strömunsmittels als das Kühlmittel wieder zu verdichten, also das verdampfte Kühlmittel in die Trennzone des Wärmekreisprozesses zu recyclieren.
209834/1071
Die Erfindung betrifft auch jegliche Anlage, die ein System für die Durchführung eines thermischen Kreisprozesses nach der Erfindung gestattet. Ein solches thermisches System nach der Erfindung besitzt eine Zone für fraktionierte Trennung, die unter mindestens einem niedrigen Druck arbeitet, und eine Zone für fraktionierte Vermischung, die unter mindestens einem hohen Druck arbeitet, wobei diese beiden Zonen Mittel zur Einstellung eines Gegenstromflüssigkeit-Dampfgleichgewichtes, ins-
und
besondere Böden, mindestens eine Verbindungsleitung von der Trennzone zur Mischzone,in der eine Kompressionseinrichtung angeordnet ist, mindestens eine andere Verbindungsleitung von der Mischzone zur Trennzone, in der eine Entspannungseinrichtung angeordnet ist, aufweisen.
Nachstehend wird die Erfindung in ihrer Allgemeinheit und ihren besonderen Ausführungsformen gemäß technischen Gebieten, auf denen sie anwendbar ist, unter Bezugnahme auf die Bezeichnung beschrjäoen. Es sei betont, daß in allen Figuren identische oder ähnliche Bauteile durch dieselben Bezugszahlen bezeichnet sind.
Fig. 1 zeigt das thermische Grundsystem, das die Durchführung eines thermischen Kreisprozesses nach der Erfindung zur Verdichtung eines Strömungsmittels durch Entspannung eines anderen Strömungsmittels gestattet.
Fig. 2 und 3 geben schematisch eineiyfcheoretischen Boden der Größenordnung ρ mit einer Kolonne für fraktionierte Trennung bzw. einer Kolonne für fraktionierte Vermischung bei einem thermischen
209834/1071
Kreisprozess nach der Erfindung wieder.
Fig. 4 und 5 geben schematisch dieselbe Trennkolonne und Mischkolonne übereinstimmend mit den in Fig. 2 und 3 verwendeten Symbolen wieder.
Fig. 6 zeigt grafisch in Beziehung zu Fig. 4 und 5 in ähnlicher Weise, wie die Methode von Mac Cabe und Thiele, die Flüssigkeit-Dampf gleichgewichte, die sich in der Trennkolonne und der Mischkolonne eines Kreisprozesses gemäß der Erfindung einstellen.
Fig. 7 zeigt eine Destillationsanlage, die die Abtrennung eines schweren Bestandteiles und eines leichten Bestandteiles aus einem Gemisch gestattet. Diese Anlage besitzt ein thermisches System gemäß der Erfindung.
Fig. 8 zeigt eine Anlage zur Zerlegung von Luft in Sauerstoff und Stickstoff, integriert mit einem thermischen System nach der Erfindung zur Erzeugung von Sauerstoff unter Druck.
Fig. 9 zeigt eine andere Luftzerleguigsanlage mit einem thermischen System nach der Erfindung integriert zur Erzeugung von Sauerstoff unter Druck.
Fig. 10 zeigt noch eine andere Anlage zur Luftzerlegung Integriert mit einem thermischen System nach der Erfindung zur Erzeugung mindestens eines· Teiles des Sauerstoffes in flüssiger Form.
209834/1071
Fig. 11 zeigt eine Anlage zur Erzeugung mechanischer Energie integriert mit einem thermischen System nach der Erfindung.
Fig. 12 zeigt eine Kühlanlage integriert mit einem thermischen System nach der Erfindung.
Gemäß Fig. 1 besteht ein thermisches System nach der Erfindung für die Verdichtung eines weniger flüchtigen Strömungsmittels durch Entspannung eines flüchtigeren Strömungsmittels im wesentlichen aus einer Zone für fraktionierte Vermischung 1, welche eine einzige Kolonne für fraktionierte Vermischung, welche unter hohem Druck arbeitet, und eine Zone für fraktionierte Trennung mit einer einzigen fraktionierten Trennkolonne, die unter niedrigem Druck arbeitet, aufweist. Die Mischkolonne und die Trennkdonne besitzen Einrichtungen, die die Herstellung eines Flüssigkeit-Dampfgleichgewichtes gestatten, wobei eine Flüssigkeit und ein Gas in diesen Kolonnen im Gegenstrom umlaufen; dies sind im allgemeinen Böden oder irgendeine geeignete Füllung. Eine Leitung 50, in der eine Kompressionseinrichtung oder Pumpe 51 angeordnet ist, verbindet den unteren Teil der Trennkolonne 2 mit dem oberen Teil der Mischkolonne 1. Eine erste andere Leitung 52, in der eine Entspannungseinrichtung oder ein Entspannungsventil 53 angeordnet ist, verbinden den unteren Teil der Mischkolonne 1 mit dem oberenTeil der Trennkolonne 2. Eine andere zweite Leitung 54, in der eine Entspannungseinrichtung oder ein Entspannungsventil 55 angeordnet ist, verbindet einen mittleren Teil der Mischkolonne mit einem mittleren Teil der Trennkolonne.
209834/1071
Im Betrieb gestattet der thermische Kreisprozess nach der Erfindung/ein weniger flüchtiges Strömungsmittel durch Entspannung eines flüchtigeren Strömungsmittels zu verdichten. Zu diesem Zweck wird mindestens das unter Niederdruck im Gaszustand durch Leitung 15 in den Sumpf der Fraktioniertrennkolonne 2 ankommende flüchtigere Strömungsmittel im Gegenstrom in Flüssigkeit-Dampfgleichgewicht in dieser Niederdruckkolonne mit mindestens einer ersten leichten Fraktion von geringerer Flüchtigkeit als diejenige des flüchtigeren Strömunjmittels gesetzt, die im flüssigen Zustand durch Leitung 52 unter Niederdruck am Kopf der Trennkolonne 2 eintritt, sowie mit mindestens einer zweiten leidten Fraktion einer Flüchtigkeit zwischen derjenigen des weniger flüchtigen Strömungsmittels und derjenigen des flüchtigeren Strömungsmittels, das im flüssigen Zustand durch leitung 54 unter Niederdruck in eine Zwischenzone der Trennkolonne 2 eintritt. Man erhält so unter Niederdruck im Sumpf der Kolonne 2 mindestens eine schwere Fraktion von höherer Flüchtigkeit als diejenige des weniger flüchtigen Strömungsmittels, das durch Leitung 50 in flüssiger Form abgezogen wird, und am Kopf der Kolonne 2 mindestens das flüchtigere Strömungsmittel unter Niederdruck, das im Gaszustand durch Leitung 16 abgezogen wird.
Die durch Leitung 50 abgezogene schwere Fraktion wird dann von Niederdruck auf Hochdruck in der Pumpe 51 komprimiert und dann immer im flüssigen Zustand am Kopf der fraktionierten Mischkolonne 1 eingeführt. Sie wird dann in der Mischkolonne 1 unter Hochdruck mit mindestens dem weniger flüchtigen Strömungsmittel im Gegenstrom in Flüssigkeit-Dampfgleichgewicht gesetzt, das im
209834/1071
Gaszustand unter Hochdruck in dem Sumpf der Mfechkolonne 1 durch Leitung 17 eintritt. Man erhält so am Kopf der Kolonne 1 mindestens das weniger flüchtige Strömungsmittel im Gaszustand, das unter Hochdruck durch Leitung 18 abgezogen wird. Auch erhält man im Sumpf und in einer Zwischenzone der Mischkolonne 1 in flüssigem Zustand und unter Hochdruck die erste leichte Fraktion, die durch Leitung 52 abgezogen wird, bzw. dte zweite leichte Fraktion, die durch Leitung 54 abgezogen wird. Diese beiden leichten Fraktionen werden nach Entspannung von Hochdruck auf Niederdruck in den Ventilen 53 bzw. 55 wieder in die fraktionierte Trennkolonne 2 unter Niederdruck eingeführt, um in dieser Kolonne mit mindestens der weniger flüchtigen Fraktion im Gegenstrom in Flüssigkeit-Dampfgleichgewicht gesetzt zu werden. Dank des thermischen Kreisprozesses gemäß der Erfindung haben also das flüchtigere und das weniger flüchtige Strömungsmittel ihre Drücke ausgetauscht. Beispielshalber ist es mit einem Wärmekreisprozess gemäß Fig. 1 möglich, Propylengas durch Entspannung von Äthylengas zu komprimieren.
Natürlich können die Zuleitung zu der Mischkolonne 1 und der Trennkolonne 2 und die Abführung aus diesen beliebig in Form von Flüssigkeit, Gas und in zwei Phasen erfolgen. Dies hat nur Einfluss auf die Wärme- und Kältemengen, die in die Zone 2 der fraktionierten Trennung und Zone 1 der fraktionierten Mischung eingeführt werden.
Alle Methoden für die Berechnung und Bestimmung einer Destillationskolonne, insbesondere die Zahl der für die Destillation erforder-
209834/1071
lichen theoretischen Böden,können benutzt werden, um insbesondere die Zahl der für das in der fraktionierten Mischkolonne 1 bzw. in der fraktionierten Trennkolonne 2 hergestellte Flüssigkeit-Dampfgleichgewiht notwendigen theoretischen Böden zu bestimmen. Dies gilt für die Methode von Mac Cabe und Thiefe, die es im Falle einer Defcillation gestattet, die Zahl der erforderlichen theoretischen Böden entsprechend den Reinheiten der in eine Destillationskolonne eingeführten und aus ihr abgezogenen Produkte zu berechnen. Wie die nachstehenden Ausführungen, die gemäß Fig. 2 bis 6 durchgeführt wurden, zeigen, gestattet die Methode von Mac Cabe und Thiele, im Falle eines thermischen Kreisprozesses nach der Erfindung,die Zahl der für die in der Kolonne 2 vorgenommene fraktionierte Trennung und für die in der Kolonne 1 vorgenommene fraktionierte Vermischung erforderlichen Bödenzahlen leicht und grafisch zu berechnen.
Wenn man dieselben Berechnungs-hypothesen wie bei der Methode von Mac Cabe und Thiele anwendet, d. h.: die Verdampfungswärmen der in der Mischkolonne 1 und in der Trennkolonne 2 eingesetzten reinen Körper sind im wesentlichen gleich und die spezifischen Wärmen dieser Körper sind im wesentlichen gleich, so ist es möglich; dieselbe Schlußfolgerung für das Niveau eines theoretischen Bodens der Ordnung p, bei einer Trenn- oder Mischkolonne nach der Erfindung anzustellen, wie sie für das Niveau eines theoretischen Bodens einer Destillierkolonne nach der Methode von Mac Cabe und Thiele erfolgt.
Wenn man mit A bzw. B einen flüchtigeren reinen und einen weniger
209834/1071
flüchtigen reinen Bestandteil bezeichnet, denen das flüchtigere Strömungsmittelund das weniger flüchtige Strömungsmittel (bezüglich ihrer Reinheiten annähernd) gleichstellbar sind und wenn man mit χ und y die Gehalte am flüchtigeren Bestandteil A (ausgedrückt in Mol.-%) einer flüssigen bzw. einer gasförmigen Phase, die auf demselben theoretischen Boden in Gleichgewicht stehen, bezeichnet, kann man sagen, daß bei einem Boden der Ordnung ρ einer Trennkolonne 2 (s. Fig. 2) bei Aufbringung einer Flüssigkeitsströmungsmenge eines Strömungsmittels I vom Gehalt xp + 1 und einer Gasströmungsmenge eines Strömungsmittels J vom Gehalt yp - 1 auf diesen Boden man von dem Boden der Ordnung ρ eine Flüssigkeitsströmungsmenge L vom Gänalt xp gleich der Flüssigkeitsströmungsmenge des Strömungsmittels I und einer Gasströmungsmenge G vom Gehalt yp gleich der Gasströmungsmenge des Strömungsmittels J abzieht, wobei Flüssigkeit L und Gas G
Gleichgewicht
aus im/stehenden ' Gemischen der Bestandteile A und B bestehen.
Wenn man die Eintrittsrichtung der Strömungsmittel I und J umkehrt (vergleiche Fig.3), das Strömungsmittel I, also jetzt in Gasform, und das Strömungsmittel J als Flüssigkeit ankommen, erhält man einen theoretischen Boden der Ordnung ρ einer Mischkolonrie 1 eines Wärmekreisprozesses nach der Erfindung. In diesem Fall haben die Flüssigkeit L und das Gas G beim Verlassen des Bodens der Ordnung ρ absolut identische Gehalte an flüchtigerem Bestandteil A und weniger flüchtigem Bestandteil B, wie Flüssigkeit L und Gas G beim Verlassen des Bodens der Ordnung ρ in der Darstellung nach Fig. 1. Die Stoffbilanzen der Böden der Ordnung ρ nach Fig. 2 bzw. Fig. 3 bleiben nämlich dieselben.
209834/1071
Wenn man die für einen Boden der Ordnung ρ durchgeführte Überlegung von Ort zu Ort auf alle Böden verallgemeinert, bestimmt man im ersten Fall (vergleiche Fig. 4) die in Fig. 1 dargestellte " fraktionierte Trennkolonne und im zweiten Fall (vergleiche Fig. 5) die in Fig. 1 dargestellte fraktionierte Mischkolonne 1. Man stellt fest, daß die Misch- und Trennkolonnen 1 und 2 in umgekehrter Weise arbeiten.
Wenn man berücksichtigt, daß wie bei der Methode von Mac Cabe und Thiele die Flüssigkeitsströmungsmenge L und die Gasströmungsmenge G,die im Gegenstrom zueinander umaufen, unveränderlich über die Länge der Mischkolonne 1 bzw. die Länge der Trennkolonne 2 sind, kann man leicht nachweisen, daß:
1) im Falle der fraktionierten Trennkolonne 2 die Koordinatenpunkte (χ η + 1, yn), (xn, yn-1) usw. auf derselben Rückflußgeraden von der Schrägung L/G liegen, die Koordinatenpunkte (yo, χ ), (Yw x2) usw. auf derselben Verarmungsgeraden von der Schrägung L'/C liegen und diese beiden Geraden innerhalb der Gleichgewichtskurve unter Niederdruck liegen (vergleiche Fig. 6),
2) im Falle der frationierten Mischkolonne 1 die Koordinatenpunkte (y'n, x'n + 1), (y'n - 1, x'n) usw. auf derselben Verarmungsgeraden und von der Schrägung L'/C liegen, während die Koordinatenpunkte (y'o, x'l), (y'l, x'2) auf derselben Rückflußgeraden von der Schrägung L/G liegen. Diese beiden Geraden liegen außerhalb der Kurve des Gleichgewichtes unter Hochdruck (vergleiche Fig. 6).
209834/1071
Aufgrund des vorstehenden Beweises sind die Rückflußgeraden der Mischkolonne und der Trennkolonne identisch. Dasselbe gilt für die Verarmungsgeraden. Diese beiden Geraden liegen im Inneren des von den Niederärucl&irven und Hochdruckkurven gebildeten Bündels (vergleiche Fig. 6).
Es ist daher wie bei der Methode von Mac Cabe und Thiele möglich, wie in Fig. 6 unter Bezugnahme auf Fig. 4 und 5 das Flüssigkeit-Dampf gleichgewicht grafisch darzustellen, das in der Mischkolonne 1 bzw. in der Trennkolonne 2 eingestellt wird. In dieser Figur sind die Flüssigkeit-Dampfgleichgewichtskurven der Bestandteile A und B in vollen Linien für den Hochdruck (Kolonne 1) und in gestrichelten Linien für den Niederdruck (Kolonne 2) wiedergegeben. Es ist also festzustellen, daß die Rückflußgeraden L/G und die Verarmungsgeraden L1/G1 zwischen den beiden Gleichgewi chtskurven liegen und daß die Zahl der Stufen weniger 1, die zwischen der gestrichelten Kurve und den Rückfluß- und Verarmungsgeraden und zwischen der ausgezogenen Kurve und denselben Geraden liegen, die Zahl der erforderlichen Böden für die fraktionierte Trennung bzw. fraktioniette Vermischung bestimmt.
Eine Betrachtung der Fig. 6 gestattet leicht, die Bedeutung eines Abzuges aus einer Zwischenzone der Mischkolonne 1 und einer entsprechenden Einführung in eine Zwischenzone der Trennkolonne 2 zu verstehen. Wenn dieser Abzug nicht vorhanden wäre, würden die Rückfluß- und Verarmungsgeraden für die beiden Kolonnen entsprechend einem Geradensegment verschmelzen, das zwischen den beiden Gleichgewichtskurven eingeschlossen ist, deren Enden nicht mit
209834/1071
den Punkten 0 und O1 identisch sein können. Wenn man infolgedessen das weniger flüchtige Strömungsmittel unter Niederdruck in die Kolonne 2 und das flüchtigere Strömungsmittel unter Hochdruck in die JKolonne 1 einführt, ist es unmöglich, das weniger flüchtige Strömungsmittel unter Hochdruck und das flüchtigere Strömungsmittel unter Niederdruck mit ihren Ausgangsreinheiten wiederzufinden. Allein mindestens ein intermediärer Abzug gestattet also, die Rückfluß- Verarmungsgerade zu krümmen und die Ausgangsreinheiten des weniger flüchtigen und des flüchtigeren Strömungsmittels wiederzufinden.
Ebenso machtFig. 6 den Vorteil verständlich, den man aufgrund der Tatsache erreicht, daß die Mischkolonne sich auf einem höheren Druck als die Trennkolonne befindet. Im umgekehrten Fall würden die Rückfluß-Verarmungsgeraden der Mischkolonne 1 und der Trennkolonne 2 zu beiden Seitendes Bündels liegen, das von den beiden Gleichgewichtskurven unter Niederdruck und Hochdruck gebildet wird. Es ist dann wie vorstehend unmöglich, das flüchtigere Strömungsmittel unter dem Niederdruck mit der Reinheit wiederzufinden, die es unter dem Hochdruck hatte. Ebenso ist es unmöglich, das weniger flüchtige Strömungsmittel unter Hochdruck ihit der Reinheit wiederzufinden, die es unter Niederdruck hatte. Allein der thermische Kreisprozess gemäß der Erfindung gestattet, mit Rückfluß-Verarmungsgeraden zu arbeiten, die vertauscht werden können, gestattet also ,die Ausgangsreinheiten des weniger flüchtigen und des flüchtigeren St'röm\i«gsmittels wiederzufinden.
209834/1071
Fig. 7 zeigt eine Anlage zur fraktionierten Destillation eines Gemisches, das einen Leichtbestandteil A und einen schweren. Bestandteil B enthält, und ein thermisches System gemäß der Erfindung aufweist. Diese Anlage besitzt eine Destillationszone 56 mit einer einzigen unter Niederdruck arbeitenden Destillierkolonne. Die Zone der fraktionierten Trennung des thermischen Systems nach der Erfindung ist in die Destillierzone 56 der Anlage integriert.
Im Betrieb erfolgt also eine fraktionierte Destillation des Gemisches A und B in der Kolonne 56 unter Niederdruck, um im Sumpf den Bestandteil B und am Kopf den Bestandteil A abzutrennen. Um mindestens einen Teil der abgeführten Wärmeenergie zwecks Zerlegung des Gemisches aus A und B zurückzugewinnen, benutzt man einen thermischen Kreisprozess gemäß der Erfhdung. Hierfür wählt man als weniger flüchtiges und als flüchtigeres
zone
Strömungsmittel zwei in der Destillier-56 verfügbare Strömungsmittel. Sie bestehen aus einer mindestens ebenso flüchtigen Fraktion wie der schwere Bestandteil B, die gegebenenfalls aus einem Teil des letzteren gebildet wird, und einer höchstens ebenso flüchtigen Fraktion wie der leüite Bestandteil A, die gegebenenfalls aus einem Teil des letzteren gebildet wird. Wie im Falle der Fig. 1 wird das Gegenstrom-Flüssigkeit-Dampfgleichgewicht des weniger flüchtigen Strömungsmittels, das durch Leitung 15 unter Niederdruck mit mindestens einer leichten Fraktion, die durch die Leitung 52 ankommt, unter denselben Druck in der Destillierzone 56 eingestellt, welche die Trennzone 2
209834/1071
integriert. Ebenso wie bei Fig. 1 erfolgt in der Zone der fraktionierten Vermischung getrennt von der Destillierzone 56 das Gegenstrom-Flüssigkeit-Dampfglefchgewicht des gewählten flüchtigeren Strömungsmittels, das durch Leitung 17 unter einem hohen Druck oberhalb des Niederdruckes ankommt, mit mindestens einer schweren Fraktion, die durch Leitung 51 unter diesem Hochdruck ankommt.
Wenn man so zur Entspannung auf den Niederdruck ein aus der Niederdruckkolonne 56 durch Leitung 16 abgezogenes und dann in einem Kompressor 57 auf Hochdruck verdichtetes Strömungsmittel wählt,ist es. möglich, ein in die Niederdruckkolonne 56 durch Leitung 15 eingeführtes weniger flüchtiges Strömungsmittel auf Hochdruck zu verdichten. Diese Kompressionsenergie wird in Form mechanischer Arbeit in einer Entspannungsturbine 58 zurückgewonnen, und das weniger flüchtige Strömungsmittel wird nach dieser Entspannung von Hochdruck auf Niederdruck in die Destillierzone 56 durch Leitung 15 recycliert. Wenn man schließlich beispielsweieeannimmt, daß der Bestandteil A nicht zur Gesamtheit veredelbar sei, kann man so in mechanischer Form in der Entspannungsturbine 58 einen mechanischen Energieüberschuß zurückgewinnen, der mindestens einen Teil der Wärmeenergie darstellt, die zur Abtrennung des Bestandteiles A aus der durch A und B gebildeten Mischung aufgewendet worden ist. Dieser Überschuß stellt mindestens einen Teil der Mischenergie dar, die in der Mischzone 1 durch fraktionierte Vermischung der durch Leitung 50 ankommenden schweren Fraktion (gegebenenfalls reines B) und des flüchtigeren
209834/1071
Strömungsmittels (gegebenenfalls reines A) aus der Leitung 17 freigesetzt worden ist. Bei dieser Anwendung gestattet die Mischkolonne 1, zwei Strömungsmittel/ die in der Destillierkolonne 56 getrennt worden sind, in einer viel reversibleren Weise wieder zu vermischen, als eine einfache direkte Mischung dieser beiden Strömungsmittel. So ist es mögibch, in mechanischer Form das Maximum der Energie zurückzugewinnen, die durch die Vermischung der schweren Fraktion und des flüchtigeren Strömungsmittels freigesetzt worden ist.
Fig. 8 zeigt die Anwendung des Prinzips der Fig. 7 auf eine Zerlegung von Luft in Sauerstoff und Stickstoff.
Es ist bekannt, daß in allen großen gegenwärtigen Lufttrennanlagen die verbrauchte Energie einen erheblichen Äteil des Herstellungspreises von Sauerstoff darstellt. Diese Energie wird im wesentlichen verbraucht für die Verdichtung der zu destillierenden Luft. In den Geräten, deren Destillierzone eine Niederdruckkolonne und eine Mitteldruckkolonne aufweist, die thermisch miteinander vereinigt sind, (welche praktisch allein für die Sauerstoffherstellung in großem Maßstabe benutzt werden) stößt man nu-rn auf eine physikalische Grenze, unter die man den Druck der in die Mitteldruckkolonne eingeführten Luft nicht senken kann. In der Praxis liegt dieser Druck bei 6 bar absolut. Ein Teil der so auf 6 bar verdichteten Luft wird in einer bei tiefer Temperatur arbeitenden Turbine entspannt, um die Kaltstellung der Anlage zu gewährleisten. Die entspannte Luft wird dann in eine Zone der Niederdruckkolonne geschickt, und der darin enthaltene
209834/1071
Sauerstoff wird daraus noch praktisch zur Gesamtheit extrahiefct, allerdings mit dem Vorbehalt, daß die so unmittelbar in die Niederdruckkolonne eingeblasene Luft nicht 10 bis 15° der gesamten Luftströmungsmenge überschreitet, die in die Destillierzone geschickt wird, wenn man Sauerstoff von 99,5% Reinheit erzeugen will, bzw. 25 bis 35% nicht überschreitet, wenn man Sauerstoff mit einer Reinheit von nur 97% erzeugen will.
Abgesehen von diesen Besonderheiten, wo man wünscht, daß die Lufttrennanlage auch Sauerstoff in flüssiger Form erzeugt, wird die Kaltstellung von großen Anlagen durch eine in die Turbine gehende Luftströmungsmenge in der Größenordnung von 7% des Gesamtdurchsatzes weitgehend gewährleistet. Wenn man 97%igen Sauerstoff erzeugt und wenn man in die Niederdruckkolonne mehr als 7% der gesamten Luftströmungsmenge aber weniger als 25 bis 30% dieser Strömungsmenge einbläst, verbraucht man nun einen Energieüberschuss gegenüber der zur Extraktion des Sauerstoffs aus der behandelten Luft notwendigen Energie; die Anlage besitzt eine überschüssige Trennleistung.
In diesem Fall gestattet ein thermischer Kreisprozess gemäß der Erfindung,mindestens einen Teil der verbrauchten Oberschußenergie zurückzugewinnen. Zu diesem Zweck besitzt die in Fig. 8 dargestellte Anlage, welche die Durchführung einer fraktionierten Destillation von Luft gestattet, und deren Fraktionierdestillierzone 25 eine Niederdruckkolonne 59 (1,3 ata) und eine Mittäöruckkolonne 24 (6 ata) aufweist, außerdem ein thermisches System nach der Erfindung, dessen Mischzone oder Mischkolonne
209834/1071
getrennt von der Destillierzone 25 ist und dessen Fraktioniertrennzone in die Niederdruckkolonne 59 entlang einem Abschnitt 2 der fidctionierten Trennung integriert ist, der sich mindestens über einen Teil der Kolonne 59 erstreckt; der untere Teil des Fraktioniertrennabschnittes liegt im Sumpf dieser Niederdruckkolonne 59, und ihr Oberer Teil liegt in einer Zwischenzone diesa: Kolonne.
Im Betrieb werden 1000 Nm /h Luft von 30°C und 6 ata durch Leitung 20 in die Anlage nach Fig. 8 eingebracht. Nach Abkühlung im Austauscher 22 auf eine Temperatur von -172 C werden 68% dieser Luft durch die Leitung 21 zur Mitteldruckkolonne 24 der Destillierzone 25 gebracht. Aus dieser Kolonne zieht man durch Leitung 26 vom Boden 340 Nm /h eine mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit von -172°C und am Kopf durch Leitung 27 ungefähr 340 Nm3/h Stickstoff von -177°C ab. Die beiden Leitungen 26 und 27 gehen dann in die Wärmeaustauscher 28 bzw. 29 im Gegenstrom zu einem Stickstoffgasstrom von 1,3 ata und -193 C, der am Kopf der Niederdruckkolonne 59 der Destillierzone 25 erzeugt wird. Der Stickstoffgasstrom (790 Nm /h von 1,5% Reinheit) verläßt den Austauscher 29 bei -179°C und dann den Austauscher 28 bei -175 C und erwärmt sich im Gegenstrom zu der eintretenden Luft im Austauscher 22, den er mit +270C verläßt. Der mit Sauerstoff angereicherte Strom in der Leitung 26 wird nach Entspannung auf 1,3 ata mit einer Temperatur von -177 C in die Niederdruckkolonne 59 eingeführt. Ebenso wird der Stickstoff strom dar Leitung 27 nach Entspannung auf 1,3 ata mit einer Temperatur von -191°C in die Niederdruckkolonne 59 eingeführt. Ungefähr 8% der mit 6 ata eingeführten Luft erwärmt sich zumindest teilweise aufs
209834/1071
neue im Austauscher 22 und verläßt letzteren mit -158 C; dann wird er nach Entspannung auf 1,3 ata in der Entspannungsturbine
59
60 in die Niederdruckkolonnen/durch Leitung 23' eingeblasen.
Gemäß Fig. 8 gewinnt man mindestens einen Teil der für die Destillation von Luft zu Sauerstoff und Stickstoff verbrauchten Überschußenergie in Form von Kompressionsenergie zurück/ indem man den am Boden der Niederdruckkolonne 59 erhaltenen Sauerstoff als weniger flüchtiges Strömungsmittel und Luft unter Mitteldruck als das flüchtigere Strömungsmittel wählt. Durch Entspannung der Luft von Mitteldruck auf Niederdruck ist es so möglich, den Sauerstoff von Niederdruck wieder auf Mitteldruck zu verdichten und über diesen unter Druck zu verfügen.
Damit man zu diesem Zweck das für den thermischen Kreisprozess der Erfindung notwendige weniger flüchtige Strömungsmittel erhält, verdampft man mindestens einen Teil des im Sumpf der Niederdruckkolonne 59 erhaltenen flüssigen Sauerstoffs. Der verdampfte Sauerstoff wird dann in der Fraktioniertrennzone 2 unter Niederdruck mit einer am Kopf des Trennabschnittes 2 durch Leitung 52 eingeführten leichten Fraktion und mit einer anderen an einer Zwischenstelle dieses Abschnittes 2 durch Leitung 54 eingeführten leichten Fraktion in Gegenstrom-Flüssigkeit-Dampf-■gleichgewicht gesetzt. Man erhält so ein weniger flüchtiges Strömungsmittel von der annähernden Zusammensetzung von Luft am Kopf des Abschnittes 2; letzteres wird dann in dem oberen Abschnitt der Kolonne 59, der oberhalb des Fraktioniertrennabschnittes 2 liegt, rektifiziert. So erhält man am Sumpf des Abschnittes 2
209834/1071
eine schwere Fraktion, die aus dem im Sumpf der Kolonne 59 aufgefangenen und aus dieser Kolonne mit einem Durchsatz von 400 Nm /h abgezogenen Sauerstoff von einer Reinheit =98% besteht.
Die durch Leitung 50 abgezogene schwere Fraktion wird dann in der Pumpe 51 von Niederdruck auf Mitteldruck komprimiert und darauf vor Einführung in die Mischkdbnne 1 durch Wärmeaustausch mit der in der Leitung 52 strömenden leichten Fraktion im Austauscher 31,während dieser sich von -27O°C an abkühlt, und mit der anderen in der Leitung 54 strömenden Fraktion, während diese sich von -167°C auf -178°C abkühlt, von -180°C auf -172°C erwärmt. Nach einer zusätzlichen Erwärmung auf -162°C führt man die schwere Fraktion am Kopf der Mischkolonne 1 ein, die unter einem Mitteldruck von 5,8 ata arbeitet. Gleichzeitig werden
durch Leitung 17 ungefähr 240 Nm /h Luft, die von der Austrittsseite des Austauschers 2 kommen, mit -172°C unter 6 ata am Boden der Kolonne 1 eingeführt. Dieses flüchtigere Strömungsmittel wird dann unter Mitteldruck in der Kolonne 1 mit der schweren Fraktion in Flüssigkeit-Dampfgleichgewicht gebracht. Man erhält so am Kopf der Kolonne 2 das etwas an Sauerstoff verarmte
weniger
(95%) /flüchtige. Strömungsmittel, das daraus in einem Verhältnis von 210 Nm /h mit -162°C und 5,8 ata abgezogen wird. Es wird zum Austauscher 22 geleitet, wo es sich im Gegenstrom mit der eintretenden Luft erwärmt, und dann vom Austauscher 22 mit 27°C unter einem Druck von 5,6 ata abgeführt. Ferner erhält man am Boden der Mischkolonne 1 die erwähnte flüchtige Fraktion mit -172°C, die mit der sauerstoffreichen Flüssigkeit identisch ist, die nach
209834/1071
Entspannung im Ventil 53 durch Leitung 52 in die Kolonne 59 eingeführt wird; an einer Zwischenstelle der Mischkolonne 1 erhält man diese andere flüchtige Fraktion mit einem Gehalt von 80% Sauerstoff bei -167°c, die nach Entspannung im Ventil 55 durch Leitung' 54 in die Kolonne 59 eingeführt
Gemäß Fig. 8 weist die Niederdruckkolonne 59 45 theoretische Böden und die Mischkolonne 1. 40 theoretische Böden auf. Es ist hervorzuheben, daß man keine merkliche Senkung der Extraktionsausbeute an Sauerstoff erhält, da die in die Mischkolonne 1 eingeführte Luftströmungsmenge nur in der Größenordnung von 25% des Luftdurchsatzes liegt.Da zwei zusätzliche leichte Fraktionen in die Kolonne 59 durch die Leitungen 52 und 54 eingeführt werden, verbessert man die Reversibilität der Destillation, die darin erfolgt, und damit die Ausbeute der Kolonne 59.
Es ist ersichtlich, daß statt des Abzuges von 95%igem Sauerstoff unter einem Druck von 5,6 ata aus der Anlage, auch die Möglichkeit besteht, Sauerstoff von 99,5%, aber dann mit 1 ata, abzuziehen. Damit der Sauerstoff einen höheren Reinheitsgrad besitzt, muß man nämlich die in'die Kolonne 25 eintretende Strömungsmenge erhöhen, damit der untere Teil der Kolonne 59 sich nicht auf dem Rückflußminimum befindet. Die Kolonne 1 ist dann nicht mehr in Betrieb und die Lufttrennanlage arbeitet in der üblichen Weise.
Man kann jedoch auch mit einem Kreisprozess nach der Erfindung Sauerstoff von 99,5% Reinheit erzeugen, jedoch unter der Be-
209834/1071
dingung, daß man eine Senkung der Extraktionsausbeute an Sauerstoff in Kauf nimmt. In diesem Fall kann es notwendig sein, die Zahl der Verbindungen zwischen den Kolonnen 1 und 59 zu erhöhen, um an allen Stellen dieser Kolonnen,die an der Grenze ihrer Möglichkeiten arbeiten, den notwendigen Rückfluß zu erzielen.
Die Anlage zur fraktionierten Luftdestillation nach Fig. 9 gestattet, reinen Sauerstoff unter einem Druck von 4,5 ata zu gewinnen. Die Kälteerzeugung der Anlage wird durch Entspannung von reinem Stickstoff erzielt.Zu diesem-. Zweck werden im Betrieb 1.000 Nm /h Luft, verdichtet auf 6,3 ata, aus der Leitung 20 von 30°C auf -171°C im Austauscher 22 abgekühlt. Ungefähr 75,5% der nominellen Luftströmungsmenge werden durch die Leitung 63 in die Mitteldruckkolonne 24 eingeführt, die 20 Böden aufweist. Am Boden der Mitteldruckkolonne 24 zieht man ungefähr 372 Nm /h einer an Sauerstoff angereicherten Fraktion (reiche Flüssigkeit)
ο ab
mit -171,5 C, die durch die Leitung 64 in die Niederdruckkolonne geschickt wird. Im oberen Teil der Kolonne 24 führtman ungefähr 313 Nm /h einer an Sauerstoff verarmten Fraktion (arme Flüssigkeit) durch Leitung 27 ab. Nach Unterkühlung im Austauscher 29 und Entspannung auf einen Druck von l,3ata wird diese Fraktion am Kopf der Niederdruckkolonne 59 eingeführt. Ungefähr 70 Nm3/h reiner Stickstoff von 99,7% und -175,50C werden aus der Kolonne 24 abgezogen und durch Leitung 65 in den Abscheider 22 geleitet, wo er teilweise von -175,5°C auf -90°C erwärmt wird. Anschliessend wird dann diese Strömungsmenge^ der Entspannungsturbine 60 von 6,2 ata auf 1,3 ata entspannt,
209834/1071
wobei ihre Temperatur auf -141°C sinkt. Diese 70 Nm /h werden dann durch Leitung 65 zum Austauscher 66 geschickt, wo sie auf -164 C teilweise gekühlt werden. Von diesem Austauscher 66 wird der entspannte Stickstoff durch Leitung 67 zum Austauscher 22 geleitet, wo er auf Umgebungstemperatur erwärmt und durch Leitung 68 abgeführt wird.
Um mindestens einen Teil der für die Zerlegung der Luft in Sauerstoff und Stickstoff verbrauchten Energie zurückzugewinnen, wählt man gemäß Fig. 9 die Entspannung eines flüchtigeren Strömungsmittels, das aus der Eintrittsluft besteht , um ein weniger flüchtiges Strömungsmittel wieder zu verdichten, das aus einer mit Argon angereicherten Mischung besteht.
Da der untere Teil des Abschnittes 2 der fraktionierten Trennung in einer Zwischenzone der Niederdruckkolonne 59 liegt, erhält man das weniger flüchtige Strömungsmittel unter dem notwendigen Niederdruck für den thermischen Kreisprozess nach der Erfindung durch Rektifizierung des mit 1,6 ata im Sumpf der Kolonne 59 eiialtenen flüssigen Sauerstoffs in einem unteren Abschnitt der letzteren, der unterhalb des Abschnittes 2 der fraktionierten Trennung liegt und 16 Böden umfaßt. In den oberen Teil der Trennzone 2 führt man durch Leitung 52 ungefähr 400 Nm /h einer ersten flüchtigen Fraktion mit -189°C ein, die 58,8% Stickstoff, 1,3% Argon und 39,9% Sauerstoff enthält, und durch Leitung 52' führt man ungefähr 172 Nm /h einer zweiten flüchtigen Fraktion mit -186°C ein. Außerdem führt man durch Leitung
209834/1071
54 ungefähr 260 Nm /h einer dritten flüchtigen Fraktion von -176°C, die 25,7% Stickstoff, 4,9% Argon und 69,2% Sauerstoff enthält, in eine mittlere Zone der Trennzone 2 ein. Man erhält so am Kopf des Abschnittes 2 der fraktionierten Trennung mit 22 Böden ein flüchtigeres Strömungsmittel von einer Zusammensetzung annähernd derjenigen von Luft, das in dem Abschnitt der Kolonne 59 rektifiziert wird, der oberhalb des Trennabschnittes 2 liegt; im Sumpf des Trennabschnittes 2 erhält man ferner eine schwere Fraktion, die durch Leitung 50 in einem Verhältnis von 320 Nm /h abgezogen wird und 0,2% Stickstoff, 7,9% Argon und 91,7% Sauerstoff enthält.
Nach Verdichtung in der Pumpe 51 und Erwärmung von -180 C auf -162,5 C wird mindestens diese schvere Fraktion durch Leitung 50 am Kopf der Mischkolonne mit 6,1 ata eingeleitet. Im Sumpf der Mischkolonne 1 führt man durch Leitung 17 ungefähr 24,5% der nominellen Luftströmungsmenge ein. Man erhält so in der Mischkolonne 1 ein weniger flüchtiges Strömungsmittel, das 5,8% Stickstoff, 10,7% Argon und 83,5% Sauerstoff enthält, und aus der Mischkolonne 1 unter 6,1 ata abgezogen wird. Dieses weniger flüchtige auf 6,1 ata wiederverdichtete Strömungsmittel wird dann in einem Verdampfer 69 für flüssigen Sauerstoff kondensiert, der beim Durchgang durch den Austauscher 66 auf -176°C unterkühlt, auf den Druck der Kolonne 59 im Ventil entspannt und dann in die Kolonne 59 zwischen dem Abzug 50 für die schwere Fraktion und dem Einlaß 54 für die dritte/Leichte Fraktion wieder in die Kolonne 59 eingeführt wird. In einer Zwiechenzone der Mischkolonne 1 erhält man ferner die oben er-
209834/1071
-32- 220437a
wähnte dritte flüchtige Fraktion, die nach Abkühlung von -167,4 C auf -176 C im Austauscher 66 und Entspannung im Ventil 55 in die Kolonne 59 eingeführt wird. Man erhält so im Sumpf der Mischkolonne 1 eine leichte Fraktion von -171°C, die 57,3% Stickstoff, 1,3% Argon und 41,2% Sauerstoff enthält, und aus der Kolonne 1 durch Leitung 52 im Verhältnis von 200 Nm /h abgezogen'wird. Diese leichte Fraktion, der die aus der Mitteldruckkolonne 24 durch Leitung 73 abgezogene reiche Flüssigkeit zugesetzt wird, wird dann gereinigt, im Austauscher 71 und dann im Austauscher 72 unterkühlt, in die oben erwähnte erste leichte Fraktion, die im Ventil 53 entspannt wird, und in die oben erwähnte zweite leichte Fraktion unterteilt, die in dem Ventil 53* entspannt und in dem Austauscher 72 erwärmt wird.
Die geringe Menge der im Austauscher 29 unterkühlten und am Kopf der Kolonne 59 durch Leitung 27 eingeführten armen Flüssigkeit gestattet,eine annehmbare Extraktionsausbeute an Sauerstoff zu erzielen (93,5%). Diese Menge gestattet jedoch nicht, Sauerstoff und Argon im oberen Teil der Kolonne 59 zu zerlegen; man benutzt daher eine Argontrennkolonne 74. Hierfür wird eine argonreiche Fraktion aus der Kolonne 59 durch Leitung 75 (die ungefähr 10% der nominellen Luftströmungsmenge darstellt) in Gasform unterhalb der durch Leitung 50 abgezogenen schweren Fraktion abgeführt. Diese Fraktion wird dann in derR)-lonne 74 in eine Bodenfraktion (100 Nm /h), die mit der schweren Fraktion der Leitung 50 vereinigt wird, und eine Kopffrak-
209834/1071
ο ' V
tion (6 Nm/Ä/mit 12,3% Stickstoff, 70,8% Argon und 16,8% Sauer-
stoff aufgetrennt. Der Rückfluß der Kolonne 74 wird durch Kondensation im Austauscher 72 gewährleistet. Die aus der Kolonne 74 durch Leitung 76 abgeführte Kopffraktion, die arm an Argon ist, wird durch Leitung 68 ausgetragen, wobei sie nach Erwärmung im Austauscher 71 mit dem in der Turbine 60 entspannten Stickstoff vereinigt wird.
Der in einer Reinheit von 97,7% an der Spitze der Niederdruckkolonne 59 erhaltene Stickstoff wird aus letzterer mit 1,3 ata und -192,5°C im Verhältnis von 727 Nm /h abgezogen, im Austauscher 29 erwärmt und dann nach aufeinanderfolgender Vereinigung mit der Fraktion aus Leitung 76 und derjenigen aus Leitung 67 über den Austauscher 22 abgeführt.
Was den am Sumpf der Niederdruckkolonne 59 erhaltenen Sauerstoff betrifft, so wird er aus dieser in einem Verhältnis von 197 Nm /h mit -178,2°C und unter 1,6 ata durch Leitung 79 abgeführt. Er wird dann in der Pumpe 78 auf 4,5 ata wiederveräichtet, im Austauscher 71 auf -173°C und dann in einem Teil des Austauschers 22 bis zu seinem Siedepunkt erwärmt. Er geht dann in den Verdampfer 69, wo er durch Wärmeaustausch mit dem weniger flüchtigen Strömungsmittel, das am Kopf der Mischkolonne lutte? Wißtf-
druck erhalten wurde und sich in Kondensation befindet, verdampft. Nach der Verdampfung wird der Sauerstoff aus dem Verdampfer 69 durch Leitung 80 abgeführt, im Austauscher 22 von -166 C auf 27°C erwärmt und dann aus letzterem durch Leitung 81 abgeführt.
209834/1071
Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 gestattet infolgedessen ein thermischer Kreisprozess nach der Erfindung, ein weniger flüchtiges Strömungsmittel wieder zu verdichten und damit des-" sen Kalorien zu veredeln. Diese bei höherer Temperatur verfügbare Wärme kann dann zur Verdampfung des reinen flüssigen Sauerstoffes unter Druck benutzt werden. Schließlich gestattet in diesem Fall ein thermischer Kreisprozess nach der Erfindung, mindestens einen Teil der zur Zerlegung der Luft in der Doppelkolonne 25 verbrauchten Überschußenergie in Form von Kalorien wiederzugewinnen.
GEgenüber einer üHichen Anlage der vorstehend beschriebenen Art, jedoch ohne thermischen Kreisprozess nach der Erfindung, der reines Sauerstoffgas unter Druck liefert, spart man bei der Investitionsplanung den Körper des Turbokompressors,in dem dieser Sauerstoff gewöhnlich verdichtet wird, während sich die erforderlichen komplementären Anlagekosten,insbesondere einer Mischkolonne, einer kleinen Argonkolonne und zweier Pumpen nur wenig erhöhen. Was die Energieverbrauchsplanung betrifft, so erhält man gemäß der Erfindung eine Herabsetzung in der Größenordnung von 10% hinsichtlich der spezifischen Energie für die Sauerstoffabtrennung. Dies ergibt sich insbesondere aus der Tatsache, daß die Niederdruckkolonne in reversiblerer Weise arbeitet: sie besitzt zusätzliche Einspeisungen.
Die in Fig. 10 dargestellte Lufttrennanlage gestattet, reinen Sauerstoff zum Teil in flüssiger Form zu erzeugen. Die Kältelieferung wird ebenfalls durch Entspannung von reinem Sauerstoff
209834/1071
von dem Druck der unteren Kolonne 24 auf Luftdruck sichergestellt.
Im Betrieb werden 1.000 Nm /h Luft unter einem Druck von 6r25 ata in den Austauscher 22 eingeführt und abgekühlt. Dann werden sie am Boden der Kolonne unter Mitteldruck 24 eingeführt.
3 Aus dieser Kolonne zieht man am Sumpf 480 Nm /h einer an Sauersfcff angereicherten Fraktion durch Leitung 82 ab, die nach Reinigung,aufeinanderfolgender Abkühlung in den Austauschern und 84 und Entspannung im Ventil 85 auf 1,3 ata zum Teil (180 Nm /h) in den oberen Teil der Niederdruckkolonne 59 eingeführt wird. Ferner zieht man aus der Kolonne 24 eine unreine Stickstoffraktion (89,5% Reinheit) im Verhältnis von 240 Nm3/h durch Leitung 86 ab, die nach Abkühlung im Austauscher 87 und Entspannung im Ventil 88 auf 1,3 ata am Kopf der Kdbnne 59 eingeführt wird. Vom Kopf dieser Kolonne zieht man durch Leitung 89 ungefähr 280 Nm /h äußerst reinen Stickstoff ab, von dem ein Teil mindestens teilweise bis auf -85 C bei Durchleitung durch den Austauscher 22 mittels der Leitung 90 erwärmt wird, und von dem ein anderer, in der Leitung 91 strömender Teil auf derselben Temperatur verbleibt. Diese beiden Anteile werden wieder vereinigt und in der Turbine 60 von 6,25 ata auf 1,35 ata entspannt, wodurch sich ihre Temperatur von -141°C auf -180°C erniedrigt. Der entspannte Stickstoff wird dann durch Leitung 92 zum Austauscher 83 befördert, wo er sich erwärmt, und geht dann zum Austauscher 22, von wo er durch Leitung 68 bei Umgebungstemperatur ausgetragen wird.
209834/1071
Um mindestens einenTeil der für dei Luftzerlegung in der Anlage der Fig. 10 verbrauchten Energie zurückzugewinnen/ verwendet man ein thermisches System nach der Erfindung, das mittels der Mischkolonne 1 und der Trennkolonne 2 gestattet, ein weniger flüchtiges Strömungsmittel (an St±kstoff verarmte Fraktion) durch Entspannung eines flüchtigeren Strömungsmittels (an Stickstoff angereicherte Fraktion, identisch mit der von der Kolonne 24 abgezogenen reichen Flüssigkeit, die verdampft wird) zu verdichten. Für diesen Zweck rektifiziert man in einem unteren Abschnitt der Kolonne 59 mit 13 Böden den Sauerstoff, den man im Sumpf dieser Kolonne erhalten hat. Man gewinnt so ein flüchtigeres Strömungsmittel, das dannin den Trennabschnitt 2 mit 25 Böden eintritt. Am Kopf dieses Abschnittes 2 führt man durch Leitung 52 ungefähr 306 Nm /h einer leichten Fraktion mit 37,9% Stickstoff, 1,9% Argon und 60% Sauerstoff und an einer Zwischenstelle dieses Abschnittes 2 durch Leitung 54 ungefähr 210 Nm /h einer anderen^eichtenFraktion mit 22,5 % Stickstoff, 4,5% Argon und 72,9 % Sauerstoff ein. Am Kopf des Abschnittes 2 erhält man so ein flüchtigeres Strömungsmittel von annähernd der Zusammensetzung, wie die aus der Kolonne 24 abgezogene reiche Flüssigkeit und im Sumpf dieses Abschnittes eine schwere Fraktion mit 0,1% Stickstoff, 7,4% Argon und 92,4% Sauerstoff, die aus der Kolonne 59 durch Leitung 50 in einer Menge von 256 Nm /h abgezogen wird.
Diese schwere Fraktion, der eine aus der Kolonne 74 stammende Fraktion zugesetzt wird, wird dann in der Pumpe 51 auf 1,8 ata wiederverdichtet und in einem Verhältnis von 400 Nm /h am Kopf
209834/1071
der Mischkolonne 1 eingeführt. Am Boden derselben Kolonne führt man ein flüchtigeres Strömungsmittel ein, das aus der durch Leitung 82 vom Sumpf der Kolonne 24 abgezogenen reichen Flüssigkeit edaltenwurde, wovon ein Teil (300 Nm /h) im Ventil 93 auf 1,95 ata'entspannt, im Austauscher 84 verdampft und durch Leitung 17 in die Kolonne 1 geschickt wird. Das so erhaltene flüchtigere Strömungsmittel enthält 59,6% Stickstoff, 1,3% Argon und 39,0% Sauerstoff. Man erhält so an der Spitze der Kolonne 1 ein weniger flüchtiges Strömungsmittel' von -177°C unter 1,8 da mit 8% Stickstoff, 9,8% Argon und 81,7% Sauerstoff. Dieses wird dann durch Leitung 18 in einer Menge von 184 Nm /h abgeführt, im Kondensator 94 kondensiert, im Ventil 95 auf den Druck der Kolonne 59 entspannt und in letztere zwischen dem Abzug 50 der schweren Fraktion und der Einführung 54 der leichten Fraktion eingeführt. Man erhält ferner diese Fraktion und eine andere leichte Fraktion, wie oben definiert, die nach Entspannung in den Ventilen 53 bzw. 55 in den Trennab schnitt 2 recycliert werden.
Eine ärgonreiche Gasfraktion mit 0,1% Stickstoff, 9,8% Argon und 90,1% Sauerstoff wird aus der Kolonne 59 in einer Menge von 148 Nm /h durch Leitung 75 abgeführt unddn die Hilfskolonne 74 eingeführt. Der Rückfluß dieser Kolonne wird durch Kondensation im Austauscher 84 sichergestellt. Am Kopf der Kolonne 74 zieht man eine argonreiche Gasfraktion (4,3 Nm /h) ab, die mit den Restgasen aus der Anlage durch Leitung 96 ausgetragen wird.
209834/1071
Der am Kopf der Kolonne 59 abgezogene nahezu reine Stickstoff
3
wird durch Leitung 97 (523 Nm /h) abgezogen, im Austauscher
erwärmt und nach Vereinigung mit der Fraktion aus Leitung 96 erneut im Austauscher 83 und dann im Austauscher 20 in der Leitung 99 wiedererwärmt.
Was den im Sumpf der Kolonne 59 gewonnenen Sauerstoff betrifft, so wird ein Teil hiervon aus der Ariage in flüssiger Form und ein anderer Teil in Gasform ausgetragen. Zu diesem Zweck wer-
den 176 Nm /h flüssiger Sauerstoff einer Reinheit von 99,5% durch Leitung 100 abgeführt, im Ventil 101 von 1,7 ata ungefähr auf Luftdruck entspannt, im Austauscher 94 durch Wärmeaustausch mit dem in Kondensation stehenden weniger flüchtigen Strömungsmittel, das in der Leitung 18 fließt und aus der Kolonne 1 stammt, verdampft und von -181°C auf Umgebungstempera tür im Austauscher 20 erwärmt, von wo dar Sauerstoff durch Leitung 81 ausgetragen wird. Andererseits werden 16 Nm /h Sauerstoff In flüssiger Form vom Sumpf der Kolonne 59 durch Leitung 102 abgeführt und im Austauscher 87 gekühlt. Die Extraktionsausbeuten betragen 9},4% für Sauerstoff, 43,9% für Argon und 35,8% für Stickstoff. Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 gestattet also ein thermischer Kreisprozess nach der Erfindung, mindestens einen Teil der in der Anlage verbrauchten Energie zurückzugewinnen, indem man ein geeignetes weniger flüchtiges Strömungsmittel verdichtet, dessen so veredelte Wärme benutzt wird, um einen Teil des In der Niederdruckkolonne erhaltenen flüssigen Sauerstoffs zu verdampfen. Daraus ergibt sich, daß der Stickstoffanteil, der zuvor im Kondensator-Verdampfer der
* 209834/1071
Kolonne 25 die Verdampfung des Sauerstoffs sichergestellt hat, nun in der Turbine 60 entspannt werden kann. Es wird also möglich, eine Strömungsmenge Stickstoff entsprechend 28% der eintretenden Luftmenge zu entspannen. Dieser Überschuß an Kälteleistung dient dann zur Gewinnung von ungefähr 8% Sauerstoffprodukt in flüssiger Form durch Leitung 102. Schließlich gestattet in diesem Falle die Erfindung, mindestens einen Teil der in der Anlage verbrauchten Energie in Forravon Kälte zurückzugewinnen.
Gemäß Fig. 11 wird ein thermischer Kreisprozess nach der Erfindung dazu benutzt, Energie in mechanischer Form zu erzeugen. Bekanntlich erfordern die mit Wasserdampfentspannung arbeitenden Energie erzeugenden thermischen Kreisprozesse Entspannungsturbinen mit Kondensation, die wegen des geringen Druckes in der Endentspannung sehr sperrig und deshalb sehr teuer sind. Man hat versucht, diese.· Kreisprozesse zu verbessern, indem man ihnen einen Energie erzeugenden thermischen Hilfskreisprozess mit Ammoniakentspannung zuordnete; praktisch wird es dann notwendig, zwei Turbinen vorzusehen, was stark auf die Kosten der erzeugten Energie einwirkt. Ein thermischer Kreisprozess nach der Erfindung in der Ausführung gemäß Fig. 11 gestattet jedoch, in besonders harmonischer Weise gewisse Mängel dieser bekannten Technik1 zu beheben.
Gegenüber der Anlage nach Fig. 1 besitzt eine Anlage zur Erzeugung mechanischer Energie außerdem eine Entspannungseinrichtung mit äußerer Arbeitsleistung oder eine Turbine 104, deren Ein-
209834/1071
ström- und Abströmseite durch Leitung 18 an die Mischzone 1 bzw. durch Leitung 15 an die Trennzone 2 angeschlossen sind. Die Anlage besitzt außerdem eine Vorrichtung zur Verdichtung im flüssigen Zustand oder eine Pumpe 105, deren Einström- und Ausströmseite durch Leitung 16 an die Trennzone 2 bzw. durch Leitung 17 an die Mischzone 1 angeschlossen sind.
Um gemäß Fig. 11 mechanische Energie zu erzeugen, entspannt man nun in der Turbine 104 einen Wasserdampfstrom von einem hohen Druck auf einen niedrigen Druck. Um diesen Hochdruckstrom zu gewinnen, wird ein Teil des Dampfes von niedrigem Druck wieder auf Hochdruck in einer Hilfsstufe der Anlage verdichtet, bei der ein thermischer Kreisprozess nach der Erfindung eingesetzt ist, und der in der Hauptstufe der Anlage verbleibende TeiJ. stellt den eigentlichen Energie mit Wasserdampf erzeugenden Kreisprozess dar.
In der Hauptstufe wird ein erster Teil des Niederdruckwasserdampfes, der aus der Leitung 106 kommt, beim Durchgang durch den Austauscher 108 kondensiert. Diesa: kondensierte Teil wird anschliessend in flüssigem Zustand in der Pumpe 109 auf Hochdruck verdichtet. Dieser Anteil unter Hochdruck wird dann beim Durchgang durch eine Heizeinrichtung 110 verdampft und überhitzt. Der so erzeugte Dampf wird anschliessend zur Turbine 104 durch Leitung 111 zurückgeführt.
In der Hilfsstufe wird der durch Leitung 15 kommende Restteil des Wasserdampfes unter Niederdruck durch Entspannung von Ammo-
209834/1071
niak von Hochdruck auf Niederdruck mittels eines thermischen Kreisprozesses nach der Erfindung wieder auf Hochdruck verdichtet, und in diesem thermischen Kreisprozess bestehen das weniger flüchtige und das flüchtigere Strömungsmittel aus Wasser bzw. Ammoniak. In dieser Stufe wird daher das weniger flüchtige Strömungsmittel (Wasser), das aus Leitung 18 kommt/ nach Entspannung von Hochdruck auf Niederdruck in der Turbine 104 durch Leitung 15 in die Trennzone 2 recycliert; das ais Leitung 16 erhaltene flüchtigere Strömungsmittel (Ammoniak) wird im flüssigen Zustand von Niederdruck auf Hochdruck in der Pumpe 105 verdichtet und dann durch Leitung 17 in die Mischzone 1 recycliert. Um das recyclierte flüchtigere Strömungs- ■ mittel in flüssigem Zustand zu verdichten, kondensiert man letzteres vor seiner Einführung in die Pumpe 105 unter Niederdruck im Kondensator 107 mit einem äußeren Kühlmittel, z.B. Wasser, und verdampft dieses Strömungsmittel nach seinem Austritt aus der Pumpe 105 unter dem hohen Druck im Austauscher 108 mittels Wärmeaustausch mit dem Wasserdampf oder weniger flüchtigen Strömungsmittel, das sich in Kondensation befindet und in der Leitung 106 strömt.
Fig. 12 zeigt eine Kühlanlage mit einem thermischen System nach der Erfindung. Diese Anlage dient zur Kälteerzeugung und besitzt eine erste Kühlstufe, die es gestattet, in einem Verdampfer 112 eine Kälteenergie von einem warmen Temperaturniveau abzugeben, und eine zweite Kühlstufe, die es gestattet, eine Kälteenergie von einem kalten Temperaturniveau abzugeben. Die beiden Stufen sind thermisch miteinander wie bei einem
209834/1071
Zyklus mit Pictet-Kaskade mittels des Verdampfer-Kondensators 112 verbunden. Schließlich extrahiert die Kühlanlage im Kondensatr/l4 Kälte bei einer warmen Temperatur und bringt sie im Verdampfer 113 auf eine kalte Temparatur zurück. Die erste Stufe besteht aus einem thermischen System gemäß der Erfindung, das unter anderem ein an den Verdampfer 112 angeschlossenes Entspannungsventil 115 aufweist, wobei die Einströmseite des Ventils 115 mit der Mischzone 1 und die Abströmseite des Verdampfers 112 mit der Trennzone 2 verbunden sind.
Im Betrieb wird in der ersten Kühlzone ein weniger flüchtiges Strömungsmittel, das aus dem Kühlmittel dieser Stufe besteht und durch Leitung 15 ankommt, von Niederdruck auf Hochdruck dadurch veöLchtet, daß ein flüchtigeres Strömungsmittel, das aus Leitung 17 ankommt, von einem Hochdruck auf einen Niederdruck entspannt wird. Man kondensiert dann das in Leitung 18 unter Hochdruck strömende weniger flüchtige Strömungsmittel in einem Kondensator 114 mittels eines äußeren Kühlmittels. Darauf entspannt man das kondensierte weniger flüchtige Strömungsmittel im Ventil 115 auf Niederdruck und verdampft es im Verdampfer 112 bei einer warmen Temperatur. Das verdampfte weniger flüchtige Strömungsmittel wird dann durch Leitung 15 mittels Entspannung des flüchtigeren Strömungsmittels wieder auf den hohen Druck verdichtet.
in der zweiten Kühlstufe, dessen flüdtigeres Strömungsmittel in bekannter Weise aus dem Kühlmittel besteht, verdichtet man durch den Kompressor 116 das flüchtigere Strömungsmittel auf
209834/1071
Hochdruck. Dieses komprimierte Strömungsmittel kondensiert man durch Wärmeaustausch im Verdampfer-Kondensator 112 mit dem in Kondensation befindlichen weniger flüchtigen Strömungsmittel. Im Ventil 117 wird dieses kondensierte Strömungsmittel auf Niederdruck entspannt. Das entspannte Strömungsmittel wird im Verdampfer 113 verdampft, um eine Kälteenergie bei einer tiefen Temperatur zu liefern. Das verdampfte Strömungsm±tel wird im Kompressor 116 wieder verdichtet.
Damit man das weniger flüchtige Strömungsmittel in der ersten Kühlstufe wieder verdichten kann, zweigt man am Austritt des Kompressors 116 durch Leitung 17 einen Teil des flüchtigeren Strömungsmittels unter Hochdruck ab, und das unter Niederdruck erhaltene, weniger flüchtige Strömungsmittel wird durch Leitung 16 zur Eintrittsseite des Kompressors 116 recycliert.
Beispielshalber kann das weniger flüchtige Strömungsmittel aus einem C.-Kohlenwasserstoff und das flüchtigere Strömungsmittel aus einem C^-Kohlenwasserstoff bestehen.
209834/1071

Claims (35)

  1. Patentansprüche
    ή Verfahren mit mindestens einem thermischen Kreisprozess zur Verdichtung eines weniger flüchtigen StrömungsmitieLs durch Entspannung eines flüchtigeren Strömungsmittels/ dadurch gekennzeichnet/ daß man während des Kreisprozesses . mindesr-tens das in einer Fraktioniertrennzone zur Verfügung stehende weniger flüchtige Strömungsmittel unter einem Niederdruck mit mindestens einer höchstens ebenso flüchtigen leichten Fraktion wie das flüchtigere Strömungsmittel in der mindestens unter dem Niederdruck arbeitenden Zone der fraktionierten Trennung im Gegenstrom in Flüssigkeit-DampigLeichgewicht setzt, unter einem Niederdruck das flüchtigere Strömungsmittel und mindestens eine schwere Fraktion, die mindestens ebenso flüchtig vie das weniger flüchtige Strömungsmittel ist, gewinnt und daß man nach Verdichtung mindestens einer schweren Fraktion von einem Niederdruck auf mindestens einen hohen Druck in einer mindestens unter dem hohen Druck arbeitenden Fraktionier-Mischzone mindestens das in dieser Mischzone unter einem hohen Druck verfügbare flüchtigere Strömungsmittel mit mindestens einer schweren Fraktion im Gegenstrom in Flüssigkeit-Dampfgleichgewicht setzt und unter einem hohen Druck mindestens das weniger flüchtige Strömungsmittel gewinnt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Zone der fraktionierten Vermischung mindestens eine
    209834/ 1071
    2204378
    leichte Fraktion, die höchstens ebenso flüchtig wie das flüchtigere Strömungsmittel ist, gewinnt, mindestens eine leichte Fraktion von einem hohen Druck auf einen niedrigen Druck entspannt und in der Zone der fraktionierten Trennung mit mindestens dem weniger flüchtigen Strömungsmittel im Gegenstrom inFlüssigkeit-Dampfgleichgewicht setzt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fraktioniertrennzone eine einzige Niederdruckkolonne für fraktionierte Trennung umfaßt und die Fraktionier-Mischzone eine einzige Hochdruckkolonne für fraktionierte Vermischung umfaßt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine leichte Fraktion vom Sumpf der Mischkolonne abgezogen und nach Entspannung von Hochdruck auf Niederdruck am Kopf der Trennkolonne eingeführt wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine andere leichte Fraktion von einer Zwischenzone der Mischkolonne abgezogen und nach Entspannung von Hochdruck auf Niederdruck in eine Zwischenzone der Trennkolonne eingeführt wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man
    in die Zone der fraktionierten Trennung das weniger flüchtige Strömungsmittel mindestens teilweise im Gaszustand und die leichte
    209834/1071
    Fraktion mindestens teilweise im flüssigen Zustand und in die Zone der fraktionierten Vermischung das flüchtigere Strömungsmittel mindestens teilweise im Gaszustand und die schwere Fraktion mindestens teilweise in flüssigem Zustand einführt.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man
    einen die schwere Fraktion nach ihrer Verdichtung auf/Hochdruck . und vor ihrer Einführung in die Mischzone durch Wärmeaustausch mit mindestens einer leichten in Abkühlung befindlichen Fraktion vor ihrer Einführung in die Zone der fraktionierten Trennung erwärmt.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man ein Gemisch aus mindestens einem schweren und einem leichten Bestandteil in einer Destillierzone fraktioniert destilliert, die mindestens unter einem Niederdruck arbeitet, und bei dem der thermische Kreisprozess dazu dient, mindestens einen Teil der zur Zerlegung des Gemisches abgeführten thermischen Energie in Form von
    Kompressionsenergie für ein weniger flüchtiges Strömungsmittel mittels Entspannung eines flüchtigeren Strömungsmittels zurückzugewinnen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone der fraktionierten Trennung des thermischen Kreisprozesses, die in die Destillierzone integriert ist, und das weniger flüchtige Strömungsmittel mit mindestens einer leichten Fraktion, in der Destillierzone im Gegenstrom in Flüssigkeit-Dampfgleichgewicht gesetzt wird.
    209834/1071
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein flüchtigeres Strömungsmittel/ das den leichten Bestandteil enthält und höchstens ebenso flüchtig wie dieser ist, von einem hohen Druck auf einen niedrigen Druck entspannt und ein weniger flüchtiges Strömungsmittel, das den schweren Be standteil enthält und mindestens ebenso flüchtig wie letzterer ist, von einem niedrigen Druck auf einen hohen Druck komprimiert wird.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem Luft mindestens zu Sauerstoff und Stickstoff in einer Destillierzone mit mindestens einer Niederdruckdestillierkolonne und einer anderen Destillierkolonne unter einem mittleren, jedoch höheren als der Niederdruck stehenden Druck, fraktioniert destilliert wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens das weniger flüchtige Strömungsmittel mit mindestens einer leichten Fraktion in mindestens einem Fraktioniertrennabschnitt der Niederdruckkolonne, der sich über mindestens einen Teil der letzteren erstreckt, im Gegenstrom in Flüssigkeit-Dampfgleichgewicht gesetzt wird,
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens einen Teil des weniger flüchtigen Strömungsmittels durch Verdampfung des flüssigen Sauerstoffes erhält, de^im Sumpf der Niederdruckkolonne erhalten wurde, der im unteren Teil des Abschnittes der fraktionierten Trennung liegt.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man
    209834/1071
    mindestens einen Teil des weniger flüchtigen Strömungsmittels durch Rektifizierung des flüssigen Sauerstoffes, der im Sumpf der Niederdruckkolonne erhalten wurde, in mindestens einem unteren Abschnitt der letzteren erhält, der unterhalb des Abschnittes des Fraktioniertrennabschnittes liegt, dessen unterer Teil in einer Zwischenzone der Niederdruckkolonne sich befindet.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man Luft als flüchtigeres Strömungsmittel in die Zone der fraktionierten Vermischung einführt.
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens einen Teil des in die Zone der fraktionierten Vermischung eingeführten flüchtigeren Strömungsmittels durch Verdampfung der an Sauerstoff angereicherten Fraktion erhält, die im Sumpf der Mitteldruckkolonne gewonnen wurde.
  15. 15. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man das aus dem Abschnitt der fraktionierten Trennung ausgetretene flüchtigere Strömungsmittel in mindestens einem oberen Abschnitt der Kolonne fraktioniert, der oberhalb des Abschnittes der fraktionierten Trennung liegt, dessen oberer Teil in einer Zwischenzone der Niederdruckkolonne sich befindet.
  16. 16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone der fraktionierten Vermischung aus einer einzigen Mischkolonne besteht, die un-
    209834/1071
    ter einem hohen Druck oberhalb des Niederdruckes arbeitet.
  17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruck gleich dem Mitteldruck ist.
  18. 18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruck zwischen dem Niederdruck und dem Mitteldruck liegt.
  19. 19. Verfahren nach einem der Ansprüche 10, 11, 13 und 15, bei dem der durch fraktionierte Destillation aus Luft abgetrennte Sauerstoff unter Druck erhalten wird, dadurch gekennzeichnet,
    . daß der Sauerstoff das weniger flüchtige Strömungsmittel unter Mitteldruck darstellt.
  20. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 10, 12, 13 und 15, bei dem der durch fraktionierte Destillation aus aft abgretrennte Sauerstoff unter Druck erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der im Sumpf der Niederdruckkolonne erhaltene flüssige Sauerstoff nach seiner Verdichtung durch Wärmeaustausch
    mit dem unter Mitteldruck erhaltenen weniger flüchtigen Strömungsmittel mindestens teilweise verdampft wird.
  21. 21. Verfahren nach einem der Ansprüche 10, 12, 14 und 15, bei dem der durch fraktionierte Destillation aus Luft abgetrennte Sauerstoff mindestens teilweise in flüssiger Form erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens einen Teil des im
    20983A/1071
    Sumpf der Niederdruckkolonne erhaltenen flüssigen Sauerstoffs durch Wärmeaustausch mit dem unter einem Druck zwischen Niederdruck und Hitteldruck erhaltenen weniger flüchtigen Strömungsmittel verdampft.
  22. 22. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man mechanische Energie durch Arbeit leistende Entspannung des weniger flüchtigen Strömungsmittels auf Gas-zustand gewinnt, das durch Entspannung des flüchtigeren Strömungsmittels mit Hilfe des thermischen Kreisprozesses verdichtet worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß man das weniger flüchtige Strömungsmittel unter Erzeugung mechanischer Energie von einem hohen Druck auf einen niedrigen Druck entspannt und dann in die Zone der fraktionierten Trennung recycliert und dass man das flüchtigere Strömungsmittel von einem niedrigen Druck auf einen hohen Druck verdichtet und es dann in die Zone der fraktionierten Vermischung recycliart.
  23. 23. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem man das flüchtigere Strömungsmittel in flüssigem Zustand verdichtet, dadurch gekennzeichnet, daß man das flüchtigere Strömungsmittel unter Hochdruck durch Wärmeaustausch mit dem weniger flichtigen Strömungsmittel unter Niederdruck während dessen Kondensation verdampft.
  24. 24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß man das flüchtigere Strömungsmittel unter dem Niederdruck durch Wärmeaustausch mit einem äußeren Kältemittel kondensiert.
    209834/1071
  25. 25. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Verdichtung des recyclierten flüchtigeren Strömungsmittels im flüssigen Zustande das weniger flüchtige Strömungsmittel unter Niederdruck kondensiert und das flüchtigere Strömungsmittel unter Hochdruck verdampft.
  26. 26. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem mechanische Energie durch Arbeit leistende Entspannung von Wasserdampf von einem hohen Druck auf einen niedrigen Druck gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens einen Teil des Wasserdampfes von Niederdruck auf Hochdruck mittels des thermischen Kreisprozesses durch Entspannung von Ammoniak von Hochdrude auf Niederdruck wieder verdichtet und mindestens diesen wiederverdichteten Teil von Hochdruck auf Niederdruck entspannt.
  27. 27. Verfahren nach Anspruch 25 und 26, dadurch gekennzeichnet, daß man das Ammoniak mittels eines äußeren Kältemittels kondensiert und durch Wärmeaustausch mit dem in Kondensation befindlichen Wasserdampf verdampft.
  28. 28. Verfahren nach Anspruch 1, mit mindestens einer Kühlstufe, in der ein kondensiertes Kältemittel von einem hohen auf einen niedrigen Druck entspannt und das entspannte Kältemittel zur Lieferung der Kühlung verdampft wird, dadurch gekennzeichnet, daß man das verdampfte Kältemittel mittels eines thermischen Kreisprozesses auf eiren hohen Druck durch Entspannung eines flüchtigeren Strömungsmittels als das Kältemittel von
    209834/1071
    einem hohen Druck auf einen niedrigen Druck wieder verdichtet.
  29. 29. Verfahren nach Anspruch 28, mit mindestens einer anderen Kühlstufe/ in der ein anderes kondensiertes Kältemittel von einem hohen Druck auf einen niedrigen Druck entspannt und das andere entspannte Kältemittel zur Lieferung der Kühlung verdampft wird, dadurch gekennzeichnet, daß das andere, das flüchtigere Strömungsmittel darstellende Kältemittel, mindestens zu einem Teil in Gasform unter einem hohen Druck in die Zone der fraktionierten Vermischung eingeführt, dieser Teil in Gasform unter einem niedrigen Druck aus der Zone der fraktionierten Trennung abgezogen und mindestens dieser Teil auf einen hohen Druck wieder verdichtet wird.
  30. 30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet,daß das andere Kältemittel unter dem hohen Druck durch Wärmeaustausch mit dem in Verdampfung befindlichen Kältemittel unter niedrigem Druck kondensiert wird.
  31. 31. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit mindestens einem thermischen System für die Verdichtung eines weniger flüchtigen Strömungsmittels durch Entspannung eines flüchtigeren Strömungsmittels, dadurch gekennzeichnet,daß das thermische System eine zumindest unter einem niedrigen Druck arbeitende Zone für fraktionierte Trennung und eine zumindest unter einem hohen DRuck arbeitende Zone für fraktionierte Vermischung, die beide Einrichtungen zur Einstellung eines Flüssigkeits-Dampfgleichgewichts, insbesondere Böden, besitzen,min -
    209834/1071
    destens eine Verbindungsleitung von der Trennzone zur Mischzone, in der sich eine Verdichtungseinrichtung befindet, mindestens eine andere Verbindungsleitung von der Mischzone zur Trennzone, in der sich eine Entspannungseinrichtung befindet, aufweist.
  32. 32. Anlage nach Anspruch 31, für die Durchführung einer fraktionierten Destillation einer Mischung mit einer unter mindestens einem niedrigen Druck arbeitenden Destillierzone, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone der fraktionierten Trennung in die Destillierzone integriert ist.
  33. 33. Anlage nach Anspruch 32, für die Durchführung einer fraktionierten Destillation von Luft mit mindestens einer Niederdruck- und einer anderen Mitteldruckdestillierkolonne, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone der fraktionierten Trennung in die Niederdruckkolonne integriert ist.
  34. 34. Anlage nach Anspruch 31, für die Erzeugung mechanischer Energie mit mindestens einer Entspannungseinrichtung mit äußerer Arbeitsleistung, dadurch gekennzeichnet, daß die Einström- und Ausströmseiten der Entspannungseinrichtung mit der Mischzone bzw. der Trennzone verbunden sind.
  35. 35. Anlage nach Anspruch 31, für die Kälteerzeugung mit mindestens einer Kühlstufe, die mindestens ein an mindesetens einen Verdampfer angeschlossenes Entspannungsventil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einströmseite des Entspannungs-
    209834/1071
    ventiles mit der Mischzone und die Ausströmseite des Verdampfers mit der Trennzone verbunden sind.
    209834/1071
DE19722204376 1971-02-01 1972-01-31 Thermisches Kreislaufverfahren zur Verdichtung eines Strömungsmittels durch Entspannung eines anderen Strömungsmittels Pending DE2204376A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR7103262A FR2143986A5 (de) 1971-02-01 1971-02-01
US05/221,294 US4022030A (en) 1971-02-01 1972-01-27 Thermal cycle for the compression of a fluid by the expansion of another fluid

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE2204376A1 true DE2204376A1 (de) 1972-08-17

Family

ID=63624816

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19722204376 Pending DE2204376A1 (de) 1971-02-01 1972-01-31 Thermisches Kreislaufverfahren zur Verdichtung eines Strömungsmittels durch Entspannung eines anderen Strömungsmittels

Country Status (11)

Country Link
US (1) US4022030A (de)
AU (1) AU471345B2 (de)
BE (1) BE778812A (de)
CA (1) CA964571A (de)
DE (1) DE2204376A1 (de)
ES (1) ES399274A1 (de)
FR (1) FR2169561A6 (de)
GB (1) GB1387472A (de)
IT (1) IT961138B (de)
NL (1) NL7201234A (de)
ZA (1) ZA72578B (de)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2854508A1 (de) * 1978-12-16 1980-06-19 Linde Ag Verfahren zur tieftemperaturzerlegung eines gasgemisches
FR2584803A1 (fr) * 1985-07-15 1987-01-16 Air Liquide Procede et installation de distillation d'air
EP0259070A2 (de) * 1986-08-28 1988-03-09 The BOC Group plc Lufttrennung
DE19919587B4 (de) * 1998-04-30 2007-08-16 L'Air Liquide, S.A. pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Luftdestillationsanlage und Kältebox
WO2011116981A2 (de) 2010-03-26 2011-09-29 Linde Aktiengesellschaft Vorrichtung zur tieftemperaturzerlegung von luft
DE102010012920A1 (de) 2010-03-26 2011-09-29 Linde Aktiengesellschaft Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP2503269A1 (de) 2011-03-25 2012-09-26 Linde Aktiengesellschaft Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
WO2014067662A2 (de) 2012-11-02 2014-05-08 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft in einer luftzerlegungsanlage und luftzerlegungsanlage
DE102013002094A1 (de) 2013-02-05 2014-08-07 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur Produktion von Luftprodukten und Luftzerlegungsanlage
DE102015015684A1 (de) 2015-12-03 2016-07-21 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft und Luftzerlegungsanlage
CN106062461A (zh) * 2013-11-18 2016-10-26 曼柴油机和涡轮机欧洲股份公司 冷箱设备和冷箱系统
EP3179186A1 (de) 2015-12-07 2017-06-14 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur gewinnung eines flüssigen und eines gasförmigen, sauerstoffreichen luftprodukts in einer luftzerlegungsanlage und luftzerlegungsanlage

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8512562D0 (en) * 1985-05-17 1985-06-19 Boc Group Plc Liquid-vapour contact method
GB8512563D0 (en) * 1985-05-17 1985-06-19 Boc Group Plc Air separation method
GB8800842D0 (en) * 1988-01-14 1988-02-17 Boc Group Plc Air separation
US5144808A (en) * 1991-02-12 1992-09-08 Liquid Air Engineering Corporation Cryogenic air separation process and apparatus
FR2677667A1 (fr) * 1991-06-12 1992-12-18 Grenier Maurice Procede d'alimentation d'un haut-fourneau en air enrichi en oxygene, et installation de reduction de minerai de fer correspondante.
FR2680114B1 (fr) * 1991-08-07 1994-08-05 Lair Liquide Procede et installation de distillation d'air, et application a l'alimentation en gaz d'une acierie.
US5454227A (en) * 1994-08-17 1995-10-03 The Boc Group, Inc. Air separation method and apparatus
US5490391A (en) * 1994-08-25 1996-02-13 The Boc Group, Inc. Method and apparatus for producing oxygen
FR2731781B1 (fr) * 1995-03-15 1997-05-23 Air Liquide Procede et appareil de vaporisation d'un debit liquide
US5582036A (en) * 1995-08-30 1996-12-10 Praxair Technology, Inc. Cryogenic air separation blast furnace system
US5666823A (en) 1996-01-31 1997-09-16 Air Products And Chemicals, Inc. High pressure combustion turbine and air separation system integration
FR2774159B1 (fr) * 1998-01-23 2000-03-17 Air Liquide Installation combinee d'un four et d'un appareil de distillation d'air et procede de mise en oeuvre
FR2774157B1 (fr) * 1998-01-23 2000-05-05 Air Liquide Installation combinee d'un four et d'un appareil de distillation d'air et procede de mise en oeuvre
US5970742A (en) * 1998-04-08 1999-10-26 Air Products And Chemicals, Inc. Distillation schemes for multicomponent separations
US5865041A (en) * 1998-05-01 1999-02-02 Air Products And Chemicals, Inc. Distillation process using a mixing column to produce at least two oxygen-rich gaseous streams having different oxygen purities
FR2801963B1 (fr) * 1999-12-02 2002-03-29 Air Liquide Procede et installation de separation d'air par distillation cryogenique
US6192707B1 (en) 1999-11-12 2001-02-27 Praxair Technology, Inc. Cryogenic system for producing enriched air
US6279344B1 (en) 2000-06-01 2001-08-28 Praxair Technology, Inc. Cryogenic air separation system for producing oxygen
FR2862128B1 (fr) * 2003-11-10 2006-01-06 Air Liquide Procede et installation de fourniture d'oxygene a haute purete par distillation cryogenique d'air
FR2862004B3 (fr) * 2003-11-10 2005-12-23 Air Liquide Procede et installation d'enrichissement d'un flux gazeux en l'un de ses constituants
FR2864214B1 (fr) 2003-12-22 2017-04-21 Air Liquide Appareil de separation d'air, appareil integre de separation d'air et de production d'un metal et procede de demarrage d'un tel appareil de separation d'air
FR2866900B1 (fr) 2004-02-27 2006-05-26 Air Liquide Procede de renovation d'une installation combinee d'un haut fourneau et d'une unite de separation de gaz de l'air
WO2014028623A1 (en) 2012-08-17 2014-02-20 Vinod Kumar Arora Ammonia plant upgrading-multistage integrated chilling of process air compressor with ammonia compressor followed by air flow split and multistage air preheating to secondary ammonia reformer
US9920987B2 (en) 2015-05-08 2018-03-20 Air Products And Chemicals, Inc. Mixing column for single mixed refrigerant (SMR) process
EP3557166A1 (de) * 2018-04-19 2019-10-23 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft und luftzerlegungsanlage
CN111195439B (zh) * 2020-02-25 2021-08-31 江苏迈安德节能蒸发设备有限公司 烟草提取液的蒸发浓缩系统及蒸发浓缩方法
FR3110686B1 (fr) 2020-05-19 2023-06-09 Air Liquide Procédé de fourniture d’oxygène et/ou d’azote ainsi que d’argon à une zone géographique
US11512897B2 (en) 2021-01-14 2022-11-29 Air Products And Chemicals, Inc. Fluid recovery process and apparatus
US20240035743A1 (en) 2022-08-01 2024-02-01 Air Products And Chemicals, Inc. Process and apparatus for recovery of at least nitrogen and argon

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2666019A (en) * 1950-07-28 1954-01-12 Socony Vacuum Oil Co Inc Method for recovering propane and heavier hydrocarbons
US2708490A (en) * 1950-09-18 1955-05-17 Guinot Henri Martin Recovery of condensable components from a gas and vapour mixture
US2880591A (en) * 1955-06-23 1959-04-07 Hydrocarbon Research Inc Low-temperature gas absorption
FR1148546A (fr) * 1956-09-27 1957-12-11 Air Liquide Procédé de séparation de l'air en ses éléments
US2982107A (en) * 1957-12-16 1961-05-02 Air Reduction Separation of the elements of air
US2970451A (en) * 1958-02-04 1961-02-07 Hydrocarbon Research Inc Absorption-desorption in absorber liquid
US3212276A (en) * 1961-08-17 1965-10-19 Gulf Oil Corp Employing the heating and cooling effect of a refrigerating cycle

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2854508A1 (de) * 1978-12-16 1980-06-19 Linde Ag Verfahren zur tieftemperaturzerlegung eines gasgemisches
FR2584803A1 (fr) * 1985-07-15 1987-01-16 Air Liquide Procede et installation de distillation d'air
WO1987000609A1 (fr) * 1985-07-15 1987-01-29 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'e Procede et installation de distillation d'air
US4818262A (en) * 1985-07-15 1989-04-04 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Air distillation process and plant
EP0259070A2 (de) * 1986-08-28 1988-03-09 The BOC Group plc Lufttrennung
EP0259070A3 (en) * 1986-08-28 1988-11-30 The Boc Group Plc Air separation
DE19919587B4 (de) * 1998-04-30 2007-08-16 L'Air Liquide, S.A. pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Luftdestillationsanlage und Kältebox
WO2011116981A2 (de) 2010-03-26 2011-09-29 Linde Aktiengesellschaft Vorrichtung zur tieftemperaturzerlegung von luft
DE102010012920A1 (de) 2010-03-26 2011-09-29 Linde Aktiengesellschaft Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
WO2011116871A2 (de) 2010-03-26 2011-09-29 Linde Aktiengesellschaft Vorrichtung zur tieftemperaturzerlegung von luft
EP2503269A1 (de) 2011-03-25 2012-09-26 Linde Aktiengesellschaft Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
DE102011015233A1 (de) 2011-03-25 2012-09-27 Linde Ag Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
US9228778B2 (en) 2011-03-25 2016-01-05 Linde Aktiengesellschaft Device for the low-temperature separation of air
WO2014067662A2 (de) 2012-11-02 2014-05-08 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft in einer luftzerlegungsanlage und luftzerlegungsanlage
DE102012021694A1 (de) 2012-11-02 2014-05-08 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft in einer Luftzerlegungsanlage und Luftzerlegungsanlage
DE102013002094A1 (de) 2013-02-05 2014-08-07 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur Produktion von Luftprodukten und Luftzerlegungsanlage
CN106062461A (zh) * 2013-11-18 2016-10-26 曼柴油机和涡轮机欧洲股份公司 冷箱设备和冷箱系统
DE102015015684A1 (de) 2015-12-03 2016-07-21 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft und Luftzerlegungsanlage
EP3179186A1 (de) 2015-12-07 2017-06-14 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur gewinnung eines flüssigen und eines gasförmigen, sauerstoffreichen luftprodukts in einer luftzerlegungsanlage und luftzerlegungsanlage
EP3179187A1 (de) 2015-12-07 2017-06-14 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur gewinnung eines flüssigen und eines gasförmigen, sauerstoffreichen luftprodukts in einer luftzerlegungsanlage und luftzerlegungsanlage

Also Published As

Publication number Publication date
US4022030A (en) 1977-05-10
IT961138B (it) 1973-12-10
AU3846172A (en) 1973-09-06
NL7201234A (de) 1972-08-03
AU471345B2 (en) 1973-09-06
CA964571A (en) 1975-03-18
ZA72578B (en) 1972-10-25
GB1387472A (en) 1975-03-19
ES399274A1 (es) 1975-06-01
FR2169561A6 (de) 1973-09-07
BE778812A (fr) 1972-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2204376A1 (de) Thermisches Kreislaufverfahren zur Verdichtung eines Strömungsmittels durch Entspannung eines anderen Strömungsmittels
EP1067345B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
DE3706733C2 (de)
DE2920270C2 (de) Verfahren zum Erzeugen von Sauerstoff
DE60225152T2 (de) Verfahren und installation zur fraktionierung eines durch pyrolyse von kohlenwasserstoffen gewonnen gases
DE2524179A1 (de) Verfahren und anlage zur kuehlung eines gasgemisches
DE60031256T2 (de) Vorrichtung mit variabler auslastung und entsprechendes verfahren zur trennung eines einsatzgemisches
DE3146335A1 (de) Verfahren zum erzeugen von hochdrucksauerstoffgas
DD296468A5 (de) Verfahren und vorrichtung zur rueckgewinnung von stickstoff
DE69917131T2 (de) Stickstoffgenerator mit mehreren Säulen und gleichzeitiger Sauerstofferzeugung
DE69911511T2 (de) Herstellung von Argon durch ein kryogenisches Lufttrennungsverfahren
DE69814519T2 (de) Kryogenisches Verfahren mit Doppelsäure und externem Verdämpfer-Kondensator für eine Sauerstoff- und Stickstoffmischung
EP0948730A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von druckstickstoff
DE69719418T2 (de) Verfahren zur Herstellung von Stickstoff unter Verwendung einer Doppelkolonne und einer Niederdruckabtrennungszone
DE3107151A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur verfluessigung und zerlegung von luft
EP2322888A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung eines Helium-Neon-Konzentrats aus Luft
DE60007686T2 (de) Tieftemperaturrektifikationsystem zur Luftzerleggung
DE60108579T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Luftzerlegung durch Tieftemperaturdestillation
DE102016002225A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur kryogenen Synthesegaszerlegung
WO2021104668A1 (de) Verfahren und anlage zur tieftemperaturzerlegung von luft
DE1177658B (de) Verfahren und Einrichtung zum Zerlegen eines Gasgemisches bei tiefer Temperatur
DE3229883A1 (de) Verfahren und einrichtung zur herstellung von gereinigtem aethylen
EP3557166A1 (de) Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft und luftzerlegungsanlage
DE19933558C5 (de) Dreisäulenverfahren und -vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
DE69912020T2 (de) Kryogenisches Rektifikationssystem mit integriertem Phasentrenner mit Produktkocher

Legal Events

Date Code Title Description
OHA Expiration of time for request for examination